劉玲君

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，確保數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)及安全性已成為日益突出的問題。其中數(shù)字水印作為一種有效的手段得到了廣泛的注意。其中，量化索引調(diào)制算法（QIM）是一種經(jīng)典的水印算法，它根據(jù)水印信息，把原始載體數(shù)據(jù)用量化器量化到不同的索引區(qū)間，能在獲取較高的魯棒性同時(shí)，具有較小嵌入失真。本文用Matlab軟件模擬實(shí)現(xiàn)了QIM水印的嵌入的和提取，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明QIM算法能有效抵抗濾波、噪聲、剪切等常見攻擊。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水??；QIM；Matlab

1 引言

隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字產(chǎn)品如圖像、視頻、音頻等的版權(quán)日益引起人們的關(guān)注，其中數(shù)字水印作為一種有效的手段得到了廣泛的注意。它利用數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)將特定的信息隱藏在數(shù)字產(chǎn)品中達(dá)到標(biāo)示和保護(hù)著作權(quán)的作用[1-2]。

量化索引調(diào)制算法（QIM）是麻省理工大學(xué)的Chen和Wornell提出的一種經(jīng)典的水印算法，能在獲取較高的魯棒性同時(shí)，具有較小嵌入失真[3]。QIM算法的水印系統(tǒng)不僅容量大而且計(jì)算簡(jiǎn)單，因此，引起了廣大研究者的重視。

2 QIM（Quantization Index Modulation）算法

QIM算法的主要思想是：根據(jù)水印信息，把原始載體數(shù)據(jù)用量化器量化到不同的索引區(qū)間，水印檢測(cè)時(shí)則根據(jù)調(diào)制后的數(shù)據(jù)所屬的量化索引區(qū)間來識(shí)別水印信息。QIM算法的嵌入函數(shù)為： S（X，W）=QW（X） （1）

式中X和W分別是宿主信號(hào)和水印信息，QW（·）為水印量化器，S是量化器的輸出值。

圖1給出了量化器為均勻量化步長(zhǎng)時(shí)的抖動(dòng)調(diào)制示意圖。圖中量化器Q（ ；W） 用于嵌入水印信息w∈﹛0，1﹜。符號(hào)◇和○標(biāo)記的值分別屬于量化器Q（ ；0）和Q（ ；1）。調(diào)制方法為：若W=0，則用Q（ ；0）將宿主信號(hào)X量化為最相近的◇值；若W=1，則用Q（ ；1）將X量化為最相近的○值。

在接收端，水印信息可以從有噪的相應(yīng)水印信號(hào)S'中提取，如果S'是Q（ ；0）的輸出值，那么嵌入的水印比特被譯碼為‘0；若S'是Q（ ；1）的輸出值，則提取的比特為‘1。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

為了檢驗(yàn)QIM算法的性能，本節(jié)將給出算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中所使用的載體圖像是512×512大小的Lena的8bit標(biāo)準(zhǔn)灰度圖像，采用64×64大小的有“惠經(jīng)”字樣的二值水印圖像。數(shù)字水印的嵌入有兩個(gè)基本要求，一個(gè)是不可見性，另一個(gè)是魯棒性。實(shí)驗(yàn)中我們使用峰值信噪比PSNR值和歸一化相關(guān)來系數(shù)NC值分別作為不可見性和魯棒性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

算法不可見性：

如圖2所示，算法嵌入水印的不可見性好，PSNR=42.0341。

算法魯棒性

在實(shí)驗(yàn)中，我們對(duì)含水印圖像分別進(jìn)行添加椒鹽噪聲、中值濾波和剪切攻擊三種常見的攻擊后提取水印信息。由圖3可見，含水印圖像受到常見攻擊后算法能正確地檢測(cè)出水印。

4 結(jié)論

綜上所述：QIM算法在透明性好的前提下可以在椒鹽噪聲、中值濾波和剪切攻擊下能正確提取水印信息，即QIM水印算法能在獲取較小嵌入失真同時(shí)，具有較高的魯棒性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]葛秀慧，田浩，郭立甫，等.信息隱藏原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社.2008.

[2]張悅，舒華忠，伍家松，等.一種基于新的正交復(fù)數(shù)變換的魯棒水印算法[J].電子學(xué)報(bào).2013（41）：1574-1579.

[3]B.Chen，G.W.Womell.Quantization Index Modulation：A Class of Provably Good Methods for Digital Watermarking and Information Embedding[J].IEEE Trans. on Information Theory， 2001（47）：1423-1443.