一种基于模糊理论的鲁棒性数字水印算法概要Word文档下载推荐.docx

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模糊蕴含算子为最小运算（Mamdani:

A—B=min‰@,gB（x;

模糊合成算子选用模糊并（max;

反模糊化采用中心法（Centroid。

基于该模糊系统的WAFS算法水印的嵌入强度从光滑区到纹理区逐步增大。

这可以从模糊系统的输入/输出曲面图上直观看出,如图2所示。

由于人眼的视觉特性是对图像的光滑区敏感,对边缘区较敏感,而对图像的纹理区相对不敏感。

而WAFS算法的这种水印嵌入强度设置策略和人眼的视觉特性正好完全吻合。

因而使水印在最大程度上对人眼不可见,从而在保证算法鲁棒性的前提下,进一步增强水印的隐蔽性。

在本系统中En（B^、Std（Bk和。

的语言变量和量化等《微型机与应用》2005年第2期

/

图2模糊系统输入/输出曲面

级的取值、模糊规则的设定和模糊算子的选取都可以根据实际情况进行调节,以使模糊系统更符合数字水印应用系统的具体需要。

1.2WAFS在DCT域中的实现

WAFS算法可以在任何变换域中实现,以DCT域为例,WAFS算法的水印嵌入步骤如下:

（1建立模糊系统,对水印进行Arnold置乱和纠错编码。

（2对载体图像进行8x8图像分块,计算每一块的熵值E凡和标准差Std,然后进行DCT变换。

（3以En和Std为模糊系统的输入参数,求取该图像分块的水印嵌入强度锄,采用乘法公式在DCT直流分量上进行水印的嵌入。

（4对所有图像分块进行逆DCT变换,得到嵌入水印后的载体图像,称为水印化载体图像。

（5保存水印Arnold迭代次数和水印嵌入位置、原始DC系数值和嵌入强度作为加密文件。

DCT域中WAFS算法的水印提取步骤是嵌入算法的逆过程:

首先对载体图像进行8x8图像分块,进行DCT变换,然后根据加密文件,提取水印并对提取出的水印进行纠错解码和反置乱处理。

2仿真实验

为了验证WAFS算法具有良好的鲁棒性,且比WAIC算法具有更好的水印透明性,本文以DCT域中的具体算法为例进行如下实验。

实验一:

分别使用WAFS算法和WAIC算法在同一幅载体图像的DCT域中嵌入相同强度的水印,使水印载体图像PSNR值相同,在此基础上进行人眼直接观察和Waston视觉感知距离的计算,与WAIC算法结果进行比较,从直观和客观二方面,检测WAFS算法的水印透明性。

实验二:

使用WAFS算法在载体图像的DCT域中嵌入水印,调整水印的嵌入强度,使水印化载体图像PSNR=37db（此时水印的透明性比较好,然后对水印载体图像进行多种正常处理和恶意攻击后提取水印,检测WAFS算法的鲁棒性。

2.1水印透明性比较

以512x512大小的Lena载体图像、16x16大小的二

一51.一

值UP水印图像为例进行仿真实验,得到二种算法水印透明性比较的实验结果,如图3所示。

在PSNR都为2ldb的情况下,WAIC算法的水印化载体图像为图3（a,其Waston视觉感知距离为28.1;

WAFS算法的水印载体图像为图3（b,其Waston视觉感知距离为21.4;

选取图3（a的细节块部分如图3（c所示;

选取图3（b的细节块部分如图3（d所示。

通过比较图像的Waston视觉感知距离（距离越小,视觉质量越好和观察图像的整体效果及细节部分,可以明显看出,WAFS算法的水印化载体图像视觉质量更好,水印透明性更强。

图3WAIC和WAFS算法水印透明性比较

对代表不同纹理特征的经典图像Baboon、Pepper和Bridge进行类似实验,在二种算法（WAIC和WAFS的嵌入水印量相同的情况下（PSNR=35db,计算它们的Waston视觉感知距离,结果如表1所示。

