第七章_數(shù)字水印技術(shù)-變換域算法

1、1 空間域水?。褐苯釉谳d體數(shù)據(jù)上加載水印信息空間域水印：直接在載體數(shù)據(jù)上加載水印信息 LSB算法算法 拼湊算法拼湊算法 變換域水?。狠d體數(shù)據(jù)經(jīng)過變換后添加水印信息變換域水?。狠d體數(shù)據(jù)經(jīng)過變換后添加水印信息 NEC算法算法2內(nèi)容 變換域算法：變換域算法： NEC算法算法 設(shè)計原理設(shè)計原理 算法描述算法描述 程序代碼程序代碼 性能分析性能分析背景介紹NEC算法的原理 在在DCT變換域嵌入水印變換域嵌入水印 考查考查DCT變換域中什么位置適合嵌入水??？變換域中什么位置適合嵌入水??？DCT變換 I=imread(lena.bmp); J=dct2(I);256256* *256256 灰度圖像灰度圖像

2、lenalena變換域: DCT變換系數(shù) DC系數(shù)系數(shù) AC系數(shù)：低頻系數(shù)、中頻系數(shù)、高頻系數(shù)系數(shù)：低頻系數(shù)、中頻系數(shù)、高頻系數(shù)1 12 2256256: : :1 12 2256256修改DC系數(shù)對視覺的影響 DC= DC(1+5%)修改DC系數(shù)對視覺的影響 DC= DC(1+25%)修改DC系數(shù)對視覺的影響 DC= DC(1+50%)修改低頻AC系數(shù)對視覺的影響 ACL= ACL(1+5%)修改低頻AC系數(shù)對視覺的影響 ACL= ACL(1+25%)修改低頻AC系數(shù)對視覺的影響 ACL= ACL(1+50%)修改中頻AC系數(shù)對視覺的影響 ACM= ACM(1+5%)修改中頻AC系數(shù)對視覺的

3、影響 ACM= ACM(1+25%)修改中頻AC系數(shù)對視覺的影響 ACM= ACM(1+50%)修改高頻AC系數(shù)對視覺的影響 ACH= ACH(1+5%)修改高頻AC系數(shù)對視覺的影響 ACH= ACH(1+25%)修改高頻AC系數(shù)對視覺的影響 ACH= ACH(1+50%)NEC算法的原理 考查考查DCT變換域中什么位置適合嵌入水?。孔儞Q域中什么位置適合嵌入水??？ 從水印不可見性考慮從水印不可見性考慮 將水印嵌入將水印嵌入DCT變換域的變換域的AC高頻系數(shù)高頻系數(shù) 從水印魯棒性考慮從水印魯棒性考慮 將水印嵌入什么位置？將水印嵌入什么位置？壓縮攻擊對AC系數(shù)的影響 壓縮的哪一步會造成圖像數(shù)據(jù)的損

4、失？壓縮的哪一步會造成圖像數(shù)據(jù)的損失？壓縮攻擊對AC系數(shù)的影響29221714241613141914121216111116C除以量化系數(shù)，取整除以量化系數(shù)，取整15000000000000000D56606159586059625759596157586059F含水印圖像：含水印圖像：DCTDCT變換變換1768. 08678. 02803. 07093. 07125. 125. 24387. 025. 17803. 01713. 11768. 00592. 11056. 175. 15169. 425.236D壓縮攻擊對AC系數(shù)的影響 將水印嵌入將水印嵌入“經(jīng)量化后被保存的經(jīng)量化后被保存

5、的DCT變換域系數(shù)變換域系數(shù)”可可以抵抗壓縮攻擊以抵抗壓縮攻擊NEC算法的原理 考查考查DCT變換域中什么位置適合嵌入水??？變換域中什么位置適合嵌入水??？ 從水印不可見性考慮從水印不可見性考慮 將水印嵌入將水印嵌入DCT變換域的變換域的AC高頻系數(shù)高頻系數(shù) 從水印魯棒性考慮從水印魯棒性考慮 將水印嵌入將水印嵌入DCT變換域的變換域的DC系數(shù)或系數(shù)或AC低頻系數(shù)低頻系數(shù)NEC算法的原理 為了解決水印不可見性和魯棒性的矛盾，為了解決水印不可見性和魯棒性的矛盾，COX等人通等人通過類比通信中的過類比通信中的擴頻技術(shù)擴頻技術(shù)，將水印信息嵌入到圖像的，將水印信息嵌入到圖像的AC低頻系數(shù)低頻系數(shù)，產(chǎn)生了第

6、一個基于擴頻思想的數(shù)字水印，產(chǎn)生了第一個基于擴頻思想的數(shù)字水印算法。算法。如何添加水??？1768. 08678. 02803. 07093. 07125. 125. 24387. 025. 17803. 01713. 11768. 00592. 01056. 175. 15169. 525.236D55606159586059625759596157586060F56606159586059625759596157586059FDCTDCT變換變換1768. 08678. 02803. 07093. 07125. 125. 24387. 025. 17803. 01713. 11768. 00

7、592. 11056. 175. 15169. 425.236DIDCTIDCT變換變換IDCTIDCT變換變換DCTDCT變換變換1768. 01384. 12803. 09799. 04419. 125. 22146. 025. 17803. 08245. 11768. 04059. 03762. 175. 11702. 525.236D擴頻通信 擴展頻譜通信（擴展頻譜通信（spread spectrum communication） 起源于通信系統(tǒng)，其理論基礎(chǔ)來源于信息論和抗干起源于通信系統(tǒng)，其理論基礎(chǔ)來源于信息論和抗干擾理論擾理論 是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶帶寬遠是一種信息

