用于图像认证的小波域双重脆弱水印算法研究

面向图像认证的半脆弱数字水印算法研究摘要:本文在介绍图像认证及半脆弱数字水印的相关理论的基础上,提出一种可以应用于图像认证的半脆弱数字水印算法,详细阐述了水印嵌入的步骤,并通过实验结果验证了该算法的有效性。

关键词:图像认证半脆弱数字水印随着当今网络的快速发展和现代计算机通信技术的不断进步,数字产品的安全性受到了极大地威胁,由此可能引发各种严重的问题。

因此,急需这样一种方法,能够保护产品内容的完整性。

由于数字产品无失真复制的特性,很容易就会被修改及拷贝。

在不能保证其内容的完整性,或者是怀疑其内容的真实性的情况下,用图像认证技术来鉴定该数字产品,就显的尤为重要。

1 图像认证的概念图像认证[1]是对数字图像的感知内容进行认证的一门技术。

数字产品的安全保护是近几年来,数字水印研究的热点。

在出版领域,对于知识产权的保护日益重要,授权者通常对商品的原始性表现出极大的兴趣。

在司法领域,对于呈堂证供是一些非纸质的证据而言,可通过本文所提到的手段来加以鉴定,依据鉴定结果给出公正的司法判决。

由于医学的高精确性的特性,原始光片是否发生细微的变化,对于给出最后的诊断都起着重要的作用。

通俗的说,通常需要考虑的问题有:数字产品是否已经被篡改、替换和恶意攻击;数字产品是否发生质的改变;数字产品篡改的区域是否能够进行还原等等。

是否被篡改？是否出现了品质上的变化？是否仅部分受到篡改和损坏？是否能通过一些手段来还原？2 图像认证的分类根据图像认证的完整性标准,可以分为精确认证和选择认证。

2.1 精确认证这种认证方法的根本目的是检查载体数据是否仍然保持其原始性,任何细微的差别都会被认定为无效。

通常在医学、商业领域使用较为广泛,而对于版权保护这样需要高容错的可靠性鉴定领域是不适用的。

2.2 选择认证精确认证适用于很多场合。

然而,通常在一副图像中,一般情况下,即便图像中进行了许多有损的操作,但人眼看来,处理后的效果与之前的效果并没有显著的差别。

基于奇异值和迭代技术的小波域双水印算法
首先，我们通过小波变换将原始图像分解为不同尺度的小波系数，然后利用奇异值分
解（SVD）对小波系数进行处理，提取其中的主要信息。

接下来，采用迭代方法嵌入水印。

首先将两个水印插入到相应的小波系数中，然后对插入后的小波系数进行SVD分解，提取
主要信息，并将其反变换为图像。

最后，通过嵌入和提取过程来检测水印的正确性和完整性。

相比于传统的双水印算法，本文提出的算法具有以下优点：
1. 鲁棒性更强。

通过SVD分解提取小波系数中的主要信息，可以增强水印的鲁棒性，使其对多种攻击具有一定的容错性，例如噪声攻击、剪切攻击等。

2. 安全性更高。

加密算法可以通过嵌入和提取过程来加强算法的安全性，保护水印
不被恶意攻击者恶意篡改或删除。

3. 嵌入速度更快。

由于使用了奇异值分解和迭代方法，本算法的嵌入速度相对较快，能够提高算法的实用性。

综上所述，本文提出了一种基于奇异值和迭代技术的小波域双水印算法，该算法不仅
能够同时嵌入两个水印，而且具有较强的鲁棒性和安全性。

在实验中，我们通过比较不同
算法的嵌入效率、提取精度、鲁棒性和安全性等指标，证明了算法的有效性和可靠性。

用于版权保护和完整性验证的半脆弱数字水印技术黄继风何孝富上海师范大学计算机科学与技术系，上海200234jfhuang@摘要提出了一种半脆弱数字水印技术，对原始图象进行2层小波变换，将变换后的小波近似系数以相邻的4个系数（2X2）为一组，计算每组的均值，利用原始图象的HVS特性，以均值为载体嵌入水印信号，对一般的图象处理操作（有损压缩、中值滤波等），系数的均值比单个系数有较强的稳定性。

