一种基于奇异值分解的鲁棒水印算法

徐鑫磊 吕宏伟

摘要：该文提出了一种基于奇异值分解的算法，用于提高水印的鲁棒性。在该算法中，首先，对原始载体图像进行分块的奇异值分解，然后把经过Logistic映射产生的混沌序列调制的水印信号嵌入到分块的奇异值分解的最大系数中的十位数字上去。实验结果表明，该算法对各种攻击具有较强的鲁棒性。

关键词：数字水印；鲁棒性；奇异值分解

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)15-3686-03

信息媒体的数字化为信息的存取提供了极大的便利性，同时也显著地提高了信息表达的效率和准确度。特别是随着计算机网络通讯技术的發展，数据的交换和传输变成了一个相对简单的过程。人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅捷地将数字信息传达到世界各地[1]。随之而来的副作用是通过网络传输数据文件或作品使有恶意的个人或团体有可能在没有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容[2 -3]。

如果采用传统的密码学方法来解决问题，非法用户一看便知数据是经过加密处理的。即使加密算法足够强大，使得非法用户无法破解，但攻击者也有足够的手段来对其进行破坏，干扰通信的进行。因此，具有伪装特点的新兴技术——信息隐藏技术应运而生，并成为隐藏通信和版权保护的有效手段迅速成为国际上的研究热点。

数字水印[4]是指在数字化的数据内容中嵌入隐蔽的记号，它是信息隐藏技术的一个重要分支，主要目的是对数字作品的版权保护和完整性认证。从这两个方面可以将数字水印分为鲁棒水印，脆弱水印和半脆弱水印。

鲁棒水印[5]具有抵抗攻击的能力，可以实现版权保护功能。脆弱水印就是在保证多媒体信息感知质量的前提下，将数字、序列号、文字、图像标志等作为数字水印嵌入到多媒体数据中，当多媒体内容受到质疑时，可将该水印提取出来用于多媒体内容的真伪识别，并且指出篡改的位置，甚至攻击类型等[6]。而半脆弱水印[7]可以说是上述两种水印的折衷，能一定程度上抵抗攻击，也能用于证明图像内容的真实性。但是它在单方面的性能，都不及鲁棒水印和脆弱水印。

本文主要针对于版权保护的鲁棒水印进行研究，它有鲁棒性、安全性和透明性等特点。但是，鲁棒性和透明性是一对矛盾，增强鲁棒性，希望含尽可能多的水印；增强透明性，希望含尽可能少的水印。在实际应用中，要在两者之间进行折衷，以满足具体的要求。

本文对大量水印算法进行了研究，提出了一种鲁棒性较高，透明性较好的水印算法。

[2] MACQ B,QUISQUATER J.Cryptology for digital TV broadcasting[J].Proc of the IEEE ,1995 ,83(6):944-957.

[3] DELAIGLE J F ,BOUCQUEAU J M,OUISQUATER J J , et al1Digital images protection techniques in a broadcast framework : an overview[A].Proc of ECMAST96[C]1199612:711-727.

[4] Information Technology-JPEG 2000 Image Coding System-Part 8:JPSEC[S].2004.

[5] Lahouari G, Ahmed B, Mohammad K I, and Said B. Digital image watermarking using balanced multiwavelets. IEEE Trans. on Signal Pro? cessing, 2006, 54(4): 1519-1536.

[6]钮心忻.信息隐藏与数字水印[M].北京:北京邮电大学出版社,2004,6 (1):142-144.

[7] Schlauweg M, Pr?frock D, Palfner T, and Müller E.Quantization-based semi-fragile public-key watermarking for secure image authenti? cation. In Proc. of SPIE, San Diego,California, USA, 2005, 5915: 41-51.

[8]李剑,李生红,孙锬锋.基于Logistic混沌序列和奇异值分解的半脆弱水印算法[J].上海交通大学学报.2009(7):1144-1148.

[9]王丽娜,张焕国,叶登攀.信息隐藏技术与应用[M].武汉:武汉大学出版社,2009.

[10]吕林涛,郝亮.面向图像内容认证的半脆弱数字水印算法[J].计算机应用,2010,(5):1239-1242.