量化水印(有源代碼,絕對(duì)可以實(shí)現(xiàn))

1、 量化水印 量化水印背景知識(shí)在數(shù)字水印中，我們知道，設(shè)計(jì)的水印算法有時(shí)要對(duì)保真度、魯棒性等主要性能進(jìn)行折中，而從保真度和魯棒性這兩個(gè)基本的特征出發(fā)，要求水印嵌入后滿足以下兩個(gè)條件：從保真度出發(fā)，要求水印嵌入后，有水印的載體數(shù)據(jù)與原始載體數(shù)據(jù)近似相等。從魯棒性出發(fā)，要求嵌入水印后的載體數(shù)據(jù)具有非連續(xù)性，以確?？梢詫?duì)抗干擾。最初將量化運(yùn)用于水印，就是為解決這方面的問題而出發(fā)的。從數(shù)學(xué)的角度來看，量化可以表示如下：Y=fstep(x)=step*x/step=step*round(x/step)式中，x是待量化的數(shù)據(jù)，step是量化步長(zhǎng)，Y是量化結(jié)果；和round均表示進(jìn)行四舍五入取整；fstep(

2、 )是量化函數(shù)。顯然，量化函數(shù)fstep( )是一個(gè)多對(duì)一函數(shù)，是不可逆的，因此量化一般運(yùn)用于不可逆水印，而且，由于量化結(jié)果均為整數(shù)，因此輸出為離散值，并且誤差滿足|Y-x|<=step/2，即在量化步長(zhǎng)step不是特別大的情況下，Y與x是近似相等的，所以量化滿足上述兩個(gè)條件，可以運(yùn)用于數(shù)字水印中。量化水印的算法設(shè)計(jì)量化水印系統(tǒng)的關(guān)鍵在于選擇實(shí)時(shí)可行的量化器集合，將不同的待嵌入的水印信息與不同的量化器相對(duì)應(yīng)起來，然后用相應(yīng)的量化器將載體數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，就可以得到含有水印的載體數(shù)據(jù)。由于大多數(shù)情況下，水印信息都是二進(jìn)制的，因此下面以研究如何嵌入二進(jìn)制水印信息為例來進(jìn)行說明。二進(jìn)制信息中，有0

3、和1兩種不同的數(shù)據(jù)，因此，需要兩個(gè)不同的量化器，分別用A和B來表示。假設(shè)當(dāng)發(fā)送水印信息為0時(shí)，用量化器A來對(duì)載體數(shù)據(jù)進(jìn)行量化；當(dāng)發(fā)送水印信息為1時(shí)，用量化器B來對(duì)載體數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，這樣就可以得到兩組不同的量化數(shù)據(jù)。在量化器中，量化器選擇與原始載體數(shù)據(jù)最接近的數(shù)據(jù)來代替原始載體數(shù)據(jù)，從而保證不可感知性，即保真度；而且，A、B兩個(gè)量化器之間的數(shù)據(jù)沒有重疊，從而保證不同水印數(shù)據(jù)的不連續(xù)性，即使得水印系統(tǒng)具有一定的魯棒性。提取水印時(shí)，根據(jù)待檢數(shù)據(jù)與不同量化數(shù)據(jù)之間的距離，就可以恢復(fù)出嵌入的信息。一種常用的二進(jìn)制量化水印算法可以用公式表示如下： Q(x,s)+s*3/4 , w=1 Y= Q(x,s)+

4、s*1/4 , w=0式中，s代表量化步長(zhǎng)，w表示水印信息，x表示原始載體數(shù)據(jù)，Q(x,s)是量化函數(shù)，Y是量化后的數(shù)據(jù)。Q(x,s)可如下表示 Q(x,s)=floor（x/s）*sfloor（）表示向下取整函數(shù)。水印提取過程，可以用如下公式來表示： 1 , 如果 Y - Q(x,s) > s/2W= 1 , 如果 Y - Q(x,s) < s/2 可見，只要干擾對(duì)Y的攻擊在（-s/4,s/4）的范圍內(nèi)，嵌入的水印信息就可以正確的提取。上式中，s越大，水印系統(tǒng)魯棒性越好，但是保真度會(huì)越差，這也從一個(gè)方面說明，魯棒性和保真度這兩個(gè)特性是互相矛盾的；當(dāng)s=2時(shí)，如果是在時(shí)域進(jìn)行量化，

5、相當(dāng)于LSB算法。 量化水印算法根據(jù)水印嵌入位置不同，有時(shí)域量化和頻域量化兩種。時(shí)域量化直接通過修改載體數(shù)據(jù)時(shí)空域值來嵌入水印，這種算法容易且直觀，但是魯棒性和保真度都很差；頻域量化通過修改載體數(shù)據(jù)頻域系數(shù)值來嵌入水印，這種算法是把水印信號(hào)能量分散到所有或部分載體頻帶上，因此魯棒性和保真度都較時(shí)域量化好。 當(dāng)然，量化水印算法有很多種，上述算法只是最基本的一種，其他量化水印算法還有比如抖動(dòng)調(diào)制算法（DM）、擴(kuò)展變換抖動(dòng)調(diào)制算法（STDM）、帶失真補(bǔ)償?shù)亩秳?dòng)調(diào)制算法（DC-DM）等。 量化水印具有如下優(yōu)點(diǎn)： 水印檢測(cè)時(shí)多為盲檢測(cè)，不需要原始載體數(shù)據(jù)。 載體不影響水印的檢測(cè)性能，在無干擾的情況下，可

6、以完全恢復(fù)出嵌入的信息。Matlab仿真 下面以最基本的量化水印算法來進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，算法是基于時(shí)空域的，其M代碼如下：clear;clc;%=讀入并顯示載體圖形=p_lena=rgb2gray(imread('lena.jpg');figure;subplot(2,2,1);imshow(p_lena);m1,n1=size(p_lena);%=讀入并顯示二值水印圖片=w_pict=imread('jnu.bmp');subplot(2,2,2);imshow(w_pict);m2,n2=size(w_pict);%=對(duì)載體空域值嵌入水印=step=10;cod

7、e_lena=p_lena;for i=1:m2 for j=1:n2 q=(floor(code_lena(2*i,2*j)/step)*step; if w_pict(i,j)=0 code_lena(2*i,2*j)=q+step/4; elseif w_pict(i,j)=1 code_lena(2*i,2*j)=q+3*step/4; end endend%=顯示嵌入水印后的載體圖像=subplot(2,2,3)imshow(code_lena);%=提取水印=de_lena=code_lena;for i=1:m2 for j=1:n2 q=(floor(p_lena(2*i,2*j)/step)*step; gap=de_lena(2*i,2*j)-q; if gap>step/2 de_w_pict(i,j)=1; elseif gap<step/2 de_w_pict(i,j)=0; end endend%=顯示提取的水印圖片=subplot(2,2,4);imshow(de_w_pict);所讀入原始載體圖片、原始二值水印圖片及嵌入水印后的載體圖片、提取出來的水印圖片如下：從仿真結(jié)果可以看出，該量化算法很好的實(shí)現(xiàn)了水印的嵌入，并且很好的提取出了水?。ㄟ@里只從肉眼結(jié)果來說明，具體分析步驟省略）。需要說明的是，上述步長(zhǎng)設(shè)置為10，如