基于视觉特性的小波域数字图像水印算法.pdf

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1、学术探讨·塞坌巧目基于视觉特性的小波域数字图像水印算法李昊梁家栋(青岛科技大学数理学院，山东青岛2660611[摘要]在信息时代，数字图像成为人们储存信息、传播知识和分析问题的重要媒体。但是，随着网络技术的发展和缺乏相应的监督技术，在网络中传播的数字图像极易被恶意盗用和非法篡改。在缺乏技术保障的情况下，图像的拥有者很难维护自己的所有权。为了解决这一问题，数字水印技术应运而生。本文提出了一种在小波域内综合考虑人的视觉特性和鲁棒性的水印算法，该算法简单方便、效果好。【关键字]数字水印；小波变换；图像加密中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1008．660

2、9f2016)04．0028．031引言图像是人们认知世界的重要方式。尤其进入数字化时代，数字图像更是得到了广泛的应用。但与此同时，如何在网络环境下解决图像的版权保护问题，成为学术界亟待解决的热点问题川。最早的数字水印是在1954年为了保护唱片的版权而提出的oJ。真正意义上的数字图像水印出现在二十世纪90年代【31。当时的数字图像水印算法大多是在载体时域上实现的，即直接修改载体的像素值。但由于其稳定性不高，容易被破坏，现在的水印算法一般很少在时域上进行操作，取而代之的是各种变换域中的算法。常见的变换有傅里叶变换、余弦变换等。但这些变换都是全局变换，要么完全在时

3、间域，要么完全在频域，它们以两个方向上都无限延展的正、余弦波作为正交基函数，因此无法表述信号的时频局部特征一，。而小波变换恰好解决了这一问题，它可以表现出瞬时状态下信号的频率特性，非常适合人眼的视觉特性，并在图像处理技术中被大量采用。本文将提出一种小波域内的数字水印算法并进行相关的仿真实验。实验表明，该方法鲁棒性好、可操作性强。2基于视觉特性的小波域内图像水印算法设计2．1水印信号预处理为了保证安全性，在水印信号嵌入图像之前需要对其进行加密。本文利用Am01d—Chen混沌序列对水印信号加密。Chen混沌系统如下：I莺=oO一曲{夕=(c一哆胁一船+c)，(1

4、)k=掣一6z当a=35，b-3，e∈[20，28．4]时，该系统处于混沌状态。设一幅图像水印的大小为N×N，则加密的具体过程为：第一步：利用AⅡlold变换置乱图像水印。第二步：将置乱后的图像水印转换成一维序列s，s={sl，s2，⋯，sⅣ。Ⅳ)第三步：由公式f％驯⋯=k—b。]

5、×lo”mod256{‰叫+：=I咒一醐I×10⋯mod256(2)lk冲一。)+，=Iz．一l。】l×10”mod256得到K的序列慨，七：，⋯，％，，，}，[x】表示不大于x的最大整数。第五步：令s序列和K序列作异或运算。得到新的序列c2{cl，c2，⋯，c^xⅣ}。第六步：重

6、新排列c为N×N图像，得到加密的图像水印。解密算法为此过程的逆操作。2．2载体图像的域变换对载体图像进行小波变换，并选嵌入位置。但考虑到对整幅载体图像进行小波分解并嵌入水印的方法，水印信息易被察觉并破坏。所以先将载体图像分为四小块，再对每小块载体图像作一级小波分解，以增加图像水印的稳定性。设载体图像大小为M×M。图像水印大小为N×N，则水印信号容量为：作者简介：李昊，男，天津人，研究生，研究方向：图像处理。基金项目：山东省重点科技发展计划项目，项目编号：2015GGB01498；山东省高等学校科研计划项目，项目编号：Ji3LN34；青岛市科技计划基础研究项目，

7、项目编号：KJzD一13—271cH：．28—学术探讨·基金砑目Ⅳs羔2．3图像水印嵌入(3)体图像，如图3、4所示。本文选取每块载体图像的HH高频细节子图作为嵌入位置(见图1)。LLHLLHH图1一级小波分解示意图图1中LL为低频逼近子图，HL和LH分别为水平方向的高频细节和垂直方向的高频细节，HH为对角线高频细节。LEⅥS和KNOwLES建立了小波域中符合人视觉特性的JND模型㈣，其中，人眼对频率的敏感性为：，、flmf=o吣曲=怦：捌啦张!㈣‘。【0．10z=3其中Z为分解的级数，s为每一级中的子图。根据对频率的敏感特性建立图像水印嵌入模型：设载体图像为

8、F(x，y)，加密后的图像水印信息为w(i，j)，嵌入图像水印后得到的含水印载体图像为F+(x，y)，则，+0，y)=，0，y)一盯形O力(5)水印检测模型为其逆：形阶塑掣逊(6)最后，将每个子块小波重建，然后依次排列得到含水印载体图像。2．4水印嵌入流程图整个水印嵌入流程如下：图2算法流程图图5：]I水印J【．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一隅图3图像水印图4载体图像利用公式(1)和公式(2)对水印图像进行加密，得结果如髓图5加密后的图像水印3．2载体图像域变换首先将载体图像分为大小相等的四块，如图6。踊瓯图6分割载体图像然后对每

9、一子块进行小波分析，如图7所示：图7载