可以看出,WAFS算法的Waston视觉感知距离更小,水印透明性更强。

表1WAIC算法和64x64大小的二值UP图像为水印图像,调整算法的嵌入强度,使嵌入水印后的载体图像PSNR=37db。

此时水印化载体图像视觉质量较好。

对图像进行各种攻击,得到WAFS算法的抗攻击性检测结果如图4所示。

图中的横坐标表示不同的攻击处理,从1~9分别为3×

3低通滤波、3×

3中值滤波、3x3高通滤波、叠加高斯噪声（0,0.001、叠加椒盐噪声（0,0.01、缩放、旋转、25%JPEG压缩和50%JPEG压缩处理。

从图中可以看出经受各种攻击后WAFS算法提取的水印相关性依然很高（Corr>

0.65,说明WAFS算法具有良好的鲁棒性。

攻击种类

图4WAFS算法鲁棒性测试

3结束语

本文提出了一种新的基于模糊理论的变换域鲁棒性水印算法。

该算法首先建立一个模糊系统,以图像块的熵和标准差特征值为系统的输入参数,通过选择合适的输入输出隶属度函数、制定合理的模糊规则,最终输出具有一定连续性的图像块水印嵌入强度。

实验结果表明,与基于图像块分类的算法相比,该算法在保持良好鲁棒性的同时,进一步增强了水印的透明性。

参考文献

WAFS算法的水印透明性比较1l酶l{愁警芏型2盛Brid基ge二釜87二上蛩693

3.2.。

2.2算法鲁棒性分析

4本文采用USC—SIPI作为实验图像数据库对WAFS算

法进行分析,结果表明WAFS算法具有良好的鲁棒性（采s用提取水印与原始水印的相关性来衡量算法的鲁棒性。

以代表了不同纹理特性的典型载体图像Lena、Ba.6boon、Pepper和Bridge（512x512大小为实验载体图像,

（上接第47页

ferenceonSignalProcessing（ICSP98,Beijing,China,1998

2何斌,马天予,王运坚等.VisualC++数字图像处理.北京:

人4民邮电出版社,2002。

3IoannouD,HudaW,LaineA.CircleRecognitionthrougha~52一陆哲明,姜守达,董寒丽.基于人类视觉系统的自适应水印嵌入算法.哈尔滨工业大学学报,2003;

35（2

汪春生,程义民,王以孝.一种基于块分类的自适应数字水印算法.计算机工程与应用,2002;

21（2

易开祥,石教英.自适应二维数字水印系统.中国图像图形学报,200l;

6A（5

易开祥,王铁,石教英.基于DCT域的自适应二维数字水印系统.计算机应用,2000;

20（8

王慧琴,李人厚,王志雄.一种模糊自适应图像水印算法的研究.西安交通大学学报,2002;

36（2

CoxIJ著,王颖译.数字水印.北京:

电子工业出版社,2003

（收稿日期:

2004—08—20

2DHoughTransformandRadiusHistogramming.ImageandVisionComputing,1999;

17（1

KimHS.KimJH.Atwo—stepCircleDetectionAlgorithmfromtheIntersectingChords.PatternRecognitionLetters,2001;

22（5（收稿日期:

2004-08—10

《微型机与应用2005年第2期

一种基于模糊理论的鲁棒性数字水印算法

作者:

高珍,张志浩

作者单位:

同济大学,计算机系,上海,200092

刊名:

微型机与应用

英文刊名:

MICROCOMPUTER&

ITSAPPLICATIONS

年,卷（期:

2005,24（2

被引用次数:

