基于svd特性的鲁棒数字水印新算法

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1、第27卷第4期齐齐哈尔大学学报Vol.27,No.42011年7月JournalofQiqiharUniversityJuly,2011基于SVD特性的鲁棒数字水印新算法王磊，梁玉清（蚌埠学院计算机系，安徽蚌埠233000）摘要：提出了一种基于SVD特性的鲁棒数字水印新算法，利用SVD分解得到U矩阵的唯一性，且图像叠加一定噪声后U矩阵的列向量失真较小这一特性，将图像自身的特征置入奇异值矩阵。实验结果表明该算法鲁棒性较好。关键词：数字水印；奇异值分解；酉矩阵中图分类号：TP309文献标识码：A文章编号：1007-984X(2011)04-0001-03数字水印技术是将一些秘

2、密信息有意识地嵌入需要版权保护的多媒体信息中（如数字声音、图像或者视频等），来标识该多媒体信息的所有权。水印一旦嵌入源数据后，与源数据紧密结合并隐藏其中，成为源数据的一部分，并可经历一些有意或无意的攻击而保留下来。同时，水印信息可以被授权用户进行相关检测，以达到版权保护或信息隐藏等目的。通过阅读文献，发现热点研究多集中于SVD算法及其改良。Liu[1][2]等较早提出了一种基于SVD分解的数字水印算法，之后不断有新的算法出现。叶天语给出一种新的基于[3]SVD的图像数字水印算法，李斌，王新伟提出针对关于SVD图像水印算法的分析和改进。文献[4~8]提出了一些基于整幅图像S

3、VD的水印方法，通过改变整幅原始图像的所有或者部分奇异值来实现水印的嵌入。其中文献[5]根据水印信息,有规律地改变图像子块最大3个奇异值的小数部分来实现水印的嵌入。1SVD变换的经典算法Liu较早提出经典SVD算法，设原始图像为A∈RNN×，水印为WR∈NN×，嵌入水印后的图像为Â。将原始图像A进行奇异值分解，得到正交矩阵U、V及对角矩阵S，水印则叠加到S中。嵌入步骤如下：（1）A=>USVΤ（2）SWU+=α>SVT111（3）ÂU<=SVΤ*为待提取的图像，U设A1，V1，α和S为参数，则提取步骤如下：（1）A**=>USV**Τ（2）D**<=USVΤ11（3）WD

4、S<=(*)/−αLiu算法最后通过计算W与WE的相关度来判断水印的有无，无需原始图像的参与，是盲水印算法，但是存在一定的缺陷：①参数保留过多，如果应用于网络平台，会加重传输负担，同时有经验的攻击者可能拦截秘密参数进行分析，从而导致水印泄露。②图像奇异值分解是唯一的，但不同图像的奇异值有可能接近；且算法保留了与水印相关的U1，V1，这会使得许多随机选取的图像也会被检测出水印。2算法描述提出一种基于SVD特性的鲁棒数字水印新算法，利用SVD分解得到U矩阵的唯一性，且图像叠加一定噪声后U矩阵的列向量失真较小这一特性，将图像自身的特征置入奇异值矩阵。通过分析与实验计算与收稿日期

5、：2011-04-02基金项目：安徽省教育厅科研项目（KJ2010B105），蚌埠学院工程研究中心项目（BBXYGC2010C01）作者简介：王磊（1978-），男，安徽泗县人，讲师，硕士，主要从事数字水印、数据挖掘方面的研究，jdxwl@126.com。·2·齐齐哈尔大学学报2011年文献[1~2]进行比较，得出该文算法的优点。表1不同质量因子JPEG压缩后U向量数值分布对随机图像叠加一定噪声后进行SVD分解，实验中发原始图像QF=90QF=80QF=50QF=10现酉矩阵U的前若干列失真较小。表1给出不同质量因子-0.3204-0.3207-0.3189-0.3304

6、-0.3191JPEG压缩后，酉矩阵U第1列向量的实验数据(取peppers-0.3760-0.3738-0.3742-0.3677-0.3762左上角8*8分块)。-0.3627-0.3641-0.3657-0.3718-0.3704从实验数据可以看出，酉矩阵U列向量的波动量微小，-0.3626-0.3642-0.3603-0.3565-0.3444这给本文算法提供了基础。使用原始图像构造-0.3607-0.3589-0.3662-0.3592-0.36131/(

7、max(U)*min(U)

8、)∧2值，对S对角矩阵中S(2︰7)进行增-0.3529-0.3545-0.3

9、474-0.3512-0.3598益，以便嵌入关于图像自身特征的水印信息。相对于文献[9]，本文算法没有混乱奇异值的顺序，无需记录奇异值的-0.3399-0.3385-0.3461-0.3406-0.3405排序位置。舍弃最大奇异值，是因为最大的奇异值对图像的重建品质贡献最大，对它轻微的改变会导致图像视觉质量的严重下降。提取水印时，分别从矩阵S和U中提取2个向量，用相关度与阈值的大小比较判定水印的存在。实验表明酉矩阵U的前3列适宜构造图像水印信息，文中随机取第n列进行构造。2.1嵌入水印算法（1）将原始图像A进行n×n（n=8