基于小波變換的數(shù)字水印技術(shù)

蘇劍鋒++++殷玲玲

摘 要： 隨著多媒體技術(shù)與互連網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于數(shù)字水印技術(shù)的電子多媒體作品版權(quán)保護(hù)問題已成為信息科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，因此數(shù)字水印技術(shù)作為一種有效的多媒體版權(quán)保護(hù)技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。文章著重介紹數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展背景、特點(diǎn)和小波變換理論。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字水印 小波變換 數(shù)字圖像水印算法

數(shù)字水印技術(shù)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一門嶄新的技術(shù)，通過在數(shù)字產(chǎn)品中嵌入可感知或不可感知的信息證明數(shù)字產(chǎn)品的所有權(quán)或檢驗(yàn)數(shù)字內(nèi)容的原始性。數(shù)字水印是用于解決知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題、最具有潛力的多學(xué)科交叉技術(shù)，自1993年提出以來發(fā)展十分迅速，已經(jīng)受到國際學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的高度關(guān)注。

一、數(shù)字水印的概念

所謂數(shù)字水印技術(shù)，就是將一種特殊標(biāo)志信息（偽隨機(jī)序列或可識別圖案文字）嵌入數(shù)字媒體，用以辨識數(shù)據(jù)的版權(quán)、合法使用者，從而認(rèn)證或控制數(shù)據(jù)的使用。而利用數(shù)字水印進(jìn)行多媒體信息的認(rèn)證則是利用人類知覺系統(tǒng)的冗余，在不影響數(shù)字媒體的感官（視或聽）質(zhì)量的前提下，將與媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的標(biāo)志信息作為水印直接嵌入媒體內(nèi)容中。這一過程并不影響原始多媒體數(shù)據(jù)的可用性，在檢查盜版行為時(shí)，可以從含水印的多媒體數(shù)據(jù)中提取出相關(guān)信息，用以證明數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)，指證盜版行為。除此之外，數(shù)字水印還在真?zhèn)舞b別、隱蔽通信、標(biāo)志隱含、電子身份認(rèn)證等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

二、數(shù)字水印的種類

目前數(shù)字水印技術(shù)大體上可分為空域和變換域水印兩大類。空域數(shù)字水印是通過改變空域像素灰度值來嵌入水印信息，如LSB（least Significant bits）嵌入。變換域數(shù)字水印則是將載體圖像變換到變換域，通過改變變換域系數(shù)來嵌入水印，如DCT（discrete cosine transform）域嵌入。當(dāng)嵌入的水印信息比較多時(shí)，一般變換域水印要優(yōu)于空域水印算法。小波分析理論和方法是從Fourier分析演變而來的。小波變換以犧牲部分頻域定位性能來取得時(shí)―頻局部性的折中，其不僅能提供較精確的時(shí)域定位，而且能提供較精確的頻域定位。我們所面對的真實(shí)物理信號，更多地表現(xiàn)出非平穩(wěn)的特性，而小波變換恰恰是處理非平穩(wěn)信號的有力工具。

三、小波變換的定義

小波變換指的是將某個基本的小波或者是母小波的函數(shù)進(jìn)行位移到b點(diǎn)后，在不同的尺度a的情況下，和需要分析的信號作內(nèi)積。其中基本的小波函數(shù)是滿足基本條件的平方可積函數(shù)。因此，函數(shù)經(jīng)過平移和伸縮之后可以得到函數(shù)公式，（a≠0），其中a、b代表的實(shí)數(shù)，a表示的是伸縮性因子或者是尺度的因子，在實(shí)際的工程中尺度的因子不能小于0；b代表的是平移性因子，b的數(shù)值正負(fù)均可以。當(dāng)在設(shè)置為有限能量的信號時(shí)，小波變換的定義為和小波函數(shù)之間的內(nèi)積，其中a、b代表的是連續(xù)性的變量。

根據(jù)S.Mallat塔式分解的算法，原始圖像在經(jīng)過小波分解處理之后，分割成了垂直方向、低頻環(huán)節(jié)、對角線的方向和水平方向這四個頻帶，而低頻環(huán)節(jié)還可以繼續(xù)分解。

四、一種基于小波的數(shù)字圖像水印算法

1.水印的嵌入算法原理：①分別讀取原始圖像和二值水印圖像；②對分塊進(jìn)行DWT變換，具體用Haar小波函數(shù)對原圖像進(jìn)行一維離散小波變換分解，得到4組系數(shù)矩陣，分別為近似小波低頻系數(shù)cA、水平細(xì)節(jié)高頻系數(shù)cH、垂直細(xì)節(jié)高頻系數(shù)cV和對角線細(xì)節(jié)高頻系數(shù)cD。這4組矩陣分別構(gòu)造出原始圖像的近似圖像和細(xì)節(jié)圖像；③將水印信號嵌入小波低頻系數(shù)中。對低頻系數(shù)的保護(hù)比對高頻系數(shù)要好，因此，水印信號分量嵌入DWT域低頻系數(shù)具有足夠的穩(wěn)健性；④將嵌入水印的圖像塊進(jìn)行IDWT逆小波變換重構(gòu)圖像，再轉(zhuǎn)換成Uint8類型，獲含水印圖像。

2.水印的提取算法原理：①讀取嵌入水印后的圖像并進(jìn)行一級Haar小波變換；②讀入原宿主圖像并進(jìn)行一級Haar小波變換；③對分塊進(jìn)行DWT變換；④對嵌入水印圖像分塊提取水??；⑤將水印重新排序，并將提取的四幅水印相加，得到最后的提取水印。

五、結(jié)語

多媒體信息安全之中數(shù)字水印技術(shù)的建設(shè)，相當(dāng)關(guān)鍵，正如上文所分析到的，隨著當(dāng)前信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，不少行業(yè)開始自身的轉(zhuǎn)型，不斷邁向自動化和數(shù)字化的發(fā)展方向。綜上所述，本文系統(tǒng)地分析了當(dāng)前現(xiàn)代化數(shù)字水印技術(shù)的基本情況和技術(shù)發(fā)展過程之中的核心問題，并從實(shí)際情況出發(fā)深入探討了今后應(yīng)該重點(diǎn)研究和解決的問題。

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