小波变换在数字水印中的应用
对每一个DBX'(m,n)和BW(m，n)，si 为从DBX'(m,n)的中频选出的加载的位置，l= DBX''(m,n)(si)=a*Bw(m，n)(ti)，其中a 是加权系数，用DBX''(m,n)(si)来代 替DBX'(m,n)(si)得到加载水印后的图像； 对以上得到的每一个DBXCI'(m,n)进行逆DCT 变换： IDBX(m,n)?IDCT(DBX''(m,n))。并将各方块IDBX(m，n)合并为一个整图X'。即 加载了水印的新图像。 水印的提取：在某些水印系统中，水印可以被精确地提取出来，这一过程被称作水印提取。例如在完整性确认的应用中，必须能够精确地提取出嵌入的水印，并且通过水印的完整性来确认多媒体数据的完整性。如果提取出的水印发生了部分的变化，最好还能够通过变化的水印的位置来确定原始数据被篡改的位置。水印在提取时可以需要原始图像的参与，也可以不需要原始图像的参与。图2 是水印提取的框图。虚线部分表示在提取或判断水印信号时原始图像不是必需的。 基于DCT域的数字水印提取的具体算法：读取原始图像和黑白水印图像到二维数组I 与J；将原像I 分割为互不覆盖的图像块blockL(x,y)，1= u',v')进行反DCT 变换；得到block(x',y')；合并图像块，得到嵌入像块dct_block(黑白水印后的图像。 水印检测：水印在检测时可以需要原始图像的参与，也可以不需要原始图像的参与。但将水印技术用于图像的网络发布和传播时，如果检测时需要使用原始图像则是个缺陷，因此，当前大多数的水印检测算法不需要原始图像的参与。图3 分别是水印检测的框图.虚线部分表示在提取或判断水印信号时原始图像不是必需的。 第 16 页 共 34 页 小波变换在数字水印中的应用 水印攻击测试：由于数字水印在实际应用中可能会遭到各种各样的攻击，因此对算法进行攻击测试是衡量一个水印算法优劣的重要手段。首先对嵌入水印后的图像进行JPEG 压缩(一种水印攻击)，而后从压缩的图像中提取出水印，看到DCT 域的水印算法抵抗JPEG 压缩攻击的效果是比较好的。 3.4.2 本章算法及实验结果分析 本实验采用把DCT变换的直流分量作为水印载体嵌入提取对策,提升了数字水印的品质。本实验采用嵌入准则采用乘法准则：x(K)=x0(K)*{1+ a*w(k)} 其中a取0.003。采用图像大小256*256如图6，水印图像大小为32*32如图7。 第 17 页 共 34 页 小波变换在数字水印中的应用 图8 实验结果 从上图中可明显看出：嵌入水印信息后，原图与嵌入水印信息后的图像在视觉效果上没有明显分别，用肉眼几乎分辨不出，这说明这种算法充分利用了人眼的视觉冗余特性，水印的不可见性相当好，图像在嵌入水印前后视觉效果改变不大，不影响图像的正常使用。另外嵌入水印后的图像经过JPEG 压缩后，还能从中提取出比较清晰的水印信息，可见，这种嵌入算法的抗攻击性较好，而且检测和提取易于实现，具有很好的实用性。 4小波变换在数字音频水印中的应用 随着MP3、MPEG、AC-3等新一代压缩标准的广泛应用，对数字音频作品的知识产权保护显得越来越重要。特别是随着新一代音频压缩标准MPEG4的提出，使得基于小波变换的音频水印技术越来越突显其良好的多分辨率表示、时频局部分析的优势，成为当前的一个重要的课题。目前在数字水印和信息隐藏中，已经出现一些优秀的基于小波变换的算法，并且多数要优于相同条件下基于FFT、DCT等传统变换的算法。 第 18 页 共 34 页 小波变换在数字水印中的应用 4.1数字音频水印系统的评价标准 数字音频水印是永久嵌入在音频信号（宿主数据）中的具有可鉴别性的数字信号。