提取水印时不需要原始图象，实验结果表明，该算法对一般的图象处理操作具有好的鲁棒性而对篡改攻击能准确的识别和定位。

关键词半脆弱数字水印完整性验证版权保护小波变换Semi-fragile watermarking for copyright protection and imageauthenticationHuang JiFeng,He XiaoFuDepartment of Computer Science and Technology,Shanghai Normal University,ShangHai 200234jfhuang@Abstract In this paper,we propse a semi-fragile watermarking technology for copyright protection and image authentication.We transform the image into wavelet domain and group the four adjacent wavelet coefficients. Utilizing the characteristics of the human visual system,we embed a digital signal into the average value of the four adjacent wavelet coefficients since the average value has better stability than single wavelet coefficient. This method needn’t original image when extracts the watermark.Experimental results show the effectiveness of this method which is robust to common image process and fragile to malicious attack.Keywords semi-fragile watermark, image authentication, copyright protection ,wavelet transform1 引言近年来，数字水印技术得到了学术界和产业界的广泛关注，包括文本、图象、音频和视频的许多数字水印系统被提出，其中有两类典型的技术被广泛地研究，鲁棒性水印技术和脆弱性水印技术，如果用于版权保护，则希望水印足够鲁棒，并能承受大量的包括有意的（如恶意攻击）或无意的（如图象压缩、滤波、噪声污染、尺寸变化等）破坏，若攻击者试图删除水印，则将导致多媒体产品的彻底破坏。

一种用于图象认证的脆弱水印算法设计
陈珂
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2007(023)018
【摘要】脆弱水印是一种很容易被修改或破坏的标识,根据其易被破坏的特性,脆弱水印非常适合用于图像内容的认证.本文提出一种算法,在图像的离散小波域中加入数字水印,它既可以在空域也可以在频域检测图像的变化.这种方法可以防止多种篡改方式,如数据替换、滤波及有失真压缩等.此外通过对所选定的图像小波变换系数量化后嵌入水印,提高了防篡改检测的敏感性.
【总页数】3页(P79-80,75)
【作者】陈珂
【作者单位】215004,江苏苏州,苏州市职业大学;215000,江苏苏州,苏州大学计算机科学与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN915
【相关文献】
1.一种用于图像认证的半脆弱水印算法设计 [J], 高晓玲;王娟
2.一种用于彩色图像认证的脆弱性数字水印方法 [J], 谭春娇;朱宁波
3.一种用于图像内容认证的半脆弱数字水印 [J], 赵娟;杨钒
4.一种用于精确认证的矢量地理数据脆弱水印算法 [J], 王奇胜;朱长青
5.一种用于图像认证的半脆弱水印算法设计 [J], 高晓玲[1];王娟[2]
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数字图像中脆弱水印关键算法研究的开题报告一、研究背景和意义随着数字图像的广泛应用，保护数字图像的知识产权和完整性变得越来越重要。

一种常见的保护方法是使用数字水印技术，在数字图像中嵌入一些不可见的信息，以标识和保护原始图像。

但是传统数字水印技术存在着一些问题，如攻击者可以通过修改、裁剪、添加噪声等方法破坏水印，使得水印失效。

因此，研究数字图像中脆弱水印关键算法，对提高数字图像保护的能力具有重要意义。

与传统数字水印技术不同，脆弱水印是一种特殊的水印，容易被攻击者破坏。

但是，其在防抵赖和图像完整性方面具有独特的优势。

因此，脆弱水印技术在图像认证和防篡改方面具有广泛的应用前景。

二、研究目标和内容本文旨在研究数字图像中脆弱水印关键算法，探讨其在数字图像保护和认证领域的应用。

具体研究内容包括以下方面：1.脆弱水印的定义和分类：介绍脆弱水印的定义、分类和特点，对脆弱水印技术的基本概念进行详细阐述。

2.脆弱水印关键算法的研究：研究数字图像中脆弱水印的嵌入和提取算法，包括基于离散小波变换、主成分分析和奇异值分解等多种算法。

3.脆弱水印抵抗攻击性能的研究：探讨脆弱水印算法的抗攻击性能及其提高方法，比较各种算法在不同攻击条件下的鲁棒性。

4.脆弱水印的应用：研究脆弱水印技术在数字图像保护、认证和版权保护方面的应用，对其实际应用进行案例分析和评估。

三、研究方法本文将采用文献综述和实验研究相结合的方法进行研究，主要研究方法包括如下几个方面：1.文献综述：结合现有文献，对脆弱水印技术的基本概念、发展历程、分类和研究现状进行系统性梳理和总结。

