李磊

摘要：為了保證魯棒性，提高水印的不可感知性，提出了一種基于離散余弦變換（DCT）和奇異值分解（sVD）的數(shù)字水印算法。該算法首先將載體圖像分塊，接著對(duì)每個(gè)分塊進(jìn)行離散余弦變換。然后將水印信息嵌入到每個(gè)分塊的直流區(qū)域。嵌入時(shí)先利用奇異值分解，接著在直流區(qū)域的奇異值對(duì)角矩陣上添加水印的奇異值對(duì)角矩陣信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，算法確保視覺無差異基礎(chǔ)上對(duì)魯棒性有所提升。

關(guān)鍵詞：DCT;SVD;直流區(qū)域;魯棒性;數(shù)字水印

中圖分類號(hào)：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）30-0197-03

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字媒體在傳播時(shí)，容易被復(fù)制和纂改。數(shù)字水印技術(shù)主要是將一些標(biāo)識(shí)信息嵌入到數(shù)字媒體中，且不影響原媒體的正常使用，不容易被探知和修改。數(shù)字水印技術(shù)可以解決數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)問題，也可以在網(wǎng)絡(luò)信息安全上起到一定作用。

早期的水印算法都是基于空域的，即直接修改載體圖像的像素值，將水印加載到某些像素點(diǎn)上，比如LSB最低有效位、差值擴(kuò)張、直方圖平移等。這些方法安全性、魯棒性較差，不能很好地抗壓縮。

目前最廣泛的水印算法是基于變頻域的，即首先將載體圖像變換到頻域，然后改變系數(shù)的方法來嵌入水印信息。載體圖像變換到頻域的方法有：離散余弦變換、小波變換、離散傅立葉變換。這類方法大多有較強(qiáng)的魯棒性。

本文研究基于離散余弦變換（DcT）的數(shù)字水印技術(shù)：

第一步，對(duì)水印預(yù)處理，加密水印信息，最后進(jìn)行SVD分解得到水印的S2矩陣。

第二步，對(duì)載體圖像分塊，每個(gè)分塊分別進(jìn)行DCT變換。因?yàn)镴PEG圖像壓縮時(shí)，分塊大小為8x8，這里載體圖像分塊也采用8x8，起到一定抗壓縮作用。

第三步，對(duì)每個(gè)DCT變換后的分塊，取每個(gè)分塊的DC區(qū)域構(gòu)成1個(gè)新的矩陣，然后對(duì)新矩陣進(jìn)行SVD分解，得到S1矩陣。用每個(gè)分塊DC區(qū)構(gòu)成新矩陣的Sl矩陣和水印的S2矩陣計(jì)算出最終添加水印得圖像的s矩陣;因?yàn)槠娈愔捣纸獾奶攸c(diǎn)，這種添加具有很好的魯棒性。

第四步，對(duì)第三步的結(jié)果更新載體圖像DCT變換后DC區(qū)域的SVD變換值，形成更新DC值的DCT圖像矩陣;接著對(duì)該圖像矩陣進(jìn)行DCT逆變換，得到最終直觀的添加水印后的圖像。

1水印預(yù)處理

數(shù)字水印信息一般包括個(gè)人信息、版權(quán)信息、唯一標(biāo)識(shí)符等。在實(shí)際水印生成時(shí)，不管水印信息是字符串格式還是圖片格式，都要對(duì)水印信息做一些預(yù)處理。這個(gè)預(yù)處理的過程可以起到加密水印信息的作用。常用的方法有：Arnold變換、混沌置亂、仿射變換和幻方變換等。

1.1 Arnold變換

Arnold變換技術(shù)就是把圖像中各個(gè)像素點(diǎn)位置進(jìn)行置換，置換之后的圖像變成了亂碼圖像，從而圖像被加密了。其坐標(biāo)置換公式如下：

2.2DCT域系數(shù)分析

DCT變換后得到64個(gè)DCT系數(shù)，其中最大的系數(shù)坐標(biāo)是（0，0），左上角位置，稱為直流分量（Dc分量）。其余坐標(biāo)位置系數(shù)稱為交流分量（AC分量）。如何在這64個(gè)DCT系數(shù)中選擇合適位置添加水印信息，既能保證添加水印后的圖像經(jīng)過非惡意或惡意攻擊都能很好地提取水印信息;又能有較大的感覺容量，就是加人大量的水印信息不會(huì)使得水印圖像相比原始圖像在視覺上產(chǎn)生顯著改變。人類視覺一般對(duì)中低頻區(qū)域比較敏感，可以理解為圖像中“突出”區(qū)域，而不敏感區(qū)域一般在圖像壓縮等處理時(shí)去除，故將水印嵌入到中低頻區(qū)域，既具有較好的魯棒性，也不宜被信號(hào)處理去除。

7結(jié)論

該算法添加的水印信息經(jīng)過Amold、Logistic變換，攻擊者很難修改水印和擦除水印。通過奇異值的對(duì)角矩陣添加水印信息，使得原始圖像的視覺影響降低。DCT分塊添加水印信息，使得水印圖像抗壓縮性增強(qiáng)。該算法也有不完善的地方，例如缺少盲檢能力，這將是以后研究的重點(diǎn)。