張亞峰 何丹丹 李 寧

（平頂山學院信息工程學院 河南平頂山467000）

隨著計算機網(wǎng)絡技術電子商務的發(fā)展，數(shù)字化產(chǎn)品成為當今市場的主流。因其易被復制和篡改的特性，數(shù)字產(chǎn)品的版權保護成為急需解決的問題。當今國內(nèi)時常出現(xiàn)知識產(chǎn)權問題以及侵權事件,要想減少并杜絕此類事件，那就要并重視數(shù)字產(chǎn)品的保護問題。數(shù)字水印技術能夠較好的解決這類問題,只有加快數(shù)字水印技術的研究，完善我國數(shù)字水印版權保護標準，才能解決此類問題[1-6]。

1 基于DCT算法實現(xiàn)的數(shù)字水印嵌入與提取

1.1 DCT算法的實現(xiàn)步驟

首先對圖像進行DCT變換，變換后的結(jié)果為頻域。接著從變換后數(shù)據(jù)D的DCT系數(shù)中選取n個最重要的頻率分量，組成序列，用來提高JPEG壓縮的魯棒性。然后，拿密鑰來產(chǎn)生偽隨機序列，即水印序列X=x1,x2,…,xn，其中xi是滿足高斯分布的隨機數(shù)，然后用偽隨機高斯序列來疊加選定的 DCT系數(shù)，產(chǎn)生帶水印的序列V=v1,v2,…,vn。再將V轉(zhuǎn)換為D，最后反變換為含有水印的圖像。水印檢測依賴于一個閾值,當其檢測結(jié)果超過閾值時， 就判斷其含有水印,否則判斷沒有[7-9]。

1.2 基于DCT算法的數(shù)字水印嵌入

DCT變換具有許多的優(yōu)點，比如誤碼率小、信息集中性高、復雜性較好等，因此常被使用[10-12]。二維離散DCT變換公式如下：

注：u=0,1,2,M?1; v=0,1,2,N?1；M,N為圖像塊的行、列值。

DCT反變換時計算公式如下：

其中：u=0,1,2,…,M?1;v=0,1,2,…,N?1;M、N為圖像塊的行、列值。

上述給出了DCT算法，該算法用于嵌入水印當中的思想用流程圖表示如圖1所示。

圖1 嵌入水印流程圖

1.3 水印的提取過程

基本過程框圖如圖2所示，也即水印嵌入過程的逆過程[13-15]。

圖2 提取過程框圖

2 數(shù)字水印的實現(xiàn)

2.1 數(shù)字圖像的讀取及灰度處理

本文的仿真利用MATLAB平臺來實現(xiàn)。將需要處理的圖像放置到 MATLAB安裝目錄里面的work文件夾里，讀取圖像數(shù)據(jù)并對其進行灰度化處理[16]。

2.2 水印的嵌入

對原始圖像進行DCT變換，產(chǎn)生水印序列然后對其排序，調(diào)用Cheby函數(shù)以產(chǎn)生混沌序列，混沌序列即所要嵌入的水印序列，產(chǎn)生水印序列后，要進行水印序列的插入。首先要按照一定的算法找好插入水印的位置并插入，以便圖像遭到攻擊時也能根據(jù)提取到的水印信息找到被攻擊的位置及程度，人眼所能識別的圖像的能量一般集中在低頻部分，若對其他部分添加微小成分，也不會被人眼識別[17-18]。

然后對所得圖像進行 IDCT，即可得到帶有水印信號的復合圖像，顯示如圖3所示。

圖3 執(zhí)行結(jié)果圖像

2.3 水印的檢測及提取

本文采用的檢測方式為非盲檢測，檢測過程當中會用到原始圖像。水印序列的檢測過程為：先對嵌入水印的圖像進行DCT變換，然后找到嵌入水印序列的位置，提取Y0序列。利用cheby函數(shù)生成的Y0序列與之相對比，若基本一致，即檢測水印成功。若基本不相同，則說明檢測失敗[19]。在檢測過程中生成的有嵌入水印圖的DCT變換圖（提取圖1），如圖4所示。提取到的的水印序列圖，如圖5所示。

圖4 原圖與嵌入水印圖的DCT變換圖

圖5 提取的水印圖

本文在得到嵌入水印圖像后又對圖像進行了圖像質(zhì)量評價，采用的兩個參數(shù)是MSE、PSNR。MSE（均方誤差）、PSNR（峰值信噪比）常用于對于信號噪聲的計算。隨著科技和時代的發(fā)展，各個學科的日益相互交叉，相互滲透。各個不同領域的部分參數(shù)逐漸被相關領域所借用，并給予了一些新的解釋。這兩個參數(shù)是近年來被引入到圖像處理領域，雖然其并不能完全估計圖像的質(zhì)量，但是也提供了一種新的研究思路與方法。

PSNR是衡量圖像失真或是噪聲的一個客觀標準，用來客觀評價圖像變化以及壓縮前后圖像劣化程度，其單位為dB（分貝）。兩個圖像間，MSE值越小越好，而PSNR值越大，則越趨于無劣化，劣化程度較大時，PSNR值趨于0dB。一般PSNR值在20dB以上基本就符合要求了[20]。計算公式如下：

利用本文算法進行仿真，得出MSE=87.3082，PSNR=28.7205。

3 結(jié)語

MATLAB軟件具有十分強大的數(shù)據(jù)分析和處理功能。本文的設計主要是采用基于 MATLAB的DCT變換法將水印信息嵌入到載體圖像當中。首先使用 cheby函數(shù)產(chǎn)生混沌序列。同時對灰度處理的圖像進行DCT變換，然后使用一定算法找到載體的一定位置，運用IDCT變換將混沌水印序列嵌入到已經(jīng)處理的載體圖像當中。通過對嵌入水印后的圖像的MSE、PSNR等參數(shù)的計算，對圖像質(zhì)量進行了評價。由得出的計算數(shù)值說明該方法的水印嵌入基本符合要求，同時也反映出該嵌入水印后的圖像質(zhì)量有所下降，但在允許的范圍之內(nèi)。