W-SVD数字水印实验 李鑫 20103277

1、信息隐藏实验报告学号：20103277姓名：李鑫报告时间：2013年12月13日 实验三：W-SVD数字水印实验综合评分:实验目的】：了解图像小波变换。掌握W-SVD数字水印生成，嵌入，检测的方法。了解数字水印基本模型。学会用stirmark攻击W-SVD的方法。【实验内容】（请将你实验完成的项目涂“”）实验完成形式：用MATLAB函数实现W-SVD的三大策略用MATLAB命令行方式实现实现W-SVD的三大策略其它：（请注明）实验效果和分析所使用的手段：结合水印性能分析使用StirMark对水印进行了攻击结合水印性能分析编写程序绘制了“攻击-健壮性曲线”结合水印性能分析编写程序绘制了“强度-不

2、可见性曲线”对W-SVD进行了合谋攻击并给出分析其它：（请注明）【实验工具及平台】：Windows+Matlab其它：（请注明）【实验分析】：1、请尽量使用曲线图、表等反映你的实验数据及性能2、对照实验数据从理论上解释原因3、如无明显必要，请不要大量粘贴实验效果图4、说明你在以下栏目中分析所使用的方法，给出实验数据，最后总结结论【实验效果】：说明：本实验使用”db6小波函数进行实验，可以适应不同大小的RGB图或灰度图以下是水印效果图：原RGED原跆R层團像含水印的RG日图水甲轮廊alpha-0.2d/n=0.6leve-l=2seed=210图1载体为256*256的RGB图原贻灰度取含水印的

3、萩度因水印轮廓图2载体为512*512的灰度图1、水印强度参数a对水印鲁棒性的影响：（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）方法是将a分别取0.01,0.05,0.1,0.5得到四张不同的嵌入水印图象（保持其他参数不变），再对这些图象做jpeg压缩，计算出相应的相关值，用matlab编程实现，得到下面四幅曲线图。0.050.0403U.02O.1OO.10jgg压缩率1020即405060703090100用旳压缩率1020：30405060708090100jpg压缩率由上图可以看出，水印强度参数a越大，水印鲁棒性越好。实验时d/n=0.99，所以检测的阈值取0.1，随着a的增

4、大，误检率降低。2、水印强度参数a对水印不可见性的影响：（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）（1）方法：Watson的感知质量度量方法可以用来评估水印强度对水印不可见性的影响，只需将用此度量方法计算所得的结果进行比较。本实验在256*256的彩色图中按照不同的alpha值嵌入相同的水印，其中d/n=0.5，密钥为429，小波尺度为2，所得效果图及计算所得Watson质量如下：）原始图偉70.291(bjWatsoii14.838耳雜oil质爺:9力皿(c)twn42.532（2）结论:除了（a）为原始图外，其余五幅图分别按顺序嵌入的水印强度alpha为0.1,0.3,0.5,

5、0.7,0.9。直观的看，随着alpha的值的增大，图像的不可见性越来越差，相应的Waston质量的值也越来越大。因为Waston质量的求解，是建立在原图像和含水印图像的差值的基础上的，不可见性越差，差值就越大，相应Waston质量就越大。所以我们可以利用对含水印图像求Waston质量，来评估水印的不可见性；对于参数alpha，由于其值越大，通过它相乘得到的随机对角矩阵工就越大，因而得到的水印模板的数据量就越大，所以对原始图像低频系数的改变得就越多；而低频部分是图像能力最集中的地方，若低频系数改变大，则逆变换后图像改变程度就越大。这就是alpha值越大，水印不可见性越差的原因。3、水印容量参数

6、d/n对水印鲁棒性的影响：（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）（1）方法：这里取d/n=0.9，再分别取alpha为0.1,0.3,0.5,0.7四个值进行实验，对图像进行不同程度和不同种类的攻击之后，通过常规检测方法（余弦定理）和经DCT变换后的检测方法得到的相关系数曲线（图中a表示alpha值）：常规检测之山ri与鲁棒性的关丢分析1DU仅换后检测分析15-Offlffl林S0050100JPEG压缩率0050100JPEG压缩率DC建换后检测分析d/n=0.5r图1d/n=5时水印性能曲线常规检测种子与相关系数分析O44542O-_25O540_O.赳总卅罡-40一445

7、43542O_25O54即藏段-图2d/n=0.5密钥为4294：0上422234244204S7421常规0.0001527OJ0O4S1I10.012554C.&3O485-O.&145920.D087270.0159310.0013350.8M564.-0.0021704DCT0.01348S0169140.027581-O.M73-3IQ00505050.0I9S94Q-027782-0.015.2JD4O.75W70.02W51?种子430411K-133434心43(5434381芮0.01212-0.0007555-0,1X11940.000?J794).01040?O.QIT0

8、.0067749DCT-iJ.0D3569fi.OJTTSti0.0369710.02323S-0.J&378780.0DS384&0-M52520.01579-O.(X)214ft20017926表ftl2相应養常规检测种子与相关系数分析DC该换后检测分析4204254304354404204254J0435440种子种子图3d/n=0.1密钥为429沖子竝01一4_142J424425427412842&(Ml闻Q.44M20.456O.+55O3044S560.441S0.4-648SO.J53QP0.776G4D44615D匚丁O.52DSD.57708O.5SO71O.55&10.5

9、S5J30.602960.572C.5S1420.7fiSUSDJP7S5沖于4S045J4J21.-54341皿I;-43439Q.442SJD.41BMO.42S57CU33204B42&D.431440.45525Z沁0.45441D.4J1SDCT0.559510.3-72620.*611710J77490sQS20JB4830660胃沏060210J45Jt2柑应去(2)结论:d/n表示随机序列的替换率，d/n越大则替换率越大。图2和图3分别为d/n=0.5和d/n=0.1的SC图，通过他们之间的比较可以发现，如果替换率越小，检测就越难实现，因为0.5时的阈值可以定在0.1左右，而0

10、.1时阈值则需定在0.6以上，这大大增加了检测的难度，容易发生漏警现象。因此对于d/n值，越大则水印检测的效果越好，对检测越有利；不同的d/n值相应的JPEG压缩相关系数曲线进行比较，可以发现几条曲线大部分重合，即对于同样JPEG压缩强度的相关系数都差不多，所在此报告中只列出了一条曲线，d/n=0.5的情况下的。d/n的增大单纯对于相关系数走势而言，变化不大；但是在对受到攻击的图像进行水印检测时，是必须考虑阈值的，这就需考虑CS图中峰值数据与一般数据的差。由于d/n的值越小则所需定的阈值越大（由图2和图3的对比可知），而阈值越大，检测的难度越大，所以d/n值间接的影响了检测难度，即影响水印的鲁

11、棒性，因为对本算法而言鲁棒性表示在一定水印攻击下仍能检测出水印的能力。综上所述，d/n值越小，需定的阈值越大，阈值越大则检测难度越大，所以取较大的d/n值,水印的鲁棒性较好。4、水印容量参数d/n对水印不可见性的影响（如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）（1）方法：Watson的感知质量度量方法可以用来评估水印强度对水印不可见性的影响，只需将用此度量方法计算所得的结果进行比较。本实验在256*256的彩色图中按照不同的d/n值嵌入相同的水印，其中alpha=0.3,密钥为429，小波尺度为2，所得效果图及计算所得Watson质量如下：庫貽憚像W站son质董:也922也）认血on

12、廣量范(dlWatMrn质-7:42.532(e)Wat5on质量:40一2召右（ffWahoji质量:旳.丄牯（2）结论:除了（a）为原始图外，其余五幅图分别按顺序嵌入的d/n值为0.1,0.3,0.5,0.7,0.99。从这六幅图可以看出，d/n值的增大并没有递减式地降低图像的不可见性，这几幅图均有瑕疵但程度都差不多，有计算所得Waston质量也可看出，这五幅图在不可见性上的确差不多，Waston质量值在40左右徘徊，幅度不超过4；由于d/n值决定的是水印形态与原始图像的相似程度，对嵌入量的影响并不大，所以对水印的不可见性影响也不大。5、水印其它参数（小波尺度、小波基等）对水印性能的影响（

13、如果完成了本部分实验请写明你的方法、实验数据及结论）（1）方法：除小波基和尺度之外，令其他参数相同，比较不同小波基下含水印图像的效果,进而分析其对水印性能的影响。现取alpha=0.5,d/n=0.5,key=429,level=1，在不同小波基下嵌入水印后的效果图如图1；再取alpha=0.3,d/n=0.8,key=429，小波基db6,在不同尺度下嵌入的水印形态图如图2；图3为图1相应的分析曲线；图4为图2的相应分析曲线。b4Jb5图Ilel=llev?l=201一：le_e=5换后横测分祈20406080100JPEG压網率一2114OOO常规检测之小波基与朮印性能分靳JPE石压缩率圏3不同小波基卜-的水印性能图4平同尺度F的水則性能（2）结论:由图1可以明显看出，虽然其他参数都相同，在不同小波基下生成的含水印图像差异很大，且从db4到db1的效果越来越不好，db6是嵌入水印后不可见性最好的；由图2可见，当分解尺度越大时，水印形态与原始图像越相近，因为水印模板的信息越来越少了，但含水印图像不可见性越差；由图3可知，采用db6小波基的水印性能最好，抗攻击能力最强，其他的小波基，在任何强度的JPEG压缩下其相关性值都在0.1到-0.1之间徘徊，鲁棒性很差，这与不同小波基的性质有关，采用db6进行水印的嵌入比较合适；由图