一般来说，数字音频水印的主要性能指标包括：不可感知性、稳健性和水印的容量。这三者互相牵制，他们之间相互依存又互为矛盾[2]。一般来说，水印的容量越大，稳健性越好，但是其不可感知性也越差。要同时获得水印好的稳健性和不可察觉性，就只能减少水印嵌入的信息量。因此在实际运用中要根据需求，在上述三者之间寻求一个平衡。 （1）不可感知性 不可感知性就是要求水印嵌入后，不影响原始音频的质量，即听觉上不可感知。一般分为主观和客观标准。 ①主观评价标准 由于含有保密信息的音频信号最终接收者是人，所以主观评价标准是最终的，也是可靠的。音频水印中常用的主观标准称为平均观点分（Mean Opinion Score，MOS）。测试者根据音质好坏来打分，一般是五分制，得分为5或者越接近5，就意味着2个音频数据之间几乎没有差别。 ②客观评价标准 信噪比（SNR）是一个质量评估标准，公式如下： SNR?lg?fi2i2?fi'?fi（3） 其中，和 fifi'分别为原始音频信号和含水印的音频信号。早期音频水印算法一 般采用信噪比来计算原始音频与加入了水印的音频之间的SNR。国际留声机联盟（IFPI）要求水印音频至少可以提供20 dB或者更高的SNR。由于基于SNR的评价标准没有考虑到人类听觉系统特性，如一个微小的线性伸缩在主观上听觉质量几乎没有任何变化，但SNR会降得很低。ITU-R推荐的BS.1387由于其考虑到了人类听觉系统特性，被认为是很好的客观听觉质量评价标准用于音频水印技术。 （2）稳健性 稳健性又称鲁棒性用以衡量水印抗攻击的能力，即要求水印本身应能经受得住各种有意无意的攻击。典型的攻击有添加噪声、数据压缩、滤波、重采样、A /D -D /A转换、统计攻击等。文献[5]中用分级的形式来表示水印的稳健性，从零级到最高 第 19 页 共 34 页 小波变换在数字水印中的应用 级，零级表示无稳健型。实际运用中，常用的衡量水印抗攻击能力的是误码率（Bit Error Rate，BER）。 1）位错误率（BER：Bit Error Rate） 定义：假设嵌入某载体的保密信息w为m位，在某种提取策略下，从隐藏有保密信息的载体中或受到某种攻击的隐秘载体中提取了与隐藏时相同长度的保密信息序列w，则BER定义为： ~ 即在收到各种攻击后提取得到的水印与原始水印之间不同比特所占的百分率。 2) 归一化相关系数 (Normalized Correlation Coefficient) 为了消除观测者的经验、身体条件、实验条件和设备等多种主、客观因素的影响，通常采用归一化相关系数对提取的保密信息序列和原始信息序列的相似性进行定理评价，定义为： M1M2~1m?1wi?wiBER???~?wmi?1?0wii~?(W,W)?~(i,j)???(i,j)?i?1j?12??i?1j?1M1M2?(i,j)??i?1j?1M1M2~2(i,j)? IFPI也做出了关于音频水印稳健型的定义，要求稳健音频水印满足加性或乘性噪声、MP3压缩、2个连续的D/A和A/D转换、时间拉伸、重采样、重量化、滤波等。 （3）水印数据嵌入量 水印数据嵌入量，也叫水印带宽，指单位长度的音频中可嵌入的信息量，通常用比特率表示。IFPI要求嵌入水印的数据信道至少要有20 bit/s。对于版权保护通常认为只需要几十比特的水印信息即可。 除了上述3个相互依存且矛盾的指标，数字音频水印还应该满足：水印算法必须具备某种同步机制，以对抗时域上的同步攻击；水印应易于提取，嵌入和检测的计算量要低；水印检测不应需要原始音频，即实现盲检测；水印算法应该公开，安全性最好依赖于密钥而不是算法的秘密性。 第 20 页 共 34 页