静态图像数字水印的鲁棒性研究

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1、静态图像数字水印的鲁棒性研究　　(苏州经贸职业技术学院机电系，江苏苏州215009) 　　摘要：文章通过对加水印的图像进行一系列处理和变换，验证水印的鲁棒性，并对出现的一些问题进行分析。主要进行了如下实验：水印对平滑和锐化处理的鲁棒性实验、水印对噪声的鲁棒性实验、水印对旋转变换的鲁棒性实验、水印对JPEG有损压缩的鲁棒性实验。 　　关键词：数字水印；鲁棒性；平滑处理；锐化处理；几何变换；JPEG压缩 　　中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：[HTK]1007—6921(XX)22—0032—02 　　本研究通过直接

2、修改随机选择的像素值在图像中嵌入水印，水印被嵌入到图像的蓝色通道。在此过程中，为了增强水印的鲁棒性，每个水印位都被反复地嵌入到图像的不同位置。针对该种水印技术，对嵌入水印的图像施加一系列处理和变换，以验证水印的鲁棒性，并对出现的问题加以分析。 　　实验所用的图像分别为lena.bmp、flydance.bmp以及mand.bmp。其中lena、flydance以低频成分为主，lena的红色成分较强，flydance的蓝色成分较强。mand的纹理较多，高频成分较为丰富。 　　实验所嵌入水印相关参数为：密度常数ρ=0.5，强度常数S=

3、0.1，十字邻域大小c=3，所嵌入的数字水印是一个32位数1234567890，密钥为123。 1水印对平滑和锐化袭击的鲁棒性实验 1.1平滑处理 　　图1分别给出了嵌入水印的lena图像以及对其进行5点邻域平滑后的图像。图2分别给出了相应的恢复效果。740)this.width=740"border=undefined#111nmousewheel="returnzoom_img(event,this)"> 　　由图2可以看出，经过平滑处理后，水印虽然能够正确恢复出来，但δ值已经十分接近阈值，此时的水印不很清晰。如

4、果在此基础上再进行处理和变换，水印就无法正确恢复了，而此时图像的质量也大大下降，已经无法应用。 　　如果对图像进行3点邻域平滑，水印的恢复效果虽然也不够理想，但较5点平滑法要改善很多。 1.2锐化处理 　　图3是对加水印图像进行锐化处理(锐化模板为{{-1，-1，-1}，{-1，8，-1}，{-1，-1，-1}})后的结果以及水印的恢复效果。 　　740)this.width=740"border=undefined#111nmousewheel="returnzoom_img(event,this)"> 　　从

5、图中可以看到，经过锐化处理后，虽然图像的质量下降严重，但δ值与阈值的偏离变得非常大，恢复的水印异常清晰。 1.3实验结果分析 　　以上实验结果表明，水印信息主要集中在图像的高频部分。图像经过低通滤波，会使一部分水印信息丢失，造成恢复困难；而经过高通滤波，水印信息则得到加强，恢复质量就较高。增强该算法对低通滤波的鲁棒性，是该算法的改进方向之一。 2水印对噪声的鲁棒性实验 　　图像在传输过程中，不可避免地会引入一些噪声，本实验利用零均值高斯噪声模拟图像传输过程中的加性噪声，来验证水印对噪声袭击的鲁棒性。 　　考虑较为极端的情况—

6、—信噪比SNR在0附近时，我们来观察水印的恢复效果。 　　740)this.width=740"border=undefined#111nmousewheel="returnzoom_img(event,this)"> 　　从图中可以看到，尽管图像信噪比接近0db，图像质量严重下降，但水印的恢复却基本上没有受到影响。比较图4(b)、图2(a)可以看到，除了个别水印位的δ值有所波动外，水印信息依然清晰可辨，水印恢复效果较好。在水印恢复过程中要对δ求平均值，此运算对噪声具有一定的抑制作用，因此水印恢复不会受太大影响。 3

7、水印对几何变换袭击的鲁棒性实验 　　假设图像遭到的几何袭击是纯旋转，则判别函数q(H)中的变量可定义为0°～360°之间的一系列几何变换，每一个H对应相应的q(H)值，找到q(H)最大值所对应的H，即可恢复出水印。 　　图像flydance被逆时针旋转了40°，见图5(a)，对该图像使用全范围搜索方法，H为0°～360°之间以5°为间隔的旋转变换。图5(b)给出了q(H)的曲线。由图中可以看出，当图像被旋转-40°时，q(H)的取值比其他点的大得多，在此点即可恢复出水印。 　　其他几何变换，如纯平移，也可按此法进行恢复。而对于较

8、为复杂的几何变换，如先平移再旋转，虽然也可进行恢复，但计算量要大的多；对于更为复杂的线性仿射变换，理论上虽有实现的可能，但由于计算量过大，已没有实际意义。如何增强空域算法对几何变换的鲁棒性，仍