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1、1000-9825/2002/13(07)1290-08©2002JournalofSoftware软件学报Vol.13,No.7小波变换域图像水印嵌入对策和算法Ã11,23黄达人,刘九芬,黄继武1(中山大学科学计算与计算机应用系,广东广州510275);2(中国人民解放军信息工程大学信息研究系,河南郑州450002);3(中山大学电子与通信工程系,广东广州510275)E-mail:isshjw@zsu.edu.cnhttp://www.zsu.edu.cn摘要:稳健性是图像隐形水印最基本的要求之一.嵌入
2、对策、嵌入公式、嵌入强度都影响水印的稳健性.提出了一个基于离散小波变换(DWT)的新的隐形水印嵌入对策.根据小波图像系数的分布特点和对小波系数振幅的定性、定量分析,水印应当首先嵌入小波图像低频系数,若有剩余,再按小波图像频带重要性的排序嵌入高频带.同时指出,水印嵌入到小波图像低频系数和高频系数需要用不同的嵌入公式.应用该嵌入对策,提出了一种把视觉系统掩蔽特性结合到水印编码过程中的自适应水印算法:将小波系数组织成小波块,采用一种新的方法将小波块分类,并根据分类的结果将不同强度的水印分量嵌入到不同的小波系数中.
3、实验结果表明,应用本算法所实现的水印不可见,并对常见的图像处理和噪声干扰具有很好的稳健性.关键词:信息安全;图像水印;信息隐藏;小波变换;视觉掩蔽中图法分类号:TP391文献标识码:A数字水印作为保护数字媒体信息安全的有效方法,近年来引起了人们极大的兴趣与注意.由于小波变换良好的空间－－频率局部特性和与人眼视觉特性相符的变换机制,在新一代静止图像压缩标准(JPEG2000)和运动图像压缩标准MPEG-4中占据了重要位置.因此研究DWT(discretewavelettransform)域水印算法具有十分良好
4、的前景.稳健性是图像隐形水印最基本的要求之一.很明显,嵌入对策影响水印的稳健性.本文首先探讨基于DWT的水印嵌入对策.[1,2]在以前基于DWT的水印算法中,小波图像低频系数总是被明显地排除在外.本文根据小波图像系数的分布特点和对小波系数振幅的定性、定量分析,提出了一个新的嵌入对策:水印应当首先嵌入小波图像低频系数,若有剩余,再按小波图像频带重要性的排序嵌入高频带.同时指出,水印嵌入到小波图像低频系数和高频系数需要用不同的嵌入公式.水印的稳健性除了与所放置的位置有关外,还与嵌入的水印强度有关.提高水印稳健性
5、的有效途径之一是充分利用视觉系统的视觉特性,在满足不可见性的前提下,合理分配水印信号的能量,尽可能地提高局部嵌入[2~6]水印分量的强度.基于这一思想的自适应水印算法已经开始受到人们的重视.基于上述嵌入对策,本文提出了一种把视觉系统掩蔽特性结合到水印编码过程的自适应水印算法.为了实现自适应,重新组织小波系数成小波块,然后采用一种新的方法利用一个基于视觉系统纹理掩蔽特性的分类器Ã收稿日期:2000-10-05;修改日期:2001-02-27基金项目:国家自然科学基金资助项目(69735020;69975011
6、);广东省自然科学基金资助项目(980442)作者简介:黄达人(1945－),男,浙江杭州人,教授,博士生导师,主要研究领域为小波理论及其应用,数字水印;刘九芬(1963－),女,河南焦作人,博士,副教授,主要研究领域为小波理论及其应用,数字水印;黄继武(1962－),男,广东揭阳人,博士,教授,博士生导师,主要研究领域为图像处理,数字水印.黄达人等:小波变换域图像水印嵌入对策和算法1291把小波块分类.根据分类的结果,不同强度的水印分量被嵌入到不同的小波图像系数中.实验结果表明,所提出的水印算法对常见的图
7、像处理和噪声干扰具有很好的稳健性.1小波变换选择可分离的滤波器组,对输入图像进行小波分解,产生LHj,HLj,HHj三个高频带系列,一个LL3低频带(三级分解时)(如图1所示).其中低频带表示由小波变换分解级数决定的最大尺度、最小分辨率下对原始LL3HL3图像的最佳逼近.它的统计特征和原图像相似,图像HL2的大部分能量集中在此.高频带系列则分别是图像LH3HH3在不同尺度、不同分辨率下的细节信息.分辨率越HL1低,其中有用信息的比例就越高.也就是说,经过小波LH2HH2分解把一个图像分成了若干级.对于同一级
8、图像,低频子图像LLj最重要,其次是HLj与LHj,高频子图像HHj相对最不重要.对于不同级来说,级高者重要,级低者不重要.所以,小波图像子频带按其重要性总体的排序为LLk,HLk,LHk,HHk,HLk−1,LHk−1,HHk−1,…,LH1HH1HL1,LH1,HH1(如图1所示).当从多分辨分析的角度考虑小波图像的各个频带时,这些频带之间并不是纯粹无关的.对于各个高频带,由于它们是图像同一个边缘、轮廓和纹理
