基于JPEG2000的半脆弱水印算法研究

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1、长江大学学报(自科版)2005年10月第2卷第10期/理工卷第2卷第4期·348·JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Oct12005Vol12No110/Sci&EngV,Vol12No14基于JPEG2000的半脆弱水印算法研究罗江华(长江大学物理科学与技术学院,湖北荆州434023)[摘要]提出了一种基于JPEG2000图像压缩标准的半脆弱水印的算法。该算法直接从原始图像中提取特征,经过编码作为数字水印嵌入到该图像中去,而不增加其他额外的信息。为了提高算法的安全性,引入了个人私钥

2、对水印信号进行加密。试验结果显示,在图像没有受到任何改变的情况下,可以顺利的通过此认证系统;即使图像经过了一些常用的图像处理如JPEG压缩等,仍然可以通过认证;而当图像受到恶意的攻击后,则检测不到水印信号,被恶意攻击的部分可以被认证系统检测出来。[关键词]JPEG2000;半脆弱水印;多媒体认证[中图分类号]TP393108[文献标识码]A[文章编号]16731409(2005)10034803新一代静态图像压缩标准JPEG2000以离散小波变换(DWT)和具有最优截断的嵌入式块编码EBCOT(EmbeddedBlockCo

3、dingwithOptimizedTruction)算法为核心,这些算法赋予JPEG2000诸多优异的图像压缩性能,如有效速率控制、图像的渐进式传输、感兴趣区域编码、优越的编码性能[1,2]等;其必将取代现有的静态图像压缩标准JPEG而成为将来主流的图像压缩标准。因此,研究基于JPEG2000的数字水印技术,防止对多媒体图像的恶意篡改和认证,对于有效保护多媒体作品的知识产权具有重要意义。为此,笔者提出一种新颖的基于JPEG2000标准可应用于多媒体认证的半脆弱水印的算法。该算法通过对水印信号的检测,可以有效的探测到对被保护图

4、像的恶意篡改,同时定位出被篡改的区域。通过对篡改区域的定位和分析,能够知道篡改者的动机、可能的篡改者以及篡改的内容是否合法。1算法的提出对于彩色图像需先经过分量变换,将三基色图像信息变成亮度和色差信号,灰度图像不需经过分量变换。图像预处理主要是将图像分成多个片(tile),然后以片为单位进行小波变换和小波系数量化,将量化后的子带分成大小相等的块(Block),进行基于块的位平面算术编码。111信息的提取笔者提出的基于JPEG2000用于多媒体认证的算法是一种盲检测的算法。对于发送者而言,他从原始的图像中提取有意义的信号,然后

5、将其作为水印信号嵌入到图像中去。在接收方,当他收到嵌入水印的图像以后,用私钥解开水印信号,通过对比通过图像提取的信号与嵌入的水印信号,达到版权认证的目的。就信号的提取而言,不同的目的,提取信号的方式方法也不一样。以N×N大小的灰度图像为例,利用空间域的方法提取水印信号,然后利用频域的方法嵌入水印信号。图像经一次小波变换后形成4个子带,如图1所示。WL,L表示的是小波分解后的主要部分,该部分基本反应了图像的主体,而WL,H,WH,L,WH,H表示了原始图像的一些细节成分。因此选择WL,L图1一级小波分解结构图[收稿日期]200

6、50810[作者简介]罗江华(1978),男,2001年大学毕业,助教,现主要从事光电通讯方面的教学与研究。理工卷第2卷第4期罗江华:基于JPEG2000的半脆弱水印算法研究·349·作为嵌入水印信号的系数。同时希望能够定位出被篡改的区域,所以将原始图像分成不相重叠的块,然后对每一块做DWT变换,得到将要嵌入水印的系数。假设经过分块后,得到了n个不相重叠的块,而每块中提取了kbit的信息,则整个信息的长度是n×k。矢量Bi(1×k)被定义为第i块的信息。下面给出Bi的算法。首先计算每一个块Ai的均值,然后找到这些值中的最大值

7、与最小值。而量化系数Δ定义如下:max(Ai)-min(Ai)Δ=k200ifmin(Ai)

8、蔽效应。经过小波变换的系数分为4个部分WL,L,WL,H,WH,L,WH,H,选择WL,L嵌入水印。这样,一方面水印不至于太脆弱,可以抵御一般的图像处理过程;也不至于过于鲁棒,对于那些恶意的篡改不能检测出来。在提取的信号S被嵌入之前用了私钥对其加密,得到水印信号M。然后对选择的小波系数进行