基于离散余弦变换的数字水印技术研究

玄宇 陈欣欣 牟歌 李亚

摘 要：数字水印技术在所有权保护、认证、指纹、拷贝控制、访问控制和广播监控方面都有重要的应用。本项目将研究方向锁定在变换域上，提出了新的解决方案。

关键词：数字水印；余弦变换；噪声攻击

数字技术的迅速发展以及互联网的普及给人们的工作和生活带来了极大的便利。人们通过因特网发布自己的创作成果或者传递信息。因此保护数字作品的版权、真实性和完整性以及作者的隐私、知识产权和财产安全至关重要。

数字水印采用技术隐藏保护了重要的信息和文件。它通常采用类似扩频图像技术来隐藏信息。一般基于常用的有DCT变换、DWT变换、DFT变换。文章基于DCT算法进行验证，对水印系统中图像进行质量评价。

离散余弦变换简称DCT，傅立叶变换简化方法之一。基于DCT域的数字水印算法，根据对宿主图像进行DCT方法计算，分为两大类，一类是直接对整幅图像进行DCT计算，选取合适频段的系数，嵌入水印。另一类是先将整幅图像分成n块，分别对每一块进行DCT计算，并在每一块中选取合适频段的系数，将水印信息分散嵌入到每一块所选取的DCT系数中。

在这里采用的分块DCT算法。原始图像按8×8分成互不重叠的子块。首先计算每一个子块的方差值，选择方差值最大的前n块，然后依据系统密钥进行DCT变换，选取每一块中频系数的随机序列，最后通过子块的DCT逆变换生成含水印的图像。水印的提取是上述过程的逆过程。该算法的嵌入流程图如1所示，水印提取过程如图2所示。

图1 水印嵌入流程图

图2 水印提取流程图

文章采用MATLAB软件进行仿真，选择的原始图像为512×512的256等级的灰度标准图像。将水印嵌入原始图像再提取之后，为了评价所得到图像质量，使用峰值信噪比来衡量两幅数字图像之间的数值差别：

（1）

原始图像嵌入水印后，峰值信噪比为39.01，如图3（1）所示，图像具有良好的不可见性，得到了较好的主观视觉效果。然后对加入水印的图像进行水印提取，得到水印图像如图3（2）所示，提取的水印图像与原始水印图像几乎没有差异。

最后对该算法产生的含水印图像进行了一系列攻击实验。

（1）噪声攻击。在这里对图像分别进行高斯噪声攻击和椒盐噪声攻击，得到提取水印与原水印的相关度分别为0.9721、0.9845，提取的结果如图4所示。

（1）高斯噪声攻击 （2）椒盐噪声

图4 噪声攻击下提取的水印

（2）左上角四分之一剪切。对图像进行四分之一剪切后，得到提取水印和原水印的相关度为0.8221。水印提取的结果如图5所示。

（1）剪切攻击后的图像 （2）提取的水印图像

图5 四分之一剪切结果

通过MATLAB软件仿真结果可见，基于DCT域的数字水印算法在文件保护上发挥着很好的作用，该算法具有较好的提取效果，具有一定的抵抗能力，能在信息保护领域发挥重要的作用。

参考文献

[1]孙圣和，陆哲明，牛夏牧.数字水印技术及应用[M].科学出版社，2004.

[2]王丙锡，陈琦，邓峰森.数字水印技术[M].西安电子科技大學出版社，2003.

[3]孙锐，孙洪，姚天任.多媒体水印技术的研究进展与应用[J].系统土程与电子技术，2003，25（6）：772-776.