一种新式的零水印算法研究
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针对彩色图像的新型零水印算法郝世博【摘要】为了在不破坏图像质量的前提下对图像进行版权保护,提出一种针对彩色图像的零水印算法.算法利用原始图像小波变换后的特征信息与有意义的版权信息结合构造出零水印,加密之后再注册到IPR信息数据库里.版权信息预处理中应用Arnold变换,算法还利用了图像奇异值稳定性良好的特点.实验结果表明,这种算法对常见的图像攻击具有很强的鲁棒性,有效解决了水印鲁棒性与不可感知性之间的矛盾,同时克服了传统零水印算法中只能依靠检测零水印之间的相似度来判定图像版权归属的缺陷.%In order to protect the copyright of the image under the condition of maintaining image quality,we bring forward a kind of zero-watermarking algorithm for colour images.This algorithm uses the characteristic information of original image with discrete wavelet transform and the meaningful copyright information to construct zero-watermark,encrypts it and then registers it to the IPR information database.In copyright information preprocessing,the Arnold transformation is applied; the algorithm also uses the characteristic of the stability of image singular value.Experimental results show that the algorithm has strong robustness against common image attacks,and solves the contradiction between the robustness and the imperceptibility of watermarking effectively.At the same time,the algorithm overcomes the defects in traditional zero-watermarking algorithm that it can only discriminate the image copyright attribution relying on detecting the similarity between zero-watermarks.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2013(030)006【总页数】5页(P298-301,311)【关键词】零水印;离散小波变换;奇异值分解;Arnold变换【作者】郝世博【作者单位】南京大学信息管理学院江苏南京210093【正文语种】中文【中图分类】TP391.41随着网络技术和数字多媒体技术的快速发展,数字产品的传播和利用已经变得十分简单快捷。
一种基于超混沌系统的立体图像零水印算法本文从网络收集而来,上传到平台为了帮到更多的人,如果您需要使用本文档,请点击下载按钮下载本文档(有偿下载),另外祝您生活愉快,工作顺利,万事如意!摘要:为了在不改变立体图像质量的前提下对立体图像实施版权保护,提出了一种基于超混沌离散系统的立体图像零水印算法。
该算法利用立体图像左右视点小波变换域低频子带视差的稳定性以及离散余弦变换直流系数的稳健性构造了一种视差零水印。
在水印构造的过程中,利用了超混沌离散系统的初始值敏感性、参数密钥空间大和动力学行为复杂等特性映射视差零水印的位置信息,从而增强了水印算法的安全性;此外,分析了水印安全性与水印容量之间的关系。
实验结果表明,该立体图像视差零水印算法对加噪、滤波、JPEG压缩、剪切、图像放大/缩小等各种对称和非对称攻击表现出了较强的鲁棒性。
关键词:立体图像;视差零水印;超混沌系统;鲁棒性1. 引言立体图像是基于人眼的双目视差原理,即双目独立地接收来自同一场景的两幅具有细微差别的图像来形成双目视差以获得立体感,双目视差的存在使人脑感受到图像的深度信息,从而增强图像的真实性,给人们以身临其境的感觉[1,2]。
随着数字媒体和计算机网络技术的不断发展和日益普及,立体图像处理技术作为当前的一个研究热点,已引起学术界广泛关注,其研究成果在各个领域逐步得到了应用[3,4]。
