基于奇异值分解的、抗几何失真的数字水印算法

第２５卷第１期　

２００８年１月　计算机应用研究　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．１　

Ｊａｎ．２００８　

一种抗几何失真的彩色图像数字水印算法　

何利英，李智勇，刘伟灵，孙星明　

（湖南大学计算机与通信学院，长沙４１００８２）　

摘要：提出了一种基于ＳＩＦＩ＂（尺度特征变换）特征点校正几何参数的小波域彩色图像水印算法。该算法利用　

ＲＧＢ彩色图像中蓝色与绿色分量的小波系数之间的关系，在蓝色水平细节和垂直细节中嵌入相同的水印；水印　

检测前，利用红色分量中的ＳＩＦＹ特征点估计几何参数，校正失真水印图像，从而可以无失真地提取水印。实验　

结果表明，该算法对压缩、噪声、剪裁、旋转、缩放等各类几何攻击具有很好的鲁棒性。　

关键词：数字水印；尺度特征变换特征点；小波；估计几何参数　

中图分类号：ＴＰ３９１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１．３６９５（２００８）０１．０２５７．０３　

Ｃｏｌｏｒ　ｉｍａｇｅ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｔｏ　ｒｅｓｉｓｔ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　

ＨＥ　Ｌｉ・ｙｉｎｇ，ＬＩ　Ｚｈｉ・ｙｏｎｇ，ＬＩＵ　Ｗｅｉ・ｌｉｎｇ，ＳＵＮ　Ｘｉｎｇ・ｍｉｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００８２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｃｏｌｏｒ　ｉｍａｇｅ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｄｏｍａｉｎ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＳＷＩ＂（ｓｃａｌｅ　ｉｎｖａｒｉａｎｔ　

ｆｅａｔｕｒｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｐｏｉｎｔｓ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ　ａｆｆｉｎｅ　ｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｍａｄｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＤＷｌｒｒ　ｅｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　

第１２期　朱信忠等：一种基于改进型奇异值分解的数字水印算法及实现　．３２９．　

一种基于改进型奇异值分解的数字水印算法及实现木　

朱信忠，徐慧英，赵建民　

（浙江师范大学信息科学与工程学院，浙江金华３２１００４）　

摘要：在传统的奇异值分解（ＳＶＤ）算法的基础上，提出了一种改进型的基于分块奇异值分解（Ｂｌｏｃｋ　ＳＶＤ）的　

新型数字水印算法。该算法不仅鲁棒性更强，可以直接处理长方阵和提取出质量更高的水印，并且在大图像中　嵌入和提取水印的时间很短，可以有效克服传统ＳＶＤ算法提取出的水印在对角线上有明显失真等缺点　给出　

了鲁棒性测试的结果及ＳＶＤ与Ｂｌｏｃｋ－ＳＶＤ的时间对比分析，并将其与传统的Ｃｏｘ扩频方法进行比较。测试结果　表明该算法的鲁棒性更好、速度更快、实用性更强。　

关键词：数字水印；奇异值分解；鲁棒性；分块奇异值分解；失真补偿　中图法分类号：ＴＰ３ｌ２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—３６９５（２００６）１２．０３２９—０４　

Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ＳＶＤ　

ＺＨＵ　Ｘｉｎ－ｚｈｏｎｇ，ＸＵ　Ｈｕｉ－ｙｉｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｊｉａｎ．ｍｉｎ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｒｗｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｆｉａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｈｕａ　Ｚｈｅｆｉａｎｇ　３２１００４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｇｉｔａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｔｃ．　Ａｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＶＤ　ｉｓ　ｒｏｂｕｓｔ　ａｇａｉｎｓｔ　ｉｍａｇｅ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．Ｂｕｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＶＤ，ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｌａｒｇｉｎｇ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｓｉｚｅ，ｍｏｒｅ　ｔｉｍｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｓｐｅｎｔ　ｉｎ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ＳＶｓ，ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｉａｇｏｎａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃｏｎｓｐｉｃｕｏｕｓ，ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｅｒｒｏｒ，ＳＯ　ｗｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｂｌｏｃｋ－ＳＶＤ，Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｉｍａｇｅ　ｉｓ　ｄｉ－　ｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｂｌｏｃｋｓ　ａｎｄ　ｗｅ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｏｎ　ｗａｔｅｒｍａｒｋ　ｔｏ　ａｄｄ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗａ．　ｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｐｅｒｆｏｒｍｓ　ｗｅｌｌ　ｉｎ　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．Ａｔ　ｌａｓｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｂｌｏｃｋ－ＳＶＤ　ｉｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｘ　ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ．ａｌｓｏ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｒｏｂｕｓｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ；ＳＶＤ；Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ；Ｂｌｏｃｋ－ＳＶＤ；Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　

第２７卷第５期　２０１０年５月　计算机应用研究　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．５　Ｍａｖ　２０１０　

