基于图像特征的小波域自适应数字水印算法的研究

摘要

数字水印的嵌入技术基本上可分为两类：时域法和频域法，时域法就是直接改变图像像素的灰度值，如直接4bit替换法，既是直接用秘密图像像素值的高4bit去替换载体图像像素值的低4bit。最低有效位(LSB)方法，该方法易于实现，但稳定性差。频域法主要是利用某种数学变换，将图像在变换域表示，通过改变图像的某些变换系数来嵌入要隐藏的水印信息。频域法主要通过DCT变换、DFT变换、DWT变换、SVD变换等将水印信息嵌入到变换域，它们比时域水印技术有更强的稳健性，尤其是DWT域图像水印更是得到了人们的青睐，因为DWT不仅与人眼视觉特征相吻合，而且可以把水印均匀地分散到载体图像中，使水印的稳健性更强。还有基于图像其他特征的信息隐藏，如对图像亮度值的分析，在像素亮度值中找冗余进行基于亮度的空域信息的隐藏。基于图像亮度统计特性的数字水印算法等。然而，仍然存在着许多有待解决的关键问题。本文主要针对宿主图像本身的特性进行研究，通过引入分形的概念来说明不同的图像区域嵌入信息量强度的大小是不同的。因此可在不同区域实现嵌入不同强度的水印信息量。本文的工作主要如下： （1）为了兼顾水印的隐蔽性和稳健性，需要解决两个问题：一是如何根据宿主图像的特征选择嵌入位置；二是怎样实现不同的位置以不同的强度自适应地嵌入。为此本文提出了一种基于图像特征的小波域自适应水印算法，用分数盒维数分析图像块的特征，整幅图像按分数盒维数大小分为一级主特征块、一级次特征块、二级主特征块、二级次特征块。 （2）针对为了实现嵌入水印的隐蔽性和稳健性，提取图像的一级主特征块和一级次特征块，对它们分别进行一级小波分解，不同图像块以不同的强度自适应地将置乱后的水印嵌入到这些图像块的小波域低频子图中，由于将水印嵌入到小波域的低频子图中，具有较强的稳健性，嵌入到图像的纹理区域具有较好的隐蔽性，因此在此区域嵌入的水印能较好地实现了水印的隐蔽性和稳健性。分析结果表明该算法较好地实现了水印的隐蔽性和稳健性。同时更进一步增强了水印的稳健性。 （3）针对为了实现嵌入水印图像的盲提取，对二级主特征块进行二级小波分解，通过修改图像块的低频系数，并生成与第二个二值水印相关的二值逻辑表，同时为了增加水印信息的安全性，对水印图像进行Arnold置乱处理后嵌入了第二个水印。 （4）针对为了实现水印对篡改的敏感性，将第三个文本水印转化为二进制序列，随机选择二级次特征块，然后再随机选择该特征块的不同像素位，通过修改该像素位的最低有效位嵌入第三个文本水印。