小波水印技術的“復合嵌入”問題

摘 要要數字水印技術作為當下數字作品的版權保護的有力手段，日益得到廣大研究者的重視。而水印技術的魯棒性即穩定性是檢驗水印技術是否實用可靠的根本要求，本文針對當前該領域出現的“復合嵌入”問題，以小波變換算法為例，驗證了彩色圖像水印技術的可靠性。

【關鍵詞】數字水印技術 復合嵌入 小波算法

侵權者為了混淆版權歸屬問題可以通種手段在已經嵌入水印的圖像中再次嵌入偽造的屬于其自己的版權保護信息，之后該侵權者聲稱他擁有對該作品的版權，達到混淆版權的目的，這就是所謂的“protection deadlock”。為解決這一現實問題，本文提出“復合嵌入”概念。此部分的內容屬于水印算法攻擊實驗范疇，其主要目的在于驗證水印算法的有效性。

1 小波算法的優越性

數字水印的嵌入提取算法多種多樣，比如離散余弦變換、EVD變換、contour let域變換等等，從圖像處理的角度看，小波變換存在以下幾個優越性：

（1）小波分解可以覆蓋整個頻域（提供了一個數學上完備的描述） 。

（2）小波變換通過選取合適的濾波器，可以極大的減小或去除所提取的不同特征之間的相關性。

（3）小波變換具有“變焦”特性，在低頻段可用高頻率分辨率和低時間分辨率（寬分析窗口），在高頻段可用低頻率分辨率和高時間分辨率（窄分析窗口） 。

2 彩色水印圖像的嵌入、提取、攻擊實例

仿真試驗中原始圖像和水印圖像分別采用的是本地彩色圖像hmt.bmp（像素640*480）和 water.bmp（像素640*480），如圖1所示。

RGB彩色水印圖像的嵌入實驗步驟：

（1）分別對兩幅圖像進行降維處理，提取各自的RGB值，將三維數組變成了三個獨立的二維數組并顯示。RGB彩色分量如圖2所示。部分程序如下：

RGB=imread（'hmt.bmp'，'bmp'）；

imshow（RGB（：，：，1））；

title（'r分量'）；

（2）利用多級二維小波分解函數Wavedec2（）對宿主圖像的RGB二維分量分別進行2級小波分解，同樣對彩色水印圖像的RGB分量進行1級小波分解。部分程序如下：

[Cr，Sr]=wavedec2（inputr，2，'haar'）；

[Cwr，Swr]=wavedec2（waterr，1，'haar'）；

（3）設定三個水印圖像的RGB分量的嵌入系數，利用線性嵌入規則將水印圖像分量分別嵌入宿主圖像的數組之中。部分程序如下：

Cr（1：size（Cwr，2）/16）=...

Cr（1：size（Cwr，2）/16）+r*Cwr（1：size（Cwr，2）/16）；

（4）利用函數WAVEREC2（）對嵌入后的RGB分量進行小波系數重構，得到新圖像的RGB分量。

（5）最后經過RGB分量的再合成得到嵌入水印后的圖像。如圖3所示。部分程序如下temp=size（inputr）；

pic=zeros（temp（1），temp（2），3）；

fori=1：temp（1）；

for j=1：temp（2）；

pic（i，j，1）=inputr（i，j）；

pic（i，j，2）=inputg（i，j）；

pic（i，j，3）=inputb（i，j）；

實驗結果如下圖，數字水印的嵌入結果證明：對于RGB模式的彩色圖像小波嵌入算法是可行的，嵌入水印信息之后圖像在視覺感官上無明顯變化。

3 復合水印的嵌入和提取實例

盜版者對已經嵌入版權所有者水印信息（圖4右圖）的公開圖像進行復合嵌入，嵌入盜版者的水印信息，從而達到混淆版權的目的。于是真正水印信息能否有效提取直接關系到水印技術是否可靠。

3.1 二次水印的嵌入

本文將“水印二次.bmp”再次嵌入到“含水印一次的圖像.bmp”，得到“嵌入二次水印后的圖像.bmp”，如圖5所示。

3.2 二次水印的提取

為了驗證經過兩次嵌入不同的水印信息之后的圖像中是否仍可以提取初次水印，本人進行了二次水印的提取。最后經過從“嵌入二次水印后的圖像.bmp”中提取初次水印圖像依然是可行的，實驗結果如圖6所示。

部分仿真程序如下：[Car，Sar]=WAVEDEC2（watermarked_imager，2，'haar'）；

[Calr，Salr]=WAVEDEC2（inputr，2，'haar'）；

（inputr=WAVEREC2（Car，Swr，'haar'）；

inputg=WAVEREC2（Cag，Swg，'haar'）；

inputb=WAVEREC2（Cab，Swb，'haar'）；

4 結論

實驗結果表明，所提取的水印從視覺上是可以分辨的，足以證明初次水印信息的存在，從而驗證了水印算法的有效性。針對數字水印技術的“復合嵌入”問題，版權所有者所嵌入的原始水印是可以有效提取的，從而可以幫其驗證所有權，所有權紛爭問題是可以得到解決的。

參考文獻

[1]賈超，張政保.基于改進SIFT的抗幾何攻擊水印算法[J].小型微型計算機系統，2014（12）.

[2]靳強.基于DWT的彩色圖像數字水印算法研究[D].西安：西安電子科技大學，2014.

[3]AKSHYA GUPTA，MEHUL RAVAL.A robust and secure watermarking scheme based on singular values replacement[J]. Sadhana，2012（04）.

[4]王睿智.基于人類視覺系統的Contourlet域數字水印算法研究[D].西安：西安電子科技大學，2012.

[5]連鳳宗.JND模型及其在視頻編碼中的應用[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2011.

作者簡介

黃明濤（1981-），男，山東省棲霞市人。現為煙臺工貿技師學院講師。研究方向為電氣自動化。

作者單位

煙臺工貿技師學院 山東省煙臺市 264003