基于離散余弦變換的數字水印技術研究

玄宇 陳欣欣 牟歌 李亞

摘 要：數字水印技術在所有權保護、認證、指紋、拷貝控制、訪問控制和廣播監控方面都有重要的應用。本項目將研究方向鎖定在變換域上，提出了新的解決方案。

關鍵詞：數字水印；余弦變換；噪聲攻擊

數字技術的迅速發展以及互聯網的普及給人們的工作和生活帶來了極大的便利。人們通過因特網發布自己的創作成果或者傳遞信息。因此保護數字作品的版權、真實性和完整性以及作者的隱私、知識產權和財產安全至關重要。

數字水印采用技術隱藏保護了重要的信息和文件。它通常采用類似擴頻圖像技術來隱藏信息。一般基于常用的有DCT變換、DWT變換、DFT變換。文章基于DCT算法進行驗證，對水印系統中圖像進行質量評價。

離散余弦變換簡稱DCT，傅立葉變換簡化方法之一。基于DCT域的數字水印算法，根據對宿主圖像進行DCT方法計算，分為兩大類，一類是直接對整幅圖像進行DCT計算，選取合適頻段的系數，嵌入水印。另一類是先將整幅圖像分成n塊，分別對每一塊進行DCT計算，并在每一塊中選取合適頻段的系數，將水印信息分散嵌入到每一塊所選取的DCT系數中。

在這里采用的分塊DCT算法。原始圖像按8×8分成互不重疊的子塊。首先計算每一個子塊的方差值，選擇方差值最大的前n塊，然后依據系統密鑰進行DCT變換，選取每一塊中頻系數的隨機序列，最后通過子塊的DCT逆變換生成含水印的圖像。水印的提取是上述過程的逆過程。該算法的嵌入流程圖如1所示，水印提取過程如圖2所示。

圖1 水印嵌入流程圖

圖2 水印提取流程圖

文章采用MATLAB軟件進行仿真，選擇的原始圖像為512×512的256等級的灰度標準圖像。將水印嵌入原始圖像再提取之后，為了評價所得到圖像質量，使用峰值信噪比來衡量兩幅數字圖像之間的數值差別：

（1）

原始圖像嵌入水印后，峰值信噪比為39.01，如圖3（1）所示，圖像具有良好的不可見性，得到了較好的主觀視覺效果。然后對加入水印的圖像進行水印提取，得到水印圖像如圖3（2）所示，提取的水印圖像與原始水印圖像幾乎沒有差異。

最后對該算法產生的含水印圖像進行了一系列攻擊實驗。

（1）噪聲攻擊。在這里對圖像分別進行高斯噪聲攻擊和椒鹽噪聲攻擊，得到提取水印與原水印的相關度分別為0.9721、0.9845，提取的結果如圖4所示。

（1）高斯噪聲攻擊 （2）椒鹽噪聲

圖4 噪聲攻擊下提取的水印

（2）左上角四分之一剪切。對圖像進行四分之一剪切后，得到提取水印和原水印的相關度為0.8221。水印提取的結果如圖5所示。

（1）剪切攻擊后的圖像 （2）提取的水印圖像

圖5 四分之一剪切結果

通過MATLAB軟件仿真結果可見，基于DCT域的數字水印算法在文件保護上發揮著很好的作用，該算法具有較好的提取效果，具有一定的抵抗能力，能在信息保護領域發揮重要的作用。

參考文獻

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