摘 要：多媒體信息技術(shù)的發(fā)展在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，也帶來(lái)了對(duì)其本身不利的諸多因素。文章給出了一種適合JPEG2000的數(shù)字水印方案，設(shè)計(jì)了該水印方案并借助MATLAB軟件對(duì)該算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。大量實(shí)驗(yàn)表明，該水印方案能抵御常見(jiàn)的一些攻擊，具有較好的魯棒性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水?。浑x散余弦變換；離散小波變換；JPEG2000

引言

當(dāng)今社會(huì)是網(wǎng)絡(luò)信息社會(huì)。多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)也帶來(lái)了很多安全問(wèn)題，一些不法分子能夠以低廉的成本復(fù)制、傳播、篡改并銷(xiāo)售未經(jīng)授權(quán)的數(shù)字產(chǎn)品信息，從而使數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)歸屬性、完整性、有效性無(wú)法得到保證。為了維護(hù)數(shù)字產(chǎn)品所有者的合法利益，解決版權(quán)糾紛，人們提出了數(shù)字水印技術(shù)的概念。

1 JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)

JPEG的全稱是Joint Photographic Experts Group，其中文意思是聯(lián)合圖片專(zhuān)家組。進(jìn)入二十一世紀(jì)，由于多媒體技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大， JPEG壓縮技術(shù)已不能滿足人們的需要。JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO，International Organization for Standardization）和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC，International Telecommunication Union）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一個(gè)新的國(guó)際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

2 算法設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)字水印方案設(shè)計(jì)

JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)特性一些特殊的要求：水印要具備漸進(jìn)傳輸?shù)奶匦?；水印?yīng)具備隨機(jī)檢測(cè)性；水印要能與JPEG2000的編解碼器相兼容。文章所設(shè)計(jì)的數(shù)字水印方案不僅要滿足普通數(shù)字水印方案的要求，如安全性、不可見(jiàn)性和魯棒性等等，還需要滿足JPEG2000的獨(dú)特要求，即是與JPEG2000的優(yōu)異性能相結(jié)合。

2.2 數(shù)字水印系統(tǒng)基本框架

圖1 水印嵌入框架圖

結(jié)合JPEG2000編解碼系統(tǒng)所獨(dú)有的特性，我們決定在JPEG2000編解碼系統(tǒng)內(nèi)部嵌入水印，具體嵌入位置為量化之后熵編碼之前，而且這樣可以降低數(shù)字水印嵌入和提取的復(fù)雜度，如圖1。嵌入算法為：

其中 為低頻子帶的小波系數(shù)，截取排序后前k個(gè)系數(shù)（k的值由水印的大小來(lái)確定）嵌入水印， 為嵌入數(shù)字水印信息后的圖像的特征系數(shù)， 為二值水印序列， ？琢仍為拉伸系數(shù)選為0.08. 數(shù)字水印的提取過(guò)程是水印嵌入的逆過(guò)程，如圖2。

圖2 水印提取框架圖

3 仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用原始圖像512×512的彩色圖像，水印圖像64×64的二值圖像。嵌入水印后和提取的水印圖像，如圖3，PSNR值為42.7530。從視覺(jué)上來(lái)講，提取水印圖像與原始水印圖像相比，有一定的噪聲，這主要是因?yàn)槲恼轮械姆抡鎸?shí)驗(yàn)是基于MATLAB平臺(tái)，在對(duì)圖像進(jìn)行編碼時(shí)采用的是JPEG9.7小波，但對(duì)我們辨別水印信息并沒(méi)產(chǎn)生什么影響，提取的數(shù)字水印相關(guān)性系數(shù)NC=0.9642，從理論上說(shuō)明提取的水印效果非常好。

圖3 嵌入水印圖像與提取的水印圖像

4 數(shù)字水印方案的檢測(cè)與評(píng)估

我們采用ACDsee對(duì)JPEG2000格式含水印圖像進(jìn)行常用的攻擊處理，包括模糊、銳化、剪切、旋轉(zhuǎn)以及添加噪聲等攻擊，經(jīng)過(guò)攻擊后的含水印圖像以及從攻擊后的含水印圖像中提取出的水印圖像的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表1，含水印圖像在經(jīng)過(guò)銳化和剪切攻擊后，提取的水印與原水印的相關(guān)性系數(shù)分別達(dá)到0.9493和0.9634，說(shuō)明該水印算法抗銳化和剪切攻擊的效果非常好；進(jìn)行模糊和噪聲攻擊后，提取的水印與原水印的相關(guān)性系數(shù)也分別達(dá)到0.8632和0.8471，但對(duì)旋轉(zhuǎn)攻擊，該算法卻表現(xiàn)出其弱的一面，幾乎經(jīng)不起旋轉(zhuǎn)攻擊，就基本上提取不出水印信息，水印相關(guān)性系數(shù)也下降到0.1082。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章所設(shè)計(jì)的數(shù)字水印方案不僅要滿足普通數(shù)字水印方案的要求，如安全性、不可見(jiàn)性和魯棒性等等，還需要滿足JPEG2000的獨(dú)特要求，即是與JPEG2000的優(yōu)異性能相結(jié)合，此數(shù)字水印算法可以更好地提高水印算法的魯棒性。但同時(shí)也有一定的缺點(diǎn)，那就是對(duì)旋轉(zhuǎn)攻擊幾乎沒(méi)有抵抗性，這說(shuō)明該數(shù)字水印方案還需要進(jìn)一步深入研究。

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作者簡(jiǎn)介：馬婷（1985，9-），女，回族，山東濟(jì)南人，碩士研究生，講師，研究方向：數(shù)字圖像處理，計(jì)算機(jī)應(yīng)用。