第七章-數(shù)字水印技術(shù)-變換域算法

第七章數(shù)字水印技術(shù)

—變換域算法1水印技術(shù)從加載方式上分類空間域水?。褐苯釉谳d體數(shù)據(jù)上加載水印信息LSB算法拼湊算法變換域水印：載體數(shù)據(jù)經(jīng)過變換后添加水印信息NEC算法2內(nèi)容變換域算法：NEC算法設(shè)計原理算法描述程序代碼性能分析背景介紹NEC算法（COX算法/

基于擴(kuò)頻技術(shù)的算法）NEC算法的原理在DCT變換域嵌入水印考查DCT變換域中什么位置適合嵌入水??？DCT變換I=imread('lena.bmp');J=dct2(I);256*256灰度圖像lena變換域:DCT變換系數(shù)DC系數(shù)AC系數(shù)：低頻系數(shù)、中頻系數(shù)、高頻系數(shù)12256::12…256修改DC系數(shù)對視覺的影響DC′=DC(1+5%)修改DC系數(shù)對視覺的影響DC′=DC(1+25%)修改DC系數(shù)對視覺的影響DC′=DC(1+50%)修改低頻AC系數(shù)對視覺的影響ACL′=ACL(1+5%)修改低頻AC系數(shù)對視覺的影響ACL′=ACL(1+25%)修改低頻AC系數(shù)對視覺的影響ACL′=ACL(1+50%)修改中頻AC系數(shù)對視覺的影響ACM′=ACM(1+5%)修改中頻AC系數(shù)對視覺的影響ACM′=ACM(1+25%)修改中頻AC系數(shù)對視覺的影響ACM′=ACM(1+50%)修改高頻AC系數(shù)對視覺的影響ACH′=ACH(1+5%)修改高頻AC系數(shù)對視覺的影響ACH′=ACH(1+25%)修改高頻AC系數(shù)對視覺的影響ACH′=ACH(1+50%)NEC算法的原理考查DCT變換域中什么位置適合嵌入水??？從水印不可見性考慮將水印嵌入DCT變換域的AC高頻系數(shù)從水印魯棒性考慮將水印嵌入什么位置？壓縮攻擊對AC系數(shù)的影響壓縮的哪一步會造成圖像數(shù)據(jù)的損失？壓縮攻擊對AC系數(shù)的影響除以量化系數(shù)，取整含水印圖像：DCT變換壓縮攻擊對AC系數(shù)的影響將水印嵌入“經(jīng)量化后被保存的DCT變換域系數(shù)”可以抵抗壓縮攻擊NEC算法的原理考查DCT變換域中什么位置適合嵌入水??？從水印不可見性考慮將水印嵌入DCT變換域的AC高頻系數(shù)從水印魯棒性考慮將水印嵌入DCT變換域的DC系數(shù)或AC低頻系數(shù)NEC算法的原理為了解決水印不可見性和魯棒性的矛盾，COX等人通過類比通信中的擴(kuò)頻技術(shù)，將水印信息嵌入到圖像的AC低頻系數(shù)，產(chǎn)生了第一個基于擴(kuò)頻思想的數(shù)字水印算法。如何添加水印？DCT變換IDCT變換IDCT變換DCT變換擴(kuò)頻通信擴(kuò)展頻譜通信（spreadspectrumcommunication）起源于通信系統(tǒng)，其理論基礎(chǔ)來源于信息論和抗干擾理論是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶帶寬遠(yuǎn)大于信息必需的最小帶寬，以此來改善通信質(zhì)量，保持可靠通信NEC算法的原理原始圖像的頻域看作通信信道，水印看作通過信道傳輸?shù)男盘枺脭U(kuò)頻通信原理，將1bit水印分布在圖像的多個感知重要頻域系數(shù)（DCT變換域的AC低頻系數(shù)）中，加在每個頻域系數(shù)上的信號能量很小且不可隨意檢測；水印檢測時，需要知道水印的位置和內(nèi)容，將許多虛弱的信號集中起來得到水印。NEC算法描述水印的產(chǎn)生將1bit水印擴(kuò)展成能量小的水印序列產(chǎn)生一個長度為N的隨機(jī)序列W作為水印信息NEC算法描述水印的嵌入對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二維DCT變換尋找最大的N個DCT系數(shù)X用來攜帶水印信息根據(jù)下式得到含水印的DCT系數(shù)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強(qiáng)度嵌入強(qiáng)度越大，水印魯棒性越強(qiáng)，但不可見性越差進(jìn)行二維逆DCT變換，并將像素灰度值進(jìn)行截斷使其值位于[0,255]之間，從而得到含水印圖像復(fù)習(xí)NEC算法流程水印嵌入DCT低頻系數(shù)水印嵌入強(qiáng)度固定Si=Xi(1+αWi)NEC算法描述水印的提取對接收到的可能含有水印的圖像和原始圖像做DCT變換找到可能含有水印信息的N個DCT系數(shù)，根據(jù)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個DCT系數(shù)NEC算法描述水印的檢測通過下式計算原始水印W與提取水印W'之間的相似程度sim(W,W')然后將sim(W,W')與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷水印的存在與否。閾值可以通過實(shí)驗(yàn)的方法獲得，也可以通過一些統(tǒng)計和假設(shè)的方法獲得NEC算法實(shí)現(xiàn)%文件名:COX_Embed.m%函數(shù)功能：將均勻分布的隨機(jī)序列(水印信號)按照cox擴(kuò)頻方法嵌入到載體圖像的DCT系數(shù)中%格式:J=COX_Embed(I,W,alpha,N)%參數(shù)說明：%I:原始圖像矩陣%W:水印信息%alpha:水印強(qiáng)度%N:嵌入水印長度%J:嵌入水印圖像矩陣提示index=FindNLargest(A,N);%index尋找到的A中最大N個值的坐標(biāo),index(1,:),行坐標(biāo);index(2,:),列坐標(biāo)NEC算法：嵌入算法functionJ=Cox_Embed(I,W,alpha,N)[m,n]=size(I);If(m*n<N) error('載體圖像太小');endDCTI=dct2(I);index=FindNLargest(abs(DCTI),N);%index尋找到的DCT系數(shù)坐標(biāo),index(1,:),行坐標(biāo);index(2,:),列坐標(biāo)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算法實(shí)現(xiàn)%文件名:COX_Detect.m%函數(shù)功能：提取水印信號%格式:Wd=COX_Detect(I,J,alpha,N)%參數(shù)說明：%I:原始圖像矩陣%J:待測圖像矩陣%alpha:水印強(qiáng)度%N:嵌入水印長度%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('圖像大小不一致');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：檢測算法functionsim=Similar(x,y)[m,n]=size(x);%m=1,行向量;n=1,列向量if(m~=1&n~=1) error('錯誤:x應(yīng)為矢量');end[a,b]=size(y);if(a~=1&b~=1) error('錯誤:y應(yīng)為矢量');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水印水印不可見性？好水印魯棒性？好水印性能評價水印不可見性分析水印魯棒性分析相似度高，可以正確檢測思考可以從哪些方面改進(jìn)NEC算法，增強(qiáng)算法性能？平衡水印不可見性和魯棒性擴(kuò)大水印嵌入容量實(shí)現(xiàn)水印盲提取思考水印算法如何設(shè)計才能平衡不可見性和魯棒性？改進(jìn)思路在中頻部分嵌入水印以一定的方式挑選一些中頻系數(shù)，在這些中頻系數(shù)中疊加秘密信息

固定位置的中頻系數(shù)隨機(jī)挑選中頻系數(shù)方式一（嵌入）在選出的中頻系數(shù)中疊加秘密信息：DCT系數(shù)：隱藏后的DCT系數(shù)：第i個秘密信息比特：可調(diào)參數(shù)，控制嵌入強(qiáng)度特點(diǎn)：強(qiáng)度值選定后，不管所選定的DCT系數(shù)的大小，加上的都是固定值。對較大系數(shù)的影響小，對較小系數(shù)的影響大。方式一（提?。┰诩s定的中頻系數(shù)中提取信息：待測圖像的對應(yīng)中頻系數(shù)：提取出的隱藏信息方式二（嵌入、提?。┰谶x出的中頻系數(shù)中疊加秘密信息在約定的中頻系數(shù)中提取信息特點(diǎn)：強(qiáng)度值選定后，按系數(shù)的大小，呈比例嵌入信息。方式三（嵌入、提取）在選出的中頻系數(shù)中疊加秘密信息在約定的中頻系數(shù)中提取信息思考水印算法如何設(shè)計才能提高嵌入容量？改進(jìn)思路擴(kuò)大水印嵌入容量圖像分塊，DCT變換，每塊嵌入至少一位水印思考水印算法如何設(shè)計才能在提取水印時不需要原始圖像？改進(jìn)思路實(shí)現(xiàn)水印盲提取利用DCT變換后系數(shù)間的大小關(guān)系添加水印信息算法一嵌入載體圖像分為8×8的塊，做二維DCT變換，分別選擇其中的兩個位置，比如用和代表所選定的兩個系數(shù)的坐標(biāo)如果，代表隱藏1；如果相反，則交換兩系數(shù)如果，代表隱藏0；如果相反，則交換兩系數(shù)

思考系數(shù)如何選??？如果選定位置的兩個系數(shù)相差太大，則對圖像影響較大。應(yīng)選擇相近的值（如中頻系數(shù)）算法一提取接收者進(jìn)行二維DCT變換，比較每一塊中約定位置的DCT系數(shù)值，根據(jù)其相對大小，得到隱藏信息的比特串，從而恢復(fù)出秘密信息

算法二算法一的擴(kuò)展：利用DCT中頻系數(shù)中的三個系數(shù)之間的相對關(guān)系來對秘密信息進(jìn)行編碼

嵌入：選擇三個位置，，嵌入1：令嵌入0：令如果數(shù)據(jù)不符，則修改這三個系數(shù)值，使得它們滿足上