基于DCT抗幾何攻擊的水印算法

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1、基于DCT抗幾何攻擊的水印算法1.圖像的離散余弦變換DCT用于圖像編碼是目前廣泛使用的JPEG壓縮和MPEG的標準。DCT是在最小均方差條件下得出的僅次于K-L變換的次最佳正交變換。它運算速度快，精度高，以提取特征成分的能力和運算速度之間的最佳平衡而著稱。二維離散余弦正變換(DCT)公式如下：F(s)=』)cos丑2+咖cosx=o7=o2M“=0丄…,M-l；”=0丄…,n_iVl/AfJ"MNJ2/JVu=O1/=2.???,—1v=Ou=l,2、…，N—其屮x,y為空間域采樣值；u,V頻率域采樣

2、值；M,N為數(shù)字圖像的像素方陣M*N；目前大部分水印算法抗兒何攻擊能力較差的主要原因是人們將數(shù)字水印嵌入像素或變換系數(shù)中，圖像的輕微幾何變換，常常導致像素值的變換或變換系數(shù)值的突變。這樣嵌入的水印便被輕易地攻擊，水印無法正常提取。如果我們能夠找到反映圖像集合變化特點的視覺特征值，那么當含水印的圖像發(fā)生小的幾何變換時，該圖像的視覺特征值也不會發(fā)生明顯的突變。第一步：水卬嵌入1?通過全圖DCT變換，得到圖像的視覺特征向量V(j)o2?先對原圖F(i,j)進行全圖DCT變換，得到DCT系數(shù)矩陣FD(i,j),

3、在對DCT系數(shù)矩陣FD(i,j),進行Zig-Zag掃描(量化系數(shù)的Z行排序。為了保證低頻分量先出現(xiàn)，高頻分量后出現(xiàn)，以增加行程中連續(xù)“(F的個數(shù)，這63元素采用了“之”字型(Zig-Zag)的排序方法。),得到頻率由低到高的DCT系數(shù)序列Y(j),取前L個值，通過符號運算得到該圖像的視覺特征向量V(j)oFD(i,j)=DCT2(f(i,j))Y(j)=Zig-Zag(FD(i,j))V(j)=-Sign(YG))3.利用HASH函數(shù)，生成含水卬信息的二值邏輯序列Key(j)。Key(j)=V(j)十

4、W(j)Key(j)是由圖像的視覺特征向量V(j)和水印W(j),通過密碼學常用的HASH函數(shù)生成。通過將Key(j)作為密鑰向第三方申請，以獲得原作品的所有權(quán)，達到版權(quán)保護的目的，并且水印的嵌入不影響原圖像的質(zhì)量。第二部分：水印的提取1?求出經(jīng)過幾何攻擊后待測水印圖像的視覺特征向量V'(j)o1.設待測圖像為F'(i,j),經(jīng)過DCT變換后得到的DCT系數(shù)矩陣為FD(i,j),同上所述，得到待測圖像的視覺特征向量V(j)。Fn^(z,j)=DCT2(FXi,j))Yr(jy=Zig-Zag(FDX/,

5、j))“)=-Sign(尸(/))2.利用二值邏輯序列Key①和待測對象視覺特征向量V(j),提取出水印W(j)。W*(j)=KeyG)十Vj)根據(jù)在嵌入水印吋生成的Key(j)和待測圖像的視覺特征向量V*(j),利用HASH性質(zhì)可以得到待測圖像所含的水印W(j)o再根據(jù)W和W，的相關程度大小來判別是否有水印嵌入，從而確定待測圖像的所有者。通過測試得到以下結(jié)論:1?該算法有好的抗高斯噪聲能力*3.3水印抗高斯噪聲干擾數(shù)據(jù)Table3.3ThePSNRandNCunderGaussiannoise噪聲強

6、度(％)13510204060PSNR(dB)21.4818.3116.7314.5912.8111.4010.82NC1.01.01.01.01.00.960.752.該算法有很理想的抗JPEG壓縮能力*3.4Table3.4ThePSNRandNCunderJPEGcompression壓縮質(zhì)屋(％)248102040PSNR(dB)26.3127.8930.6731.9734.6635.37NC0.960.961.001.001.001.003?有較強的抗中值濾波能力。?3.5水印抗中值建波實越數(shù)

7、掲Table3.5ThePSNRandNCundermedianfilter中值謔波[3X3]中值淀波[5X5]中值ar波[7X7]涯披次數(shù)1次2次10次1次2次10次1次2次10次PSNR(dB)37.0435.4232.7732.11531.24528.6930.1229.3521.42NC1.000.96100.96150.960.920.920.920.920.924?有較強的抗幾何攻擊能力(旋轉(zhuǎn)，平移變換，縮放變換，長寬比變化，剪切試驗)。