基于小波變換的數字水印技術

蘇劍鋒++++殷玲玲

摘 要： 隨著多媒體技術與互連網技術的迅速發展，基于數字水印技術的電子多媒體作品版權保護問題已成為信息科學領域的研究熱點，因此數字水印技術作為一種有效的多媒體版權保護技術受到越來越多的關注。文章著重介紹數字水印技術的發展背景、特點和小波變換理論。

關鍵詞： 數字水印 小波變換 數字圖像水印算法

數字水印技術是20世紀90年代出現的一門嶄新的技術，通過在數字產品中嵌入可感知或不可感知的信息證明數字產品的所有權或檢驗數字內容的原始性。數字水印是用于解決知識產權保護問題、最具有潛力的多學科交叉技術，自1993年提出以來發展十分迅速，已經受到國際學術界和企業界的高度關注。

一、數字水印的概念

所謂數字水印技術，就是將一種特殊標志信息（偽隨機序列或可識別圖案文字）嵌入數字媒體，用以辨識數據的版權、合法使用者，從而認證或控制數據的使用。而利用數字水印進行多媒體信息的認證則是利用人類知覺系統的冗余，在不影響數字媒體的感官（視或聽）質量的前提下，將與媒體內容相關或不相關的標志信息作為水印直接嵌入媒體內容中。這一過程并不影響原始多媒體數據的可用性，在檢查盜版行為時，可以從含水印的多媒體數據中提取出相關信息，用以證明數字產品的版權，指證盜版行為。除此之外，數字水印還在真偽鑒別、隱蔽通信、標志隱含、電子身份認證等方面具有重要的應用價值。

二、數字水印的種類

目前數字水印技術大體上可分為空域和變換域水印兩大類。空域數字水印是通過改變空域像素灰度值來嵌入水印信息，如LSB（least Significant bits）嵌入。變換域數字水印則是將載體圖像變換到變換域，通過改變變換域系數來嵌入水印，如DCT（discrete cosine transform）域嵌入。當嵌入的水印信息比較多時，一般變換域水印要優于空域水印算法。小波分析理論和方法是從Fourier分析演變而來的。小波變換以犧牲部分頻域定位性能來取得時―頻局部性的折中，其不僅能提供較精確的時域定位，而且能提供較精確的頻域定位。我們所面對的真實物理信號，更多地表現出非平穩的特性，而小波變換恰恰是處理非平穩信號的有力工具。

三、小波變換的定義

小波變換指的是將某個基本的小波或者是母小波的函數進行位移到b點后，在不同的尺度a的情況下，和需要分析的信號作內積。其中基本的小波函數是滿足基本條件的平方可積函數。因此，函數經過平移和伸縮之后可以得到函數公式，（a≠0），其中a、b代表的實數，a表示的是伸縮性因子或者是尺度的因子，在實際的工程中尺度的因子不能小于0；b代表的是平移性因子，b的數值正負均可以。當在設置為有限能量的信號時，小波變換的定義為和小波函數之間的內積，其中a、b代表的是連續性的變量。

根據S.Mallat塔式分解的算法，原始圖像在經過小波分解處理之后，分割成了垂直方向、低頻環節、對角線的方向和水平方向這四個頻帶，而低頻環節還可以繼續分解。

四、一種基于小波的數字圖像水印算法

1.水印的嵌入算法原理：①分別讀取原始圖像和二值水印圖像；②對分塊進行DWT變換，具體用Haar小波函數對原圖像進行一維離散小波變換分解，得到4組系數矩陣，分別為近似小波低頻系數cA、水平細節高頻系數cH、垂直細節高頻系數cV和對角線細節高頻系數cD。這4組矩陣分別構造出原始圖像的近似圖像和細節圖像；③將水印信號嵌入小波低頻系數中。對低頻系數的保護比對高頻系數要好，因此，水印信號分量嵌入DWT域低頻系數具有足夠的穩健性；④將嵌入水印的圖像塊進行IDWT逆小波變換重構圖像，再轉換成Uint8類型，獲含水印圖像。

2.水印的提取算法原理：①讀取嵌入水印后的圖像并進行一級Haar小波變換；②讀入原宿主圖像并進行一級Haar小波變換；③對分塊進行DWT變換；④對嵌入水印圖像分塊提取水印；⑤將水印重新排序，并將提取的四幅水印相加，得到最后的提取水印。

五、結語

多媒體信息安全之中數字水印技術的建設，相當關鍵，正如上文所分析到的，隨著當前信息技術和計算機技術的不斷向前發展，不少行業開始自身的轉型，不斷邁向自動化和數字化的發展方向。綜上所述，本文系統地分析了當前現代化數字水印技術的基本情況和技術發展過程之中的核心問題，并從實際情況出發深入探討了今后應該重點研究和解決的問題。

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