0次

参考文献（6条

1.陆哲明.姜守达.董寒丽基于人类视觉系统的自适应水印嵌入算法[期刊论文]-哈尔滨工业大学学报2003（02

2.汪春生.程义民.王以孝一种基于块分类的自适应数字水印算法[期刊论文]-计算机工程与应用2002（02

3.易开祥.石教英自适应二维数字水印系统[期刊论文]-中国图象图形学报2001（05

4.易开祥.王铁.石教英基于DCT域的自适应二维数字水印系统2000（08

5.王慧琴.李人厚.王志雄一种模糊自适应图像水印算法的研究[期刊论文]-西安交通大学学报2002

6.CoxIJ.王颖数字水印2003

相似文献（10条

1.学位论文朱建红基于DCT域的自适应彩色图像数字水印技术研究2004

多媒体数据的数字化为多媒体信息的存取提供了极大的便利,极大地提高了信息表达的效率和准确性.各种数据可以自由地发布到网上,但是盗版问题也随之而来.传统的加密技术不能完全解决版权保护问题,只能在传输过程中对数据进行加密,不仅影响人们使用,而且安全性不高.数字水印技术是解决这一问题的有效途径,在多媒体版权保护方面具有加密技术所不具有的优点,并且与之有着很强的互补性.该文对彩色图像的数字水印技术进行了研究.研究了彩色图像特点,根据DCT特点确定了水印嵌入区域,在原有的HVS图像块分类的基础上进行改进,完善了HVS图像块分类.提出了一种新数字水印算法,通过DCT变换来进行嵌入,利用HVS特性对图像进行分类,根据8×

8图像块中RGB的比例来自适应地调整水印嵌入强度,在RGB颜色分量中嵌入水印.实验结果表明,该算法具有较好的鲁棒性和不可见性.最后总结全文,并对未来数字水印的研究方向进行了展望.

2.期刊论文刘玉民.张小松.张雨虹.LiuYu-min.ZhangXiao-song.ZhangYu-hong一种基于HVS的自适应空间域可

见数字水印-计算机安全2008（11

该文提出了一种基于HVS的自适应空间域可见数字水印算法.将原始图像按8×

8分块,计算各块的熵、平均灰度值和方差,将图像块分为3类（平滑块、纹理块和边缘块.依据人类视觉系统特点,在空间域自适应地嵌入一定强度的水印图像.实验结果表明,水印可见、图像边缘清晰,水印不易移除.

3.期刊论文杜耀刚.蔡安妮.孙景鳌.DuYaogang.CaiAnni.SunJingaoDCT域基于块分类的不可感知加性数字水印

-计算机工程与应用2005,41（8

该文根据Watson感知模型提出了DCT域基于块分类不可感知加性水印模型.算法计算亮度块方差,将图像块分为五类,利用亮度块特征来加性控制嵌入服从正态分布随机水印序列的区域和长度,提高了水印图像的鲁棒性.在检测端可根据水印图像的统计特性确定水印的检测阀值,不使用原始图像,就可进行水印的相关检测.实验结果表明,MPEG视频水印图像质量的PSNR平均下降4.1dB,但主观视觉质量没有明显下降.

4.学位论文赵金凤基于JPEG压缩的数字水印技术的研究2006

数字水印技术作为版权保护的一种重要技术,已经引起了工业界和学术界的广泛关注,并取得了一定的研究成果。

为了节约网络带宽和存储资源

图像进行压缩成为必然。

然而图像压缩会对水印技术带来极大的影响和挑战。

压缩域水印技术主要针对如何提高水印抵御压缩的性能进行研究,对水印技术的发展有着重要的意义。

目前压缩域水印技术的研究还处于初级阶段,还存在很多问题。

如关于压缩域算法的研究还不多,与其它相关领域的先进技术的结合还不充分,对人类视觉系统和图像自身特性的考虑还不够。

由于这些问题的存在,课题的研究就有着十分重要的意义。

本文对数字水印技术和JPEG压缩技术进行了认真研究,主要完成了以下工作:

