第七章-数字水印技术-变换域算法

第七章数字水印技术

—变换域算法1水印技术从加载方式上分类空间域水印：直接在载体数据上加载水印信息LSB算法拼凑算法变换域水印：载体数据经过变换后添加水印信息NEC算法2内容变换域算法：NEC算法设计原理算法描述程序代码性能分析背景介绍NEC算法（COX算法/

基于扩频技术的算法）NEC算法的原理在DCT变换域嵌入水印考查DCT变换域中什么位置适合嵌入水印？DCT变换I=imread('lena.bmp');J=dct2(I);256*256灰度图像lena变换域:DCT变换系数DC系数AC系数：低频系数、中频系数、高频系数12256::12…256修改DC系数对视觉的影响DC′=DC(1+5%)修改DC系数对视觉的影响DC′=DC(1+25%)修改DC系数对视觉的影响DC′=DC(1+50%)修改低频AC系数对视觉的影响ACL′=ACL(1+5%)修改低频AC系数对视觉的影响ACL′=ACL(1+25%)修改低频AC系数对视觉的影响ACL′=ACL(1+50%)修改中频AC系数对视觉的影响ACM′=ACM(1+5%)修改中频AC系数对视觉的影响ACM′=ACM(1+25%)修改中频AC系数对视觉的影响ACM′=ACM(1+50%)修改高频AC系数对视觉的影响ACH′=ACH(1+5%)修改高频AC系数对视觉的影响ACH′=ACH(1+25%)修改高频AC系数对视觉的影响ACH′=ACH(1+50%)NEC算法的原理考查DCT变换域中什么位置适合嵌入水印？从水印不可见性考虑将水印嵌入DCT变换域的AC高频系数从水印鲁棒性考虑将水印嵌入什么位置？压缩攻击对AC系数的影响压缩的哪一步会造成图像数据的损失？压缩攻击对AC系数的影响除以量化系数，取整含水印图像：DCT变换压缩攻击对AC系数的影响将水印嵌入“经量化后被保存的DCT变换域系数”可以抵抗压缩攻击NEC算法的原理考查DCT变换域中什么位置适合嵌入水印？从水印不可见性考虑将水印嵌入DCT变换域的AC高频系数从水印鲁棒性考虑将水印嵌入DCT变换域的DC系数或AC低频系数NEC算法的原理为了解决水印不可见性和鲁棒性的矛盾，COX等人通过类比通信中的扩频技术，将水印信息嵌入到图像的AC低频系数，产生了第一个基于扩频思想的数字水印算法。如何添加水印？DCT变换IDCT变换IDCT变换DCT变换扩频通信扩展频谱通信（spreadspectrumcommunication）起源于通信系统，其理论基础来源于信息论和抗干扰理论是一种信息传输方式，其信号所占有的频带带宽远大于信息必需的最小带宽，以此来改善通信质量，保持可靠通信NEC算法的原理原始图像的频域看作通信信道，水印看作通过信道传输的信号，利用扩频通信原理，将1bit水印分布在图像的多个感知重要频域系数（DCT变换域的AC低频系数）中，加在每个频域系数上的信号能量很小且不可随意检测；水印检测时，需要知道水印的位置和内容，将许多虚弱的信号集中起来得到水印。NEC算法描述水印的产生将1bit水印扩展成能量小的水印序列产生一个长度为N的随机序列W作为水印信息NEC算法描述水印的嵌入对图像数据进行二维DCT变换寻找最大的N个DCT系数X用来携带水印信息根据下式得到含水印的DCT系数SSi=Xi(1+αWi)，其中W是水印，α是尺度因子，用于控制水印的嵌入强度嵌入强度越大，水印鲁棒性越强，但不可见性越差进行二维逆DCT变换，并将像素灰度值进行截断使其值位于[0,255]之间，从而得到含水印图像复习NEC算法流程水印嵌入DCT低频系数水印嵌入强度固定Si=Xi(1+αWi)NEC算法描述水印的提取对接收到的可能含有水印的图像和原始图像做DCT变换找到可能含有水印信息的N个DCT系数，根据下式提取水印信息W'Wi