立体图像易于复制和修改,严重侵犯了作者的版权,而关于立体图像的版权保护报道相对平面图像的版权保护来说较为罕见[5,6]。
因此,立体图像的版权保护是一个亟待解决的问题。
本文通过研究超混沌离散系统、立体图像小波变换域的视差以及零水印的特性,提出一种基于超混沌离散系统的立体图像视差零水印算法。
该算法利用了离散小波变换低频子带的稳定性和离散余弦变换直流系数的稳健性构造零水印;在水印的构造过程中没有改变立体图像的质量,零水印的检测时无需原始立体图像;零水印构造和检测的位置利用了超混沌系统随机性进行映射。
基于小波矩的零水印算法研究随着计算机网络技术与多媒体技术的迅速发展,越来越多的多媒体产品通过网络的形式发布,使信息的发布和传输变得方便快捷。
但数字产品具有极易被非法复制和篡改的特性,任何人都可以免费复制和发行受知识产权保护的内容,这对数字产品的版权保护造成了严重的威胁。
数字水印是实现版权保护和内容认证的有效方法,因此已成为多媒体信息安全领域的一个研究热点。
零水印是一种新型的数字水印技术,它与一般的数字水印不同之处在于它利用原始图像的特征来构造水印而不直接在图像中嵌入水印,因而不破环原始图像,并结合第三方信任机构做到对版权的保护作用。
小波分析因其良好的时频局部化特性,已经成为信号处理和图像分析系统中的有效工具;不变矩的几何变换不变性,使其被广泛使用在模式识别、方位估计、计算机视觉和图像重构中。
小波矩是小波分析和不变矩理论的结合,它结合了小波分析和不变矩各自的优点,具有很好的应用价值。
本文的研究工作主要围绕小波矩和零水印技术展开,并提出了一种基于小波矩的零水印算法。
论文的主要研究工作包括:①论文首先对数字水印技术进行了详细的阐述。
给出了数字水印的基本概念、模型、特征、分类、评价方法和攻击手段,并对两类常见数字水印算法和安全数字水印体系进行了介绍。
②对图像的矩函数进行了研究。
从本质上讲,不同的矩是由不同的连续或离散多项式作内核而构造的函数。
文中首先介绍了Hu矩、Legendre矩、Zernike矩、复数矩、Chebyshev矩等全局矩和小波变换理论,接着给出了小波矩的概念、原理并小波矩的旋转、尺度和平移不变性进行了论证,最后从实验的角度对常见的Hu 矩、Zernike矩和小波矩进行了比较。
③对零水印技术进行了详细的研究。
介绍了零水印的概念、特点及其优点,并在对现有零水印算法研究的基础上,从水印内容角度对零水印算法进行了分类。
④利用小波矩的优良特性,将其引入零水印技术中,提出了一种基于小波矩的零水印算法,给出了算法的具体实现过程和实验结果,实验表明算法对于常见的几何攻击、压缩攻击和噪声攻击等具有较好的鲁棒性。
变换域图像零水印技术研究近年来,随着因特网和多媒体软件工具的流行,对数字多媒体数据的获取和未授权拷贝变得越来越容易。
随之产生的,是数字多媒体数据面临的版权保护的巨大挑战。
数字水印技术是为了解决多媒体内容版权保护问题发展出来的一种技术手段。
已有的鲁棒数字水印技术均需要在水印的不可见性和水印的鲁棒性之间取得平衡。
而且,从原理上讲,现有的鲁棒数字水印无法实现载体数据无损条件下的版权保护。
零水印技术是一种最新出现的鲁棒数字水印技术,其并不在待保护的数字图像中嵌入任何数据,而是通过提取图像的稳定特征,并与版权所有方提供的版权水印绑定,生成零水印,最后注册在独立的版权保护数据库中,实现对图像版权的保护功能。
本文在零水印框架下,研究了变换域中的图像零水印技术,提出了四种新的图像零水印算法。
本文的主要贡献如下:1、提出一种基于图像DFT(离散傅里叶变换)相位特征的零水印算法。
图像的离散傅里叶变换是图像的基本变换,理论研究表明:仅仅使用图像DFT频谱的相位信息,就能够在最小二乘意义下重建原始图像。
在图像水印系统中,多种类型的攻击方式对于图像DFT相位谱的改变主要发生在相位谱的中频和高频区域,图像DFT频谱的低频相位具有稳定性。
算法首先提取图像DFT的低频相位,之后使用Logistic映射产生的混沌序列生成随机相位,通过两个相位所确定的单位向量的内积来生成最终的特征水印位。
对于全局几何变换攻击,算法通过几何校正的方法来消除其对图像的影响。
提出了一种改进的基于广义Radon变换的几何参数计算方法,显著提高了对于旋转和缩放参数的计算精度。
混沌系统的特性保证了算法的高安全性。
2、提出一种基于SVD奇异向量稳定性的零水印算法。
在现有的基于SVD的图像零水印算法中,使用图像分块SVD后的奇异值来构造图像特征,其实质是基于图像分块的能量准则构造图像特征。
相对于奇异值而言,图像的几何结构主要由SVD奇异向量来表征。
在不同种类的攻击方式下,图像分块SVD后的奇异向量仅有最大奇异值对应的两个奇异向量U1和V1是稳定的。
基于变换域的零水印构造方法研究的开题报告一、研究背景及研究意义随着信息技术的不断发展与普及,电子图像、数字音频、数字视频等数字媒体越来越普遍地被使用。
