周美麗，劉川

（延安大學(xué)陜西延安716000）

數(shù)字水印技術(shù)從正式提出到現(xiàn)在只有短短幾十年的歷史，但其在數(shù)字產(chǎn)品的隱蔽標(biāo)識(shí)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、防偽等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。在美國，以麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室為代表的一批研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)申請(qǐng)了數(shù)字水印方面的專利。1998年，美國政府報(bào)告中出現(xiàn)了第一份有關(guān)圖像數(shù)據(jù)隱藏的AD報(bào)告[1]。我國學(xué)術(shù)界對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的研究也相當(dāng)重視，已經(jīng)有相當(dāng)一批有實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域的研究中，但大多研究成果依然局限在初始階段，目前沒有商品化的軟件推出，實(shí)際領(lǐng)域中的應(yīng)用也還十分有限。目前研制更安全的數(shù)字水印算法是水印研究的重點(diǎn)之一，此外根據(jù)不同的數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容分等級(jí)插入水?。杭磳?duì)重要的、安全性要求高的內(nèi)容插入安全性好的水印，而對(duì)安全性要求不高的內(nèi)容插入安全性一般的水印，這種分安全等級(jí)的水印方案有助于提高效率，也間接增強(qiáng)了水印的安全性[2]。

數(shù)字水印技術(shù)是一種新型的信息隱藏技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)在數(shù)字產(chǎn)品中加入保護(hù)產(chǎn)品版權(quán)或證明產(chǎn)品可靠性的數(shù)字水印。它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的密碼技術(shù)和數(shù)字簽名技術(shù)的缺陷，因此數(shù)字水印技術(shù)是當(dāng)前多媒體信息隱藏領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)之一。而小波變換是信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究，基于小波理論的研究成果應(yīng)用非常廣泛，如數(shù)字水印、特征提取、信號(hào)濾噪、數(shù)據(jù)融合等，幾乎所有涉及信號(hào)處理的問題都會(huì)有小波的身影。小波理論應(yīng)用之所以廣泛，在于小波變換可以獲得信號(hào)的多分辨率表征符合人類觀察世界的一般規(guī)律。本文仿真實(shí)現(xiàn)了基于小波變換為基礎(chǔ)的數(shù)字圖像水印嵌入和提取技術(shù)，為數(shù)字圖像安全性提供了技術(shù)支持[3-4]。

1 數(shù)字圖像水印技術(shù)實(shí)現(xiàn)

基于小波變換數(shù)字技術(shù)使得圖像的壓縮、傳輸和分析變得更為便捷[4]。小波變換在數(shù)字水印中的應(yīng)用近幾年發(fā)展也非?？焖?。小波變換將輸入信號(hào)分解為低分辨率參考信號(hào)以及一系列細(xì)節(jié)信號(hào)。在每一個(gè)尺度下，參考信號(hào)和細(xì)節(jié)信號(hào)包含了完全恢復(fù)上一尺度下信號(hào)的全部信息。由于小波變換與人類視覺系統(tǒng)對(duì)圖像的認(rèn)知有著相似的過程，所以被認(rèn)為是一種很有前途的圖像處理工具。小波變換將原始圖像分解為一系列的高頻分量和低頻分量，因?yàn)槿祟愐曈X系統(tǒng)對(duì)圖像低頻分量的改變非常敏感，而對(duì)圖像的紋理等高頻部分的改變敏感性要小的多，文中正是利用這一點(diǎn)進(jìn)行水印信息的嵌入[5-6]。

文中實(shí)現(xiàn)了小波域上對(duì)灰度圖像水印的嵌入與提取，取灰度源數(shù)字圖像X，水印圖像W，如圖1為數(shù)字水印圖像嵌入流程圖，圖2為數(shù)字水印圖像水印提取流程圖：

圖1 數(shù)字水印嵌入流程圖Fig.1 The flow chart for digital watermarking

圖2 數(shù)字水印提取流程圖Fig.2 The flow chart for digital watermarking embedding

比較其他數(shù)字水印技術(shù)，基于小波域的數(shù)字水印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：首先小波變換可以對(duì)人眼視覺系統(tǒng)進(jìn)行更好的模擬，它把信號(hào)分成獨(dú)立的子帶并獨(dú)立地進(jìn)行處理，這種方式比離散余弦變換更接近人眼視覺系統(tǒng)[7-8]；其次在小波域進(jìn)行信息隱藏，利用了小波變換的層次分級(jí)和時(shí)頻局部化的特性，可以在圖像信號(hào)重要分解系數(shù)中嵌入盡可能多的水印信號(hào)；此外小波域中的低頻子帶刻畫了圖像的平滑部分，而小波域中的高頻子帶描述了圖像的特征信息，如圖像的紋理區(qū)域和圖像變化的邊緣區(qū)域等等。水印算法可以選擇加入到不同的小波域系數(shù)中，從而影響圖像的平滑部分、紋理區(qū)域及邊緣區(qū)域的目的，基于以上3點(diǎn)文中選擇以小波分解為基礎(chǔ)來進(jìn)行數(shù)字圖像的水印嵌入與提取[9-10]。

2 實(shí)驗(yàn)仿真

根據(jù)上述流程圖對(duì)源數(shù)字圖像’tire’進(jìn)行嵌入水印，基于小波變換的數(shù)字水印的仿真結(jié)果如下，圖3所示，為原始圖像和小波變換后的圖像；圖4所示，為水印圖像；圖5所示，為水印嵌入圖像與原圖像的檢測(cè)響應(yīng)。

圖3 原始圖像和小波變換后的圖像Fig.3 The original image and the wavelet transformimage

圖4 水印嵌入圖像Fig.4 The watermarking embedded image

圖5 水印嵌入圖像的檢測(cè)響應(yīng)Fig.5 The detection response of watermarking embedded image

上述實(shí)驗(yàn)是基于小波變換的灰度圖像水印技術(shù)的仿真。將圖像信號(hào)進(jìn)行小波變換后，根據(jù)小波系數(shù)的特點(diǎn)，將灰度圖像水印嵌入到圖像載體小波分解的低頻系數(shù)和部分中高頻系數(shù)上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)在數(shù)字圖像隱蔽通、防偽等方面可以可靠應(yīng)用，在數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)用中中具有良好的魯棒性。

3 結(jié)論

由于篇幅局限本文只對(duì)數(shù)字圖像水印嵌入技術(shù)得以實(shí)像跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)采用高速圖像傳感器作為圖像采集裝置，改善了低速圖像跟蹤系統(tǒng)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤誤差大、精度低等問題，具有單芯片集成、低功耗、小型化、便攜化等優(yōu)點(diǎn)，有良好的應(yīng)用前景。

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