'=[(Yi-Xi)/Xi]α，其中Y是可能含有水印信息的n个DCT系数NEC算法描述水印的检测通过下式计算原始水印W与提取水印W'之间的相似程度sim(W,W')然后将sim(W,W')与预先设定的阈值进行比较，判断水印的存在与否。阈值可以通过实验的方法获得，也可以通过一些统计和假设的方法获得NEC算法实现%文件名:COX_Embed.m%函数功能：将均匀分布的随机序列(水印信号)按照cox扩频方法嵌入到载体图像的DCT系数中%格式:J=COX_Embed(I,W,alpha,N)%参数说明：%I:原始图像矩阵%W:水印信息%alpha:水印强度%N:嵌入水印长度%J:嵌入水印图像矩阵提示index=FindNLargest(A,N);%index寻找到的A中最大N个值的坐标,index(1,:),行坐标;index(2,:),列坐标NEC算法：嵌入算法functionJ=Cox_Embed(I,W,alpha,N)[m,n]=size(I);If(m*n<N) error('载体图像太小');endDCTI=dct2(I);index=FindNLargest(abs(DCTI),N);%index寻找到的DCT系数坐标,index(1,:),行坐标;index(2,:),列坐标fori=1:N DCTI(index(1,i),index(2,i))=DCTI(index(1,i),index(2,i))*(1+alpha*W(i));endJ=idct2(DCTI);J=abs(J);J=uint8(J);NEC算法实现%文件名:COX_Detect.m%函数功能：提取水印信号%格式:Wd=COX_Detect(I,J,alpha,N)%参数说明：%I:原始图像矩阵%J:待测图像矩阵%alpha:水印强度%N:嵌入水印长度%Wd:提取水印38NEC算法：提取算法functionWd=Cox_Detect(I,J,alpha,N)[m,n]=size(I);[x,y]=size(J);if((m~=x)|(n~=y)) error('图像大小不一致');endDCTI=dct2(I);DCTJ=dct2(J);index=FindNLargest(abs(DCTI),N);fori=1:N Wd(i)=(DCTJ(index(1,i),index(2,i))/DCTI(index(1,i),index(2,i))-1)/alpha;endNEC算法：检测算法functionsim=Similar(x,y)[m,n]=size(x);%m=1,行向量;n=1,列向量if(m~=1&n~=1) error('错误:x应为矢量');end[a,b]=size(y);if(a~=1&b~=1) error('错误:y应为矢量');endsim=sum(x(1:n).*y(1:b))/sum(y(1:b).*y(1:b));NEC算法的性能分析水印容量？嵌入1bit水印水印不可见性？好水印鲁棒性？好水印性能评价水印不可见性分析水印鲁棒性分析相似度高，可以正确检测思考可以从哪些方面改进NEC算法，增强算法性能？平衡水印不可见性和鲁棒性扩大水印嵌入容量实现水印盲提取思考水印算法如何设计才能平衡不可见性和鲁棒性？改进思路在中频部分嵌入水印以一定的方式挑选一些中频系数，在这些中频系数中叠加秘密信息

固定位置的中频系数随机挑选中频系数方式一（嵌入）在选出的中频系数中叠加秘密信息：DCT系数：隐藏后的DCT系数：第i个秘密信息比特：可调参数，控制嵌入强度特点：强度值选定后，不管所选定的DCT系数的大小，加上的都是固定值。对较大系数的影响小，对较小系数的影响大。方式一（提取）在约定的中频系数中提取信息：待测图像的对应中频系数：提取出的隐藏信息方式二（嵌入、提取）在选出的中频系数中叠加秘密信息在约定的中频系数中提取信息特点：强度值选定后，按系数的大小，呈比例嵌入信息。方式三（嵌入、提取）在选出的中频系数中叠加秘密信息在约定的中频系数中提取信息思考水印算法如何设计才能提高嵌入容量？改进思路扩大水印嵌入容量图像分块，DCT变换，每块嵌入至少一位水印思考水印算法如何设计才能在提取水印时不需要原始图像？改进思路实现水印盲提取利用DCT变换后系数间的大小关系添加水印信息算法一嵌入载体图像分为8×8的块，做二维DCT变换，分别选择其中的两个位置，比如用和代表所选定的两个系数的坐标如果，代表隐藏1；如果相反，则交换两系数如果，代表隐藏0；如果相反，则交换两系数

思考系数如何选取？如果选定位置的两个系数相差太大，则对图像影响较大。应选择相近的值（如中频系数）算法一提取接收者进行二维DCT变换，比较每一块中约定位置的DCT系数值，根据其相对大小，得到隐藏信息的比特串，从而恢复出秘密信息

算法二算法一的扩展：利用DCT中频系数中的三个系数之间的相对关系来对秘密信息进行编码

嵌入：选择三个位置，，嵌入1：令嵌入0：令如果数据不符，则修改这三个系数值，使得它们满足上