（1提出了压缩域水印技术所要解决的一些问题,并在提出的算法中给出部分问题的一些有效的解决方法。

（2研究了水印信息的预处理技术。

对目前比较常见的置乱变换和纠错编码技术进行分析之后,提出了先对水印图像进行置乱变换,再对变换后数据进行纠错编码的双重预处理技术。

该技术既提高水印信息的隐蔽性,又增强了水印的自纠错能力,对整个水印算法的鲁棒性有很大的改进。

（3研究了JPEG压缩标准和数字水印模型,提出一种基于JPEG压缩的二值图像水印算法。

该算法将压缩和水印技术有机结合,并且充分考虑到图像自身的特性和人类视觉模型,在量化编码的过程中根据视觉特性自适应的嵌入水印信息。

通过实验对比分析表明,该算法对JPEG压缩有较强的鲁棒性。

（4考虑到水印信息的多样性,针对不同类型的水印信息特性,对算法进行了不同侧重点的改进,使算法得到了进一步的推广应用。

目前作为水印信息的主要有随机序列、二值图像、一般灰度图像等。

基本模型是针对二值图像提出的,本文分别针对随机序列和一般灰度图像对算法进行了预处理部分的改进,使两种水印形式也可以使用本文提出的基本算法。

实验证明该算法对于不同类型的水印都有较强的鲁棒性。

本文在对水印模型的预处理、图像块分类、嵌入方法和提取方法这些关键步骤进行认真研究的基础上,提出了各步骤的改进方案。

同时,对JPEG压缩模型进行了认真研究,并将各改进方案应用到本文的算法当中,经实验对比分析,该算法对JPEG压缩攻击有着较强的鲁棒性。

5.期刊论文李博雅.韩国强.沃炎.LIBOYA.HANGUOQIANG.WOYAN基于混沌加密和HVS的数字水印-微计算机信息

2007,23（21

将混沌加密理论运用于水印嵌入算法中,对水印图像进行先置乱再加密的预处理.结合DC分量和AC分量的优点在DC系数、AC低频系数和AC中低频系数上分别嵌入水印,并结合人类视觉系统的纹理掩蔽特性将原始图像块分为三类以控制水印的嵌入强度,实现水印的自适应嵌入.水印提取时,对结果进行融合来获得更好的提取效果.实验结果证明本算法具有良好的不可见性和鲁棒性.

6.期刊论文夏明一.王朔中.王威娜基于块分类的文档图像水印自适应算法-上海大学学报（自然科学版

2004,10（5

该文提出一种自适应文档图像水印算法该算法考虑到文档图像的特点,利用了图像的纹理、亮度特性,将原始图像分解成块,然后根据纹理特性,把图

像块归为平滑块和纹理块两类.对于不同类别的图像块分别采用不同的嵌入方法,并根据亮度特性在不同的亮度图像块中使用不同的嵌入强度,以同时满足水印的不可见性和鲁棒性要求.

7.学位论文高珍图像数字水印在变换域中鲁棒性的研究2005

数字水印技术是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域,它与信息安全、

信息隐藏、数据加密等均有密切的关系。

特别是在网络技术和数字技术迅速发展的今

天,数字媒体已成为人们获取知识的主要手段,对作为数字产品版权保护重要手段的

数字水印技术的研究更具现实意义。

近几年,作为数字图像版权保护重要手段之一的鲁棒性图像数字水印技术得到了

广泛的关注和研究,取得了丰硕的研究成果,但迄今为止.没有任何一种水印算法能

够抵抗所有的常规处理和恶意攻击,现有水印算法的鲁棒性也不尽如人意,这阻碍了

水印技术在实际生活中的应用和推广。

本文以提高水印算法鲁棒性为目标,围绕鲁棒

性数字图像水印技术开展了深入系统的研究工作。

目前,变换域图像水印算法是最为活跃的研究领域,也是水印算法的主流研究方

向。

本文从决定水印算法鲁棒性的两个关键因素:

水印嵌入位置和水印嵌入强度方面

对变换域水印算法进行了深入细致的研究工作,围绕如何增强水印透明性和算法鲁棒

性两个主题进行水印方案的探讨。

在水印嵌入位置方面,作者对现有的DCT域图像块

分类水印算法的水印嵌入位置选择策略进行了优化,并提出了相应水印改进算法,同

时将图像块分类思想应用在小波域中,为小波域的水印系统提供了一种新的设计方

案。

在水印嵌入强度方面,作者引进模糊系统对水印嵌入强度因子进行模糊动态优化

控制,更好地保持了原始图像的品质,进一步增强了算法鲁棒性。

在此基础上,作者

对基于CDMA通信原理的多水印嵌入方案以及如何利刚原点矩提高水印的抗几何攻

击能力方面进行了纵深研究,捉山了相应的解决方案并通过理论分析和具体实验验证

了所提方案的有效性。

本文提出的新思路,新方法和新技术有效提高了图像数字水印

算法的鲁棒性,能够对水印系统在实际生活中的应用和推一起到推动作用。

本文的主要工作主要包括以下几个方面:

一.确立了直流分量（DC系数是水印在DCT域中的最佳嵌入位置。

针对目前

DCT域水印算法中水印嵌入位置的选择方法繁多无序的现象,探讨了DCT域中水印

嵌入最优位置的问题。

在对DCT域直流分量系数和不同频段的交流分量系数深入分析

的基础上,通过理论分析和实验验证,本文得出直流分量（DC系数是水印在DCT

域中的最佳嵌入位置的结论,为在实际应用中,设计更鲁棒的DCT域数字水印算法提

供了一个有益的理论指导。

二.提出了改进的DCT域自适应图块分类水印算法（DCT-IC。

基于大量的实

验分析改进了基于HVS的图块分类标准,并利用卷积等滤波技术对图块分类结果实施

优化,在此基础上,提出了DCT-IC算法,实验结果表明在保证良好的图像视觉质量

前提下,经过多种常规图像处理或攻击后,该算法能够进一步提高提取水印信息的精

度,提取水印和原始水印的相关系数比经典COX方法大约提高了50%,比现有DCT

域一般图块分类水印算法,大约提高了2~10%,算法鲁棒性得到了进_步的提高。

三.设计了一种新颖的DWT域图块分类水印算法（RADIC。

将图块分类（IC

思想应用到小波域中,利用DWT域中每一个小波系数都对应着一个图像块,且表征

着该图像块的明暗程度或者纹理复杂程度的特性,根据小波系数对应的图块类别和小

波系数本身的特征,构成对水印嵌入点和水印信息嵌入量的最优动态控制,使得水印

信息的嵌入更为合理有效。

实验结果表明RADIC算法比现有的一些典型小波域水印

算法（参见第三章算法一更好地保持了原始图像的品质,算法鲁棒性也提高了2~

10%,这种将IC思想应用到小波域水印算法中的尝试取得了理想效果,为小波域水印

算法的研究开拓了新方法。

四.提出基于模糊系统的模糊水印算法。

为了更好地提高图像分类水印算法的鲁

棒性,最人程度消除不同类图块之间可能出现的边块效应,作者在水印算法中引入了

模糊理论,利用模糊系统产生自适应载体图像的水印嵌入强度因子。

在第三章的研究

成果（改进的图像块分类标准基础上,建立模糊系统,对水印嵌入强度因子进行模

糊动态控制,理论和实验结果表明,与基于图像块分类的变换域水印算法相比（参见

第三章,当系统中不同类图像块的水印嵌入强度因子设置相差较大时,模糊水印算

法鲁棒性能够有效提高2~5个百分比。

五.设计了基于Walsh码的多水印方案。

在以上单水印鲁棒算法的研究基础上,

依据CDMA扩频通信基本原理,提出了基于Walsh码的多水印方案,该方案利用Walsh

码的优良正交特性,对多个水印进行扩频调制并线性整合,这种高效的多水印编码方

案使得在多水印的嵌入和提取过程中,水印之间零干扰,实验表明方案可行,为解决

图像多著作权问题以及不同阶段的版权认证问题提供了有效手段。

六.提出了一种新的基于原点矩的抗几何攻击水印方案。

水印对抗儿何攻击是一

个十分困难而极具挑战性的课题,本文在对现有的水印对抗几何攻击方法深入研究的

基础上,提出了一种新的基于原点矩的几何变换参数估计方法,相比于同类其他方法

（参见第六章张&

Le算法,该方法更为简单优化。

在此基础上,提出了一种具有抗

几何攻击特性的通用水印方案,并以本文中的RADIC算法,DWT-WAFS算法和CDMA

多水印算法为例进行方案的实施和检测,实验结果表明该方案能够有效抵抗旋转,缩

放和翻转等几何攻击,为图像在实际生活中的打印和扫描过程提供了有力的版权保护

技术保障,具有实际应用价值。

关键词:

