基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的數(shù)字圖像水印算法的研究

題目:基于分?jǐn)?shù)階傅立葉變換的數(shù)字圖像水印算法的研究學(xué)生：XX指導(dǎo)教師：劉媛媛專業(yè)：信息技術(shù)學(xué)院

09級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)2班

研究背景數(shù)字水印的基本思想是在數(shù)字圖像、音頻和視頻等產(chǎn)品中嵌入秘密的信息以便保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)。水印信息是攜帶信息所有者版權(quán)信息的一組辨別數(shù)據(jù)，未具有可鑒別性的的數(shù)字信號(hào)或模式，被永久地鑲嵌在其他數(shù)據(jù)中，具有隱蔽性，而且并不影響宿主數(shù)據(jù)的可用性。攻擊者在不破壞數(shù)據(jù)本身質(zhì)量的情況下無法將水印去掉。

123研究任務(wù)利用數(shù)字水印對(duì)圖像進(jìn)行加密，并且經(jīng)過處理的圖像受到各種攻擊之后，其水印都能保持完整，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像保護(hù)的目的。定義：

將具有特定意義的標(biāo)記（水印），利用數(shù)字嵌入的方法隱藏在數(shù)字圖像、音頻、文檔、圖書、視頻等數(shù)字產(chǎn)品中，用以證明創(chuàng)作者對(duì)其作品的所有權(quán)，并作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù)；同時(shí)，通過水印的檢測和分析保證數(shù)字信息的完整可靠性，從而成為知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字多媒體防偽的有效手段。特點(diǎn)：

不可見性、魯棒性、安全性、可證明性數(shù)字水印分?jǐn)?shù)階傅立葉變換定義1：信號(hào)S（t）的P階分?jǐn)?shù)階傅里葉變換是一個(gè)線性積分運(yùn)算其中，其中，即：定義2：傅里葉變換的水印嵌入流程圖數(shù)字水印的基本原理傅里葉變換的水印提取流程圖水印方案方案一：空域嵌入算法方案二：頻域嵌入算法本次實(shí)驗(yàn)采用水印信號(hào)為二維Chirp信號(hào)，大小為128×128。公式為：其中，方案一：二維Chirp信號(hào)作為水印的空域嵌入算法31水印嵌入1.原始圖像2.加入水印后的圖像3.水印JPEG壓縮攻擊如下圖在JPEG壓縮因子為90時(shí)，提取的Chirp信號(hào)在分?jǐn)?shù)階次為0.7855時(shí)的圖像JPEG壓縮攻擊提取的水印32數(shù)字水印的攻擊提取分析下表是JPEG上壓縮后提取的水印信號(hào)在具有峰值的分?jǐn)?shù)階傅里葉域幅值平方的最大值

由結(jié)果可見，此水印算法對(duì)于JPEG壓縮有一定魯棒性，但并不理想，這跟水印信號(hào)的嵌入位置有一定關(guān)系，因?yàn)榍度肱c原圖像重要能量分布無關(guān)。

JPEG壓縮因子100908070airplane.tif747.39657.94565.21水印失真Baboon.tif751.8866.17水印失真水印失真boat.tif759.25552.57水印失真水印失真bridge.tif738.89828.75水印失真水印失真剪切攻擊

圖像剪切1/3時(shí)提取的Chirp信號(hào)在分?jǐn)?shù)階次為0.7855時(shí)的圖像如圖所示剪切攻擊提取的水印剪切后提取的水印信號(hào)在具有峰值的分?jǐn)?shù)階傅里葉域幅值平方的最大值剪切角度0.10.20.30.40.5airplane.tif745.54745.54745.54715.64水印失真Baboon.tif745.54745.54745.54655.05水印失真boat.tif745.54745.54745.54715.39水印失真bridge.tif746.32746.32746.32705.15水印失真

由結(jié)果可見，經(jīng)過剪切攻擊后，本算法對(duì)于圖像剪切雖然不是特別清楚，但仍能提出嵌入的水印。此水印算法對(duì)剪切有較強(qiáng)的魯棒性，可以做提取的水印信號(hào)幾乎沒有失真，剪切范圍不涉及到嵌入水印的原圖像的中心區(qū)域，也不會(huì)引起水印信號(hào)的失真，所以此水印算法對(duì)圖像剪切有魯棒性，而且允許剪切掉的范圍也比較大。高斯噪聲攻擊

當(dāng)濾波偏離參數(shù)為0.1，提取的Chirp信號(hào)在分?jǐn)?shù)階次為0.7855時(shí)的圖像如下圖所示高斯噪聲攻擊提取的水印

受攻擊后提取的水印信號(hào)在具有峰值的分?jǐn)?shù)階傅里葉域幅值平方的最大值如表

由結(jié)果可見，此水印算法對(duì)圖像低通濾波有較強(qiáng)的魯棒性。

低通濾波參數(shù)0.10.20.30.40.5airplane.tif745.54745.53737.15659.73水印失真Baboon.tif745.54745.52722.4526.83水印失真boat.tif745.54745.53732.85625.94水印失真bridge.tif746.32746.31734.88645.47水印失真

在分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域進(jìn)行水印信號(hào)的嵌入，具有空域和頻域雙重特性，可以抵抗