一种基于小波域与HVS的彩色图像自适应数字水印算法

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随着信息数字化和计算机网络的发展,数字信息的处理、存储与传播变得越来越便利和迅速。与此同时,数据的大量存储、无失真拷贝、无限量发布给信息拥有者的合法权益带来了潜在的威胁;同时给盗版者、侵权者等不法份子提供了极为便捷的方式。随之而来的版权问题也越来越受到关注,数字水印技术则是在此背景下出现的一种有效解决方案,数字水印技术是近年来学术界兴起的一个前沿研究领域,是在网络环境下提出的一种用于版权保护问题的技术,通过在信息载体中嵌入数字水印可以保护版权所有者的知识产权。数字作品中所嵌入的数字水印应具有以下3个特性:可证明性、不可感知性、鲁棒性。基于灰度图像的的数字水印算法,已经成为当前的研究热点并得到广泛的研究和应用,但实际生活中彩色图像的应用占有主体地位,因此,近年来人们研究的热点渐渐转向彩色图像嵌入数字水印技术。早期针对灰度图像的大多数水印算法可以较容易地推广至彩色图像。一些水印算法对彩色图像的处理是把RGB彩色图像看成是一个由三幅灰度图像形成的“堆”,而且是互不相关的,水印分别嵌入这3个分量中,或者仅在其中一个分量嵌人水印。但是3个分量的独立处理对原始图像的破坏比较大,而且无法满足数字水印不可见性的要求。本文对基于小波域的彩色图像数字水印算法进行了研究,做了如下的工作:设计了一种以离散小波(DWT)为基础,结合人眼视觉特性(HVS)的彩色图像数字水印算法。该算法采用YCbCr颜色模型,提取出原始彩色图像的亮度分量Y,然后进行小波变换;再依据人眼对频率的掩盖因子、对图像过亮和过暗的区域的噪声的敏感度、对图像纹理复杂区域的噪声敏感度来建立JND阈值模型,并对其阈值进行归一化处理,加入一个扩张因子,使其在归一化处理后的值小于1。将灰度水印图像进行Arnold置乱变换,并且以迭代次数作为密钥以保证水印图像的安全性。,然后进行小波变换,将亮度分量Y进行小波变换后各个子层带的水平、垂直、对角线的系数,按照大小顺序排列,并进行相减,依据相减后的数值特征嵌入水印图像的小波系数;最后将融合了灰度水印图像小波系数的彩色图像亮度分量Y进行小波反变换,再与原始图像中的Cb和Cr分量进行重构,最终得到了嵌入水印的彩色图像。实验证明了该数字水印模型能够有效保证水印的不可见性;而改进后的JND门限值,可以有效的保证水印的鲁棒性,能够有效地抵抗各种针对彩色图像的攻击,对彩色图像的数字水印应用具有重要意义。但是,文中的方法也存在一定不足之处,例如,在水印的提取过程中需要用到原始图像;嵌入算法抗几何攻击的鲁棒性较弱;而图像加入较大的噪声时,会使变换后的小波系数在发生较大的变化。由于目前彩色图像的数字水印算法的研究还不够多,因此基于小波变换的彩色数字水印算法还存在着比较大的优化空间。
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