2.算法设计：基于文献综述，设计脆弱水印嵌入和提取算法，并通过实验验证其有效性和性能。

3.攻击性能测试：对各种算法在不同攻击条件下的鲁棒性进行测试和分析，探讨提高脆弱水印抗攻击性能的方法。

4.应用案例分析：以版权保护为主要应用场景，分析脆弱水印技术在实际应用中的优势和不足，并提出相应的改进方法。

基于图像内容认证的Contourlet域半脆弱水印算法景运革【期刊名称】《山西师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(026)002【摘要】本文针对小波变换不能有效表达二维信号的状况,提出了一种基于图像内容认证的Contourlet域半脆弱水印算法,算法修改了小波域的HVS模型,将修改后的模型应用于Contourlet变换域,提取图像的颜色、边缘、纹理特征作为水印信息.水印嵌入时选择变换后能量最大的方向子带,将该方向子带利用混沌映射置乱后嵌入水印.实验证明本算法提高了载体图像的透明性与水印的安全性.认证检测时,无需原始图像和原始水印,实现了盲认证.算法能够抵抗JPEG、JPEG2000压缩等一般的图像处理操作,并对恶意篡改报警,定位篡改部位.滑动窗口滤波消除了一般图像处理操作产生的虚假的报警点.%According to wavelet transform non effective expression two-dimensional, we proposed an algorithm based on the content of images in the contourlet domain, modified the HVS model in the wavelet domain to adapt contourlet transform and extracted the watermark. Watermark is embedded in the largest energy sub-band after eontoudet transform,increased transparency and security of watermark. Image authentication and watermark extract needed no information about the original watermark and original image, achieved a blind certification. Algorithm can resist the JPEG, JPEG2000 compression and other common image processing operations, give an alarm for malicions tampering, andlocate tampered parts. Sliding window filter eliminates the general image processing operations generated a false alarm.【总页数】5页(P28-32)【作者】景运革【作者单位】运城学院公共计算机教学部,山西运城044000【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.用于图像内容认证的半脆弱水印新算法 [J], 王友卫;刘元宁;朱晓冬2.基于分块的小波域图像半脆弱水印认证算法 [J], 武凤翔;岳晓丽;徐江峰3.用于图像内容认证的半脆弱水印嵌入算法 [J], 王向阳;杨红颖;陈利科;赵红4.一种基于Contourlet变换的图像内容认证算法 [J], 秦娜;张贵仓;杨军彦5.基于DWT的图像内容半脆弱水印认证算法 [J], 张劲松;杨玫;周立新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第４期２０１０年４月电子学报ＡＣｒＡⅡ正ａ１１ｔ０ＮＩＣＡＳＩＭＣＡＶｄ．３８Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１０一种新颖的用于图像内容认证、定位和恢复的半脆弱数字水印算法研究段贵多１，赵希２，李建平１，廖建明１（１．电子科技大学计算机科学与工程学院，四川成都６１００５４；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ０ｆＳＩ珊ｅｙ，Ｇｕｉｌｄｆｏｒｄ，ＧＵ２７ＸＨ，ＵＫ）摘要：本文提出了一种半脆弱，分块和基于内容的数字水印技术．该算法可以准确的实现篡改区域的认证，定位和恢复．算法基于独立分块技术将用于认证的水印比特嵌入到每个块的Ｓｌａｎｔ变换域的中频区域．嵌入过程是基于我们通过实验发现大部分的Ｓｌａｎｔ中频系数的正负符号在非恶意操作前后保持不变这一性质．在恢复系统中，恢复比特来源于原图压缩后的数据并将此数据嵌入到图像的最低有效位以实现自恢复．认证度由虚警检测率和误警检查率测定．仿真实验表明我们的算法能够准确的检测和定位出篡改区域并能实现篡改区域的近似恢复．