数字水印,鲁棒性,模糊系统,CDMA扩频通信,多水印技术,儿何变换

8.期刊论文高珍.翁洁琼.张志浩.GAOZhen.WENGJieqiong.ZHANGZhihao一种基于HVS和模糊理论的小波域水印

算法-计算机工程2006,32（4

提出了一种新的基于模糊理论的小波域鲁棒性水印算法,该算法利用模糊系统消除了图像块分类算法中异类块间易出现的边界,进而提高了水印载体图像的视觉质量.实验结果表明,与基于图像块分类的算法相比,该算法在保持良好鲁棒性的同时,进一步增强了水印的透明性.

9.期刊论文孟凡满.彭宏.裴峥.王军.MENGFan-Man.PENGHong.PEIZheng.WANGJun一种基于支持向量机和遗传

算法的自适应图像水印方法-模式识别与人工智能2009,22（2

提出一种基于支持向量机（SVM和遗传算法（GA的离散余弦变换（DCT域盲数字图像水印方法.该方法能自适应于图像的局部特征.依据图像块的局部

特性,利用SVM对图像块分类,自适应地确定水印嵌入强度,GA用来优化水印嵌入位置.实验结果表明该方法有较好的不可见性和较强对抗攻击的鲁棒性.10.学位论文李赵红基于数字水印的图像认证技术及其关键问题研究2008随着网络通讯技术的飞速发展，对多媒体信息实施有效的保护成为一个迫在眉睫的现实问题。

数字图像是一类具有广泛代表性的多媒体信息，它具有数据量大、冗余度高、格式繁多等特点。

传统的数字签名技术对数字图像的内容保护具有很大的局限性，新兴的数字水印技术不仅能够认证图像的真实性与完整性，还可以区分恶意篡改和合法处理，并能对图像的内容篡改进行定位，为网络环境下的数字图像认证提供了一个有效的解决方案，成为近年来信息安全领域的一个研究热点。

本文对图像认证水印技术中的几个关键问题展开了深入和细致的研究，提出了几种在脆弱水印、半脆弱水印、图像分块水印、二值图像认证水印方面的新算法及模型。

主要研究内容与创新点如下：

针对图像认证水印技术中水印的安全性与定位精度之间矛盾这一关键问题，构造了新的循环块相关结构和发散块相关结构，提出了脆弱水印算法、抗JPEG压缩水印算法和小波域半脆弱水印算法。

小波域半脆弱水印算法的优点在于实现了JPEG和JPEG2000压缩的模糊认证。

实验结果表明三种算法均保持了传统的块相关水印算法的安全性，克服了其定位精度低的缺陷，获得了块独立算法的定位精度，验证了循环块相关和发散块相关具有高安全性和高定位精度的优势。

提出了用于多重图像认证的水印算法，通过建立新的图像块分级模型，解决了传统图像分块水印技术中定位精度单一化的问题。

实验结果表明算法可对图像篡改进行多重检测与定位，并能根据实际的应用要求选择不同的定位精度，提高了图像分块水印算法的灵活性与实用性。

在二值图像认证水印技术中，水印的不可见性和图像的篡改定位是目前需要解决的两个关键问题。

首先定义了像素扩展差，用于衡量像素点的可翻转性，具有失真小、容量大的优点。

再利用等级结构，提出了二值图像的认证水印算法。

与同类算法的性能比较实验结果突现了算法在水印的不