8、傳輸方式，其信號所占有的頻帶帶寬遠大于信息必需的最小帶寬，以此來改善通信質(zhì)量，大于信息必需的最小帶寬，以此來改善通信質(zhì)量，保持可靠通信保持可靠通信NEC算法的原理 原始圖像的原始圖像的頻域頻域看作看作通信信道通信信道，水印水印看作通過信道看作通過信道傳傳輸?shù)男盘栞數(shù)男盘?，利用擴頻通信原理，將，利用擴頻通信原理，將1bit水印分布在圖像水印分布在圖像的多個感知重要頻域系數(shù)（的多個感知重要頻域系數(shù)（DCT變換域的變換域的AC低頻系數(shù)）低頻系數(shù)）中，加在每個頻域系數(shù)上的信號能量很小且不可隨意中，加在每個頻域系數(shù)上的信號能量很小且不可隨意檢測；水印檢測時，需要知道水印的位置和內(nèi)容，將檢測；水印檢測時，

9、需要知道水印的位置和內(nèi)容，將許多虛弱的信號集中起來得到水印。許多虛弱的信號集中起來得到水印。NEC算法描述 水印的產(chǎn)生水印的產(chǎn)生 將將1bit水印擴展成能量小的水印序列水印擴展成能量小的水印序列 產(chǎn)生一個長度為產(chǎn)生一個長度為N的隨機序列的隨機序列W作為水印信息作為水印信息NEC算法描述 水印的嵌入水印的嵌入 對圖像數(shù)據(jù)進行二維對圖像數(shù)據(jù)進行二維DCT變換變換 尋找最大的尋找最大的N個個DCT系數(shù)系數(shù)X用來攜帶水印信息用來攜帶水印信息 根據(jù)下式得到含水印的根據(jù)下式得到含水印的DCT系數(shù)系數(shù)S Si=Xi (1+Wi)，其中，其中W是水印，是水印， 是尺度因子，用于控制是尺度因子，用于控制水印的嵌

10、入強度水印的嵌入強度 嵌入強度越大，水印魯棒性越強，但不可見性越差嵌入強度越大，水印魯棒性越強，但不可見性越差 進行二維逆進行二維逆DCT變換，并將像素灰度值進行截斷使變換，并將像素灰度值進行截斷使其值位于其值位于0,255之間，從而得到含水印圖像之間，從而得到含水印圖像復習 NEC算法流程算法流程水印嵌入水印嵌入DCTDCT低頻系低頻系數(shù)數(shù)水印嵌入強度固定水印嵌入強度固定Si=Xi (1+Si=Xi (1+WiWi) )NEC算法描述 水印的提取水印的提取 對接收到的可能含有水印的圖像和原始圖像做對接收到的可能含有水印的圖像和原始圖像做DCT變換變換 找到可能含有水印信息的找到可能含有水印信

11、息的N個個DCT系數(shù)，根據(jù)下式系數(shù)，根據(jù)下式提取水印信息提取水印信息W Wi =(Yi-Xi) /Xi，其中，其中Y是可能含有水印信息的是可能含有水印信息的n個個DCT系數(shù)系數(shù)NEC算法描述 水印的檢測水印的檢測 通過下式計算原始水印通過下式計算原始水印W與提取水印與提取水印W之間的相似之間的相似程度程度sim(W,W) 然后將然后將sim(W,W)與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，判斷與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，判斷水印的存在與否。閾值可以通過實驗的方法獲得，水印的存在與否。閾值可以通過實驗的方法獲得，也可以通過一些統(tǒng)計和假設(shè)的方法獲得也可以通過一些統(tǒng)計和假設(shè)的方法獲得WWWWWWsim) ,(NEC

12、算法實現(xiàn) %文件名文件名:COX_Embed.m %函數(shù)功能：將均勻分布的隨機序列函數(shù)功能：將均勻分布的隨機序列(水印信號水印信號)按照按照cox擴頻方法嵌入到載體圖像的擴頻方法嵌入到載體圖像的DCT系數(shù)中系數(shù)中 %格式格式:J = COX_Embed (I, W, alpha, N) %參數(shù)說明：參數(shù)說明： %I: 原始圖像矩陣原始圖像矩陣 %W:水印信息水印信息 %alpha: 水印強度水印強度 %N :嵌入水印長度嵌入水印長度 %J:嵌入水印圖像矩陣嵌入水印圖像矩陣提示index = FindNLargest (A, N);%index尋找到的尋找到的A中最大中最大N個值的坐標個值的坐標

13、,index(1,:),行坐標行坐標;index(2,:),列坐標列坐標function J = Cox_Embed (I, W, alpha, N)m, n = size(I);If (m*n 0 1 0 0 - 1 0 0 1 - 1 1 0 1 - 1 0 1 0 - 1 1 1 0 - 0 0 1 1 - 0 1 1 1 - 0 實例 假設(shè)開始只有一個細胞狀態(tài)為1，下面給出這個串隨時間的變化情況，這里“.”表示0。 細胞自動機有很多好的特性，包括自組織性、行為像人性等。 基于投票規(guī)則的細胞自動機 基于投票規(guī)則的細胞自動機: 狀態(tài)狀態(tài): 0 或 1 鄰居鄰居: 中心的3*3 鄰居 規(guī)則規(guī)則: 計數(shù)p表示中心的3*3 鄰居中1 的個數(shù)（包括中心本身）, if P5, 中心設(shè)置為0, 否則設(shè)置為 1水印生成步驟 種子：種子：3.4水印結(jié)構(gòu)特點 自動產(chǎn)生的灰度圖像自動產(chǎn)生的灰度圖像 對初值敏感對初值敏感 具有不可逆性具