小波水印技术的“复合嵌入”问题

摘 要要数字水印技术作为当下数字作品的版权保护的有力手段，日益得到广大研究者的重视。而水印技术的鲁棒性即稳定性是检验水印技术是否实用可靠的根本要求，本文针对当前该领域出现的“复合嵌入”问题，以小波变换算法为例，验证了彩色图像水印技术的可靠性。

【关键词】数字水印技术 复合嵌入 小波算法

侵权者为了混淆版权归属问题可以通种手段在已经嵌入水印的图像中再次嵌入伪造的属于其自己的版权保护信息，之后该侵权者声称他拥有对该作品的版权，达到混淆版权的目的，这就是所谓的“protection deadlock”。为解决这一现实问题，本文提出“复合嵌入”概念。此部分的内容属于水印算法攻击实验范畴，其主要目的在于验证水印算法的有效性。

1 小波算法的优越性

数字水印的嵌入提取算法多种多样，比如离散余弦变换、EVD变换、contour let域变换等等，从图像处理的角度看，小波变换存在以下几个优越性：

（1）小波分解可以覆盖整个频域（提供了一个数学上完备的描述） 。

（2）小波变换通过选取合适的滤波器，可以极大的减小或去除所提取的不同特征之间的相关性。

（3）小波变换具有“变焦”特性，在低频段可用高频率分辨率和低时间分辨率（宽分析窗口），在高频段可用低频率分辨率和高时间分辨率（窄分析窗口） 。

2 彩色水印图像的嵌入、提取、攻击实例

仿真试验中原始图像和水印图像分别采用的是本地彩色图像hmt.bmp（像素640*480）和 water.bmp（像素640*480），如图1所示。

RGB彩色水印图像的嵌入实验步骤：

（1）分别对两幅图像进行降维处理，提取各自的RGB值，将三维数组变成了三个独立的二维数组并显示。RGB彩色分量如图2所示。部分程序如下：

RGB=imread（'hmt.bmp'，'bmp'）；

imshow（RGB（：，：，1））；

title（'r分量'）；

（2）利用多级二维小波分解函数Wavedec2（）对宿主图像的RGB二维分量分别进行2级小波分解，同样对彩色水印图像的RGB分量进行1级小波分解。部分程序如下：

[Cr，Sr]=wavedec2（inputr，2，'haar'）；

[Cwr，Swr]=wavedec2（waterr，1，'haar'）；

（3）设定三个水印图像的RGB分量的嵌入系数，利用线性嵌入规则将水印图像分量分别嵌入宿主图像的数组之中。部分程序如下：

Cr（1：size（Cwr，2）/16）=...

Cr（1：size（Cwr，2）/16）+r*Cwr（1：size（Cwr，2）/16）；

（4）利用函数WAVEREC2（）对嵌入后的RGB分量进行小波系数重构，得到新图像的RGB分量。

（5）最后经过RGB分量的再合成得到嵌入水印后的圖像。如图3所示。部分程序如下temp=size（inputr）；

pic=zeros（temp（1），temp（2），3）；

fori=1：temp（1）；

for j=1：temp（2）；

pic（i，j，1）=inputr（i，j）；

pic（i，j，2）=inputg（i，j）；

pic（i，j，3）=inputb（i，j）；

实验结果如下图，数字水印的嵌入结果证明：对于RGB模式的彩色图像小波嵌入算法是可行的，嵌入水印信息之后图像在视觉感官上无明显变化。

3 复合水印的嵌入和提取实例

盗版者对已经嵌入版权所有者水印信息（图4右图）的公开图像进行复合嵌入，嵌入盗版者的水印信息，从而达到混淆版权的目的。于是真正水印信息能否有效提取直接关系到水印技术是否可靠。

3.1 二次水印的嵌入

本文将“水印二次.bmp”再次嵌入到“含水印一次的图像.bmp”，得到“嵌入二次水印后的图像.bmp”，如图5所示。

3.2 二次水印的提取

为了验证经过两次嵌入不同的水印信息之后的图像中是否仍可以提取初次水印，本人进行了二次水印的提取。最后经过从“嵌入二次水印后的图像.bmp”中提取初次水印图像依然是可行的，实验结果如图6所示。

部分仿真程序如下：[Car，Sar]=WAVEDEC2（watermarked_imager，2，'haar'）；

[Calr，Salr]=WAVEDEC2（inputr，2，'haar'）；

（inputr=WAVEREC2（Car，Swr，'haar'）；

inputg=WAVEREC2（Cag，Swg，'haar'）；

inputb=WAVEREC2（Cab，Swb，'haar'）；

4 结论

实验结果表明，所提取的水印从视觉上是可以分辨的，足以证明初次水印信息的存在，从而验证了水印算法的有效性。针对数字水印技术的“复合嵌入”问题，版权所有者所嵌入的原始水印是可以有效提取的，从而可以帮其验证所有权，所有权纷争问题是可以得到解决的。

参考文献

[1]贾超，张政保.基于改进SIFT的抗几何攻击水印算法[J].小型微型计算机系统，2014（12）.

[2]靳强.基于DWT的彩色图像数字水印算法研究[D].西安：西安电子科技大学，2014.

[3]AKSHYA GUPTA，MEHUL RAVAL.A robust and secure watermarking scheme based on singular values replacement[J]. Sadhana，2012（04）.

[4]王睿智.基于人类视觉系统的Contourlet域数字水印算法研究[D].西安：西安电子科技大学，2012.

[5]连凤宗.JND模型及其在视频编码中的应用[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

作者简介

黄明涛（1981-），男，山东省栖霞市人。现为烟台工贸技师学院讲师。研究方向为电气自动化。

作者单位

烟台工贸技师学院 山东省烟台市 264003