基于小波一奇异值分解的数字水印新算法木　

周鹏颖　，沈磊　，田小林　，夏绍玮　

（１．澳门科技大学资讯科技学院，澳门特３，１行政区；２．清华大学自动化系，北京１０００８４）　

摘要：为了有效地保护数字作品的版权，提出了一种以离散小波多级分解与奇异值分解相结合的数字水印新　

算法。该算法充分利用小波与奇异值的固有性质，对原始图像进行多级小波分解，并对部分子带作奇异值分解。　

将水印置乱来保证一定的安全性，再对其进行分块离散余弦变换，然后将它嵌入到中间奇异值及其周围的部分　

矩阵块中。实验表明，该方法不仅有较好的透明性，而且能抗大多数处理攻击，有较好的鲁棒性。　

关键词：数字水印；Ａｒｎｏｌｄ变换；离散小波分解；离散余弦变换；奇异值分解　

中图分类号：ＴＰ３９１．４１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—３６９５（２０１０）Ｏ５—１８９６—０２　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－３６９５．２０１０．０５．０８３　

Ｄｉｇｉｔａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＷＴ　ａｎｄ　ＳＶＤ　

ＺＨＯＵ　Ｐｅｎｇ—ｙｉｎｇ　．ＳＨＥＮ　Ｌｅｉ　，ＴＩＡＮ　Ｘｉａｏ—ｌｉｎ　，ＸＩＡ　Ｓｈａｏ—ｗｅｉ　’　（１．Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｃａｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｃａｕ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐｔ．ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｃｏｐｙｒｉｇｈｔｓ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａ　ｎｅｗ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｍａｇｅ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＤＷＴ）ａｎｄ　ｓｉｎｇｕｌａｒ　ｖａｌｕｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＳＶＤ）．Ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｕｓｅｄ　ＤＷＴ　ａｎｄ　ＳＶＤ　ｉｎｈｅｒｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｆｕｌｌｙ，ａｎｄ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｉｍａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｕｂｂａｎｄｓ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ＤＷＴ，ｔｈｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ＳＶＤ　ｔｏ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｓｏｍｅ　ｏｆ　ｓｕｂｂａｎｄｓ．Ｔｈｅ　Ａｒｎｏｌｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｎｌａｔｉｏｎ　ｃｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｍａｒｋ，ａｎｄ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｔｈｅ　ｇｒａｙ・　ｌｅｖｅｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋ　ｉｍａｇｅ　ｗｉｔｈ　ｂｌｏｃｋｅｄ—ＤＣＴ　ｔｒａｎｓｆｏＦｉｎ　ａｆｔｅｒ　ｂｅｉｎｇ　Ａｒｎｏｌｄ　ｓｃｒａｍｂｌｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ　ＤＣＴ　ｃｏｅｆｆｉｅｉｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｉｎｓｅｒｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｍｉｄｄｌｅ　ｏｆ　ｔｈｉｒｄ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ＳＶＤ　ｏｆ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｉｍａｇｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｉｓ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ－　ｍａｒｋ　ｉｓ　ｉｎｖｉｓｉｂｌｅ，ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｒｏｂｕｓｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ；Ａｒｎｏｌｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｃｏｓｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；　ｓｉｎｇｕｌａｒ　ｖａｌｕｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　

第２５卷第２期　计算机仿真　２００８年２月　

文章编号：１００６—９３４８（２００８）０２—０１５７—０５　

抗几何失真的局部数字水印算法　

袁武钢，卢正鼎，凌贺飞，余艳玮　

（华中科技大学计算机科学与技术学院，湖北武汉，４３００７４）　

摘要：抗几何攻击一直是数字水印中的难点问题，为了更好地解决这个问题，基于图像的几何不变域，提出了一种抗几何失　

真的局部数字水印算法。算法利用显著性检测器检测到的具有平移、缩放和旋转不变性特性的圆形显著区域来嵌入水印。　如何利用显著区域构造不变区域以获得平移、缩放及旋转不变性，以及如何从不变区域中筛选出适合嵌水印的区域，为要解　决的重点问题，首先将水印进行几何变换来匹配各个水印嵌入区域的形状，再不可感知地嵌入到各个水印嵌入区域中。还　

着重讨论了如何利用显著区域获得平移、缩放及旋转不变性。实验表明该算法能很好地抵抗一般的信号处理攻击及旋转、　缩放、裁剪和线性变换等几何攻击。　关键词：数字水印；几何攻击；特征；不变区域　中图分类号：ＴＰ３０９　文献标识码：Ａ　

Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ　Ｉｍａｇｅ　Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｇａｉｎｓｔ　Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ　Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｓ　

ＹＵＡＮ　Ｗｕ—ｇａｎｇ，ＬＵ　Ｚｈｅｎｇ—ｄｉｎｇ，ＬＩＮＧ　Ｈｅ—ｆｅｉ，ＹＵ　Ｙａｎ—ｗｅｉ　

（ＩｎｔｅＨｉｇｅｎｔ　ａｎｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　Ｌａｂ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　

Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｈｏｗ　ｔｏ　ｒｅｓｉｓｔ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ　ａｔｔａｃｋｓ　ｉｓ　ａ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｄｉｆｉｃｕｌｔｙ　ｉｎ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ｆｉｅｌｄ．Ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｉｔ