基于数字调制技术的图像数字水印算法

作者:李军;许丽佳 刊名:计算机应用与软件 上传者:刘红卫

【摘要】提出一种新颖的基于数字调制技术的图像数字水印算法。将数字水印的嵌入与提取建模为通信过程,基于通信理论的线性、非线性数字调制技术,给出新的图像数字水印算法:将图像作为载体信号,水印作为待传输信号,并调制到载体信号上。算法既可在时域嵌入水印,也可在频域嵌入水印。同时通过典型实例,对算法进行分析与鲁棒性测试,包括噪声测试、JPEG压缩测试、剪切测试等,测试结果表明算法具有较好的安全性和鲁棒性。

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0引言数字水印是近年来兴起的信息隐藏技术一个新的研究领域,作为在信息时代下进行数字产品版权保护的新技术,它可以确定版权所有者,识别购买者或者提供关于数字内容的其他附加信息,并将这些信息以人眼不可见的形式嵌入在多媒体信息中。在数字水印技术中,水印嵌入算法一直都是人们关注的焦点,而对不可见的鲁棒水印的研究,是目前研究中最常见的课题[1]。水印算法主要分为空域和频域两大类。前者典型的算法如:Schyndel算法[2]和Patchwork算法[3],后者典型的算法有:NEC算法[4],基于向量量化技术的数字水印算法[5]等。频域比空域应用得更多更广,尤其是基于DCT变换的算法已经得到了广泛的应用,但最近基于小波变换的嵌入算法因其具有多重分辨率的特点,而日益变得流行起来。空域算法拥有较大的嵌入空间,但频域算法在嵌入水印的稳健性上比空域法要好。数字水印算法待解决的问题主要是如何在载体信息上嵌入和提取数字水印信息,由于数字水印的嵌入与提取可看作是一个通信过程,因此可以从通信的角度考虑有关水印的问题。本文即基于数字调制技术提出一种数字水印算法。本文利用数字调制技术原理,提出一种新颖的数字水印算法,分别在时域和频域范围内,验证了水印的嵌入算法,同时通过88的典型测试图像,对算法抗噪声、压缩、裁剪能力进行了测试,通过分析得出提出的算法具有较高的鲁棒性与很好的水印容量。1数字调制技术基础及原理图1原基带信号NRZ及其曼切斯特编码1.1数字调制技术基础数字调制技术主要包括:幅度调制、频率调制、键相调制等。调制技术虽多,它们都必须处理的一个问题就是如何表示数字信号1和0,即需要建立一种合适的编码规则。在传输基带数字信号时,有多种不同的编码方法,常见的有曼切斯特编码及其变形等。图1例举了未经编码的原基带信号(NRZ)及其曼切斯特编码。基带信号可以将1、0直接用两种不同的电压来表示,然后送到线路上去传输,也可以将基带信号进行调制后形成宽带信号然后再进行传输。机应用。1.2算法的基本原理数字水印的嵌入和提取可以看作一次通信过程:水印即要传输的信号,水印的载体图像即传输信号的载体信号,水印的嵌入过程即信号的调制过程,水印的提取过程即信号的解调,水印1、0的表示方法即信号的编码。利用数学变换,将1、0编码为函数y=f(x),如图2所示。其中f(x)为线性信号:y=slopex+intercept,slope为直线的斜率,intercept为直线的截距。图2从数学的角度看信息编码基于以上原理,提出不同的水印算法思想:将水印信息编码成不同的信号(线性、非线性),并调制到载体图像中,从而形成水印图像。2数字调制水印算法设载体为MN像素的图像,需嵌入的水印信息为L位。本文提出一种线性调制算法,即1、0表示的方式如图2所示。在时域和频域嵌入水印的具体过程如下。2.1时域嵌入以lena表示MN图像矩阵,information表示L位水印数组,形式化的算法表述如下:Step1选取lena矩阵的L行嵌入L位数据;Step2设置计数器i=1;Step3如果information(i)=0,则取lena第i行前20位数据,分为两大组、。如图2所示,在中嵌入信号0的上半部分,方法为:(1),大组10个数据再分为5个小组,每小组2个数据,修改第2个数据使得它比第一个数据大kslope+in-terception,其中slope与interception为已知的预先设置的常数,k=1,2,…,5;(2),在组中嵌入信号0的下半部分,方法为:大组10个数据也再分为5个小组,每小组2个数据,修改第2个数据使得它

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