基于JPEG2000压缩域的数字水印算法研究

摘 要：多媒体信息技术的发展在给人们带来方便的同时，也带来了对其本身不利的诸多因素。文章给出了一种适合JPEG2000的数字水印方案，设计了该水印方案并借助MATLAB软件对该算法进行了实现。大量实验表明，该水印方案能抵御常见的一些攻击，具有较好的鲁棒性。

关键词：数字水印；离散余弦变换；离散小波变换；JPEG2000

引言

当今社会是网络信息社会。多媒体网络技术的发展在给人们带来方便的同时也带来了很多安全问题，一些不法分子能够以低廉的成本复制、传播、篡改并销售未经授权的数字产品信息，从而使数字产品的版权归属性、完整性、有效性无法得到保证。为了维护数字产品所有者的合法利益，解决版权纠纷，人们提出了数字水印技术的概念。

1 JPEG2000标准

JPEG的全称是Joint Photographic Experts Group，其中文意思是联合图片专家组。进入二十一世纪，由于多媒体技术应用领域的不断扩大， JPEG压缩技术已不能满足人们的需要。JPEG2000标准是由国际标准化组织（ISO，International Organization for Standardization）和国际电工委员会（IEC，International Telecommunication Union）联合开发的一个新的国际图像压缩标准。

2 算法设计

2.1 数字水印方案设计

JPEG2000标准特性一些特殊的要求：水印要具备渐进传输的特性；水印应具备随机检测性；水印要能与JPEG2000的编解码器相兼容。文章所设计的数字水印方案不仅要满足普通数字水印方案的要求，如安全性、不可见性和鲁棒性等等，还需要满足JPEG2000的独特要求，即是与JPEG2000的优异性能相结合。

2.2 数字水印系统基本框架

图1 水印嵌入框架图

结合JPEG2000编解码系统所独有的特性，我们决定在JPEG2000编解码系统内部嵌入水印，具体嵌入位置为量化之后熵编码之前，而且这样可以降低数字水印嵌入和提取的复杂度，如图1。嵌入算法为：

其中 为低频子带的小波系数，截取排序后前k个系数（k的值由水印的大小来确定）嵌入水印， 为嵌入数字水印信息后的图像的特征系数， 为二值水印序列， ？琢仍为拉伸系数选为0.08. 数字水印的提取过程是水印嵌入的逆过程，如图2。

图2 水印提取框架图

3 仿真实验

实验采用原始图像512×512的彩色图像，水印图像64×64的二值图像。嵌入水印后和提取的水印图像，如图3，PSNR值为42.7530。从视觉上来讲，提取水印图像与原始水印图像相比，有一定的噪声，这主要是因为文章中的仿真实验是基于MATLAB平台，在对图像进行编码时采用的是JPEG9.7小波，但对我们辨别水印信息并没产生什么影响，提取的数字水印相关性系数NC=0.9642，从理论上说明提取的水印效果非常好。

图3 嵌入水印图像与提取的水印图像

4 数字水印方案的检测与评估

我们采用ACDsee对JPEG2000格式含水印图像进行常用的攻击处理，包括模糊、锐化、剪切、旋转以及添加噪声等攻击，经过攻击后的含水印图像以及从攻击后的含水印图像中提取出的水印图像的仿真实验结果见表1。

表1 实验结果分析

实验结果列表1，含水印圖像在经过锐化和剪切攻击后，提取的水印与原水印的相关性系数分别达到0.9493和0.9634，说明该水印算法抗锐化和剪切攻击的效果非常好；进行模糊和噪声攻击后，提取的水印与原水印的相关性系数也分别达到0.8632和0.8471，但对旋转攻击，该算法却表现出其弱的一面，几乎经不起旋转攻击，就基本上提取不出水印信息，水印相关性系数也下降到0.1082。

5 结束语

文章所设计的数字水印方案不仅要满足普通数字水印方案的要求，如安全性、不可见性和鲁棒性等等，还需要满足JPEG2000的独特要求，即是与JPEG2000的优异性能相结合，此数字水印算法可以更好地提高水印算法的鲁棒性。但同时也有一定的缺点，那就是对旋转攻击几乎没有抵抗性，这说明该数字水印方案还需要进一步深入研究。

参考文献

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作者简介：马婷（1985，9-），女，回族，山东济南人，硕士研究生，讲师，研究方向：数字图像处理，计算机应用。