另外，与基于ＤＣＴ和ＰＳＴ变换的算法相比，我们的算法能够更有效的抵抗一些恶意和非恶意操作同时实施的操作．关键词：半脆弱水印；图像认证；恢复中图分类号：ＴＰ３０９．２文献标识码：Ａ文章编号：０３７２．２１１２（２０１０）０４－０８４２．０６ＡＮｏｖｅｌＳｅｍｉ—ｆｒａｇｉｌｅＤｉｇｉｔａｌＷａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＩｍａｇｅＣｏｎｔｅｎｔＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ，ＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＲｅｃｏｖｅｒｙＤＵＭｑＣｕｉ．ｄｕ０１，ＺＨＡＯＸｉ２，ＬＩＪｉａｎ．ｐｉｎ９１，ＬＩＡＯＪｉａｎ—ｍｉｎｇ（１．Ｓｄｗｄｏｆ凸哗Ｓ豳．ｎｍａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥ／ｅａｒｔｍ／ｃ溉ａｎｄＴｅｃｈｎｄｏｇｙｏｆＣｈ／ｎａ，Ｓ／ｄｍａｎｃ＾啦，６１００５４，Ｏ＝／ｎａ；２．ＯＷｏｎ，，刎ｏｆＣｏ．删ｉｎｇ，ＵｒｇｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｕｒｒｅｙ，Ｇｕｄｄｆｏｒｄ，ＧＵ２７ＸＨ，ＵＫ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｅｍｉ－ｆｒａｇｉｌｅ，ｂｌｏｃｋ－ｗｉｓｅａｎｄｃｏｎｔｅｎｔ－ｂａｓｅｄｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔａｍｐｅｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｉｓｇｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｎｏｎ－ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇｂｌｏｃｋｓａｒｃｕｓｅｄａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｍａｒｋｂｉｔｓｆｏｒａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎａｒｅｅｍｂｅｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｍｉｄｄｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｇｉｏｎｏｆｅａｃｈｂｌｏｃｋｉｎｔｈｅＳＴＳｌａｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｄｏｍａｉｎ．Ｔｈｅｅｍｂｅｄｄｉｎｇｐ［ｏｃｅｓｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｓｃｏｖｅｒｙｗｈｉｃｈｔｈｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＩＩｌｏｓｔＳＴｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｍａｉｎｔａｉｎｉｎｖａｒｉａｎｔ．Ｆｏｒｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｂｉｔｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｏｒｉｇｉｎａｌｉｎｌａｇｅａｒｅｅｍｂｅｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｌｅａｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｂｉｔｓ（ＬｓＢ）ｏｆｔｈｅｗａｔｅｌ／ｎａｒｋｅｄｉｍａｇｅ．Ｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅａｕｔｈｅｎｔｉｃｉｔｙｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｆａｌｓｅｐｏｓｉｄｖｅｄｅ删∞ｒａｔｅａｎｄｆａｌｓｅｎｅｇａｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｏｕｒｍｅｔｈｏｄｉｓａｂｌｅｔ０ａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｃｔａｎｄｌｏｃａｌｉｚｅｔｈｅｔａｍｐｃｒｅｄｒｅｇｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｉ＇ｌｌ？ｏｖｅｒｉｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａｓｃ０Ｉ呷ａｒｅｗｉｔｈｔｈｅＤｃｒａｎｄＰｓＴｂａｓｅｄｓｃｈｅｍｅｓ，ｏｕｒｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｏｂｔａｉｎｓｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｈｅｎｂｏｔｈｍａｌｉｃｉｏｕｓａｎｄｎｏｎ－ｍａｌｉｃｉｏｕｓｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｓａｒｃａｐｐｌｉｅｄｔｏｇｅｔｈ－ｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ－．ｓ删一仃ａｇ．ｄｅｗａｔ岛ｍａｒＩ（；ｉｍａｇｅａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ；ｒｅｃｏｖｅｒｙ１引言过去的十多年里，由于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和软件工具的迅速发展使得网络信息的复制和修改变得极其容易．如何保护这些信息内容的完整性和真实性成为了当前迫切需要解决的问题之一．传统的数字签名技术虽然能够达到内容认证的目的，但数字签名作为附加信息随原作品信息传递的方式，使得作品信息一旦发生格式改变，签名就很容易丢失，从而造成认证的失败．更重要的是数字签名无法实现篡改区域的定位和恢复，而知道篡改位置和内容具有实际应用的价值．脆弱和半脆弱水印技术是数字签名技术的一个有效补充，他们在多媒体信息内容认证，定位和恢复中已发挥了重要的作用．脆弱水印技术ｕｏＪ是一种最敏感的水印技术，它不允许作品信息有任何的改动，甚至是一个比特的改动．然而，随着由传输和存储引起的轻微的信号处理操作，诸如ＪＰＥＧ压缩，加噪，被认为是可接受而且是需要的操作后，半脆弱水印更适合于实际应用的收稿日期：２００９－０２－１２；修回日期：２００９－０４－２８基金项目：国家８６３高技术研究发展计划（Ｎｏ．２００７ＡＡ０１２８４２３）；国家自然科学基金（Ｎｏ．６０７０３１１３）万方数据第４期段贵多：一种新颖的用于图像内容认证、定位和恢复的半脆弱数字水印算法研究８４３需要，吸引了众多研究者的注意．半脆弱水印技术能够检测到对信息内容的恶意操作而允许非恶意操作通过．过去的十几年里，研究者们提出了许多用于图像内容认证的半脆弱水印的算法Ｈ一０ｌ，这些算法大致可以分为空域算法和变换域算法．空域算法常采用最低有效位（ＬＳＢ）算法，其算法简单，易于实现．但由于空域算法对非恶意操作的鲁棒性较差，所以变换域的算法更符合实际应用的需求．常见的变换域算法有基于离散余弦变换（Ｄ（Ｔ）［５，６｜，刚７］和离散小波变换（ＤＷＴ）Ｅ８枷］．一种典型的ＤＣＴ域的半脆弱水印算法是ｈ和‰提出的ｂＪ．该算法不仅能够检测和定位篡改区域，还能够较好的抵抗ＪＰＥＧ压缩操作（ＱＦ＝５０）．然而关于其他非恶意操作的抵抗情况文中并未涉及．文献［７］中Ｈｏ等提出了一种基于ＰＳＴ变换的半脆弱水印算法，算法采用的是典型的独立分块技术，并利用文献［４］中的自恢复方法实现了篡改区域的近似恢复．实验结果证明，与传统的基于ＤＣＴ变换的算法相比，基于ＰＳＴ的算法有一定的优越性．最近，研究者们集中研究了基于ＤＷＴ的半脆弱水印算法旧００｜，这是因为ＤＷＴ在空间域和频域具有良好的局部化特性使得认证过程不再需要分块技术即可实现．今后，我们期望使用ＤＷＴ技术提高篡改检测的精确度．本文基于Ｓｌａｎｔ变换提出了一种半脆弱水印算法，选择Ｓｌａｎｔ变换主要是基于以下考虑：（１）Ｓｌａｎｔ变换已经在图像编码中展示了优越性ｕ川，它能够显著地减少带宽，从而对于一般大小的图像块编码具有更少的均方误差；（２）基于Ｓｌａｎｔ变换的编码方法比基于其他的酉计算方法所得到的图像质量更好；（３）类似于Ｗａｌｓｈ．Ｈａｄａｍａｒｄ变换，Ｓｌａｎｔ变换在能量压缩方面是次最优的［１６］，这点对于水印信息隐藏在中高频的扩频中是及其有利的ｍ１；（４）根据实验，ＳＴ域中大多数的中频系数的正负符号在ＪＰＥＧ压缩和Ｇｕｓｓｉａｎ加噪前后保持不变，利用这个重要的性质，我们通过调节系数值完成水印的嵌入．另外，在一些现存的算法中【１３．１４｜，研究者们主要注重单个的操作，如ＪＰＥＧ压缩，复制和粘贴操作，但在实际应用中，图像更有可能的是同时经历这些操作．另外，很多算法［７，１５］只注重误警检测率（Ｐ即），很少提及虚警检测率（Ｐ刚），但我们认为两者的同时考虑有助于提高算法的准确性．基于以上考虑，我们选择８×８大小的独立分块技术．虽然独立分块技术存在安全性和分块大小与检测精度有关的问题，但不失为一种简单可行的好办法．图像首先被分成了互不重叠的８×８的小块，然后对每个小块实施Ｓｌａｎｔ变换，并将用于认证的水印比特嵌入到每个块的Ｓｌａｎｔ变换域中的中频区域．在恢复系统中，恢复比特来源于原图压缩后的数据并将此数据随机嵌入到图像的最低有效位以实现自恢复．认证度由Ｐ伊和Ｐ州测定．２算法分析２．１Ｓｌａｎｔ变换简介Ｓｌａｎｔ变换的正反变换可以表述如下：［Ｖ］＝［曲］［Ｕ］［曲］１ｆ１、［Ｕ］＝［＆］’［ｙ］［＆］其中，［ｕ］代表原图，其大小为ＮＸＮ，［ｙ］表示变换后的矩阵，［曲］为ＮＸＮ的酉Ｓｌａｎｔ矩阵，其表示如图１．１以二０｛。