与此同时,数字媒体的创作、管理、传播等问题也逐渐引起人们的关注。
由于数字媒体可以非常容易地进行复制和传输,所以难以避免一些不良行为,如盗版和篡改等,这些都会对数字媒体的产业提供带来巨大的损失。
因此,保护数字媒体的知识产权成为了至关重要的问题。
数字水印技术就是为了应对这一问题而设计的。
数字水印技术是一种数字版权保护技术,它可以在不影响媒体数据的可感知质量的前提下,向媒体数据中嵌入特殊的加密信息,以表示媒体数据的源信息或版权信息。
数字水印技术的核心就是通过水印嵌入算法,将水印信息嵌入到数字媒体数据中,然后在需要验证水印信息的时候,通过提取算法,从嵌入的数字水印中提取出原始媒体数据中的特殊信号,从而证明数字媒体数据的来源或版权信息。
在数字水印技术中,变换域水印技术是一种很常用的水印嵌入方法。
变换域水印技术是指,在数字媒体数据进行离散余弦变换、离散哈达玛变换等变换的基础上,对其中的高频系数进行修改的技术。
由于这种方法可以在不影响数字媒体数据的可感知质量的前提下嵌入较大的水印信息,因此被广泛地应用于数字媒体的版权保护与管理中。
但是,随着数字媒体技术的快速发展,基于变换域水印的加密技术面临的攻击手段也越来越多,因此需要进一步研究这类技术的安全性和鲁棒性提升方法。
二、研究内容和研究目的基于变换域的零水印构造方法研究主要是针对目前优秀的变换域水印算法存在的缺陷与问题,介绍零水印的概念与原理,提出一种新颖的基于变换域的零水印构造方法,研究其在数字版权保护中的应用现状和发展趋势。
具体来说,本研究的内容如下:1. 分析目前主流的基于变换域的水印嵌入算法及其存在的问题和不足之处。
2. 研究当前主流的零水印构造方法及其优缺点,并提出一种基于变换域的零水印构造方法。
3. 针对提出的零水印构造方法进行实验和比较分析,验证其在数字版权保护中的可行性和有效性。
民族器乐零水印算法的设计与实现民族器乐零水印算法的设计与实现随着数字音乐的普及和音乐版权保护的需求日益增长,保护音乐作品的版权成为了一个重要的问题。
而对于民族器乐这样独特的音乐形式,更需要一种特殊的算法来实现对其版权的保护。
本文将介绍一种称为“民族器乐零水印算法”的设计与实现过程,以期为民族器乐版权保护提供一种有效的解决方案。
一、算法背景在音乐领域,水印是一种常用的版权保护技术,通过嵌入特定的标识信息到音频数据中,可以在未经授权的情况下确定音频的来源。
然而,传统的水印算法在保护民族器乐版权时存在一些问题。
首先,民族器乐通常由多种乐器合奏而成,各种乐器的声音特征不同,传统的水印算法无法充分利用这些特征信息。
其次,传统的算法对于音频的压缩格式较为敏感,而民族器乐往往需要高保真度的音质,因此,对于压缩格式的支持限制了传统算法在民族器乐版权保护中的应用。
为了解决这些问题,我们设计实现了一种民族器乐零水印算法,该算法能够更好地适应民族器乐的特点,提高版权保护的效果。
二、算法设计思路1. 特征提取为了充分利用民族器乐中不同乐器的声音特征,我们首先对音频进行特征提取。
通过采用频谱分析和频谱变换等技术,我们可以获取音频的频谱图。
然后,针对不同乐器的声音特点,提取相应的特征信息。
例如,对于长笛的乐器声音,我们可以提取其频谱中的高频成分,而对于二胡的声音,我们可以提取其频谱中的低频成分。
通过这种方式,我们可以得到多维的特征向量,用于后续的处理。
2. 特征匹配在特征提取的基础上,我们进行特征匹配,以判断该音频是否为未经授权的版本。
我们通过构建特征数据库,并使用数据索引技术来加速匹配过程。
针对每个乐器的特征向量,我们计算其与数据库中相应乐器特征向量的相似度,若相似度超过一定的阈值,则判断为未经授权的音频。
3. 压缩格式兼容性为了提高算法在民族器乐版权保护中的适应性,我们对压缩格式进行了优化。
通过对各种常见压缩格式的分析和实验,我们确定了与这些格式兼容的特征提取和特征匹配方法。
基于智能识别技术的图像去水印算法研究在数字图片的时代,很多图片带着一个水印,正是为了防止不法分子盗用或者侵犯版权。
但是在某些情况下,我们想要利用这种图片却不想让这些水印出现。
基于这种需求,图像去水印技术便应运而生了。
本文将探讨基于智能识别技术的图像去水印算法研究,为此,我们将从以下几个方面展开论述。
第一、水印的种类水印可以分为可见水印和不可见水印。
可见水印即是在原图的基础上添加一些字符、图像或图形等与原图不一样的元素,使其能够被直观感知出来,类似于传统的商标和文本水印。
而不可见水印则是一种独特的数字信息编码技术,它通常被嵌入到需要保护的原始图片中,而人眼并没有办法直接识别。
比较常用的方式有STDM、F5和DCT等。
第二、水印对图像的影响我们知道,如果水印的大小和位置适当,人眼并不能够识别图片中的水印。
然而,水印对图片的影响是很大的。
在图像去水印过程中,需要分析出图片中原始像素点的位置和信息,然后再去掉有水印的部分,这个处理的同时需要保证原图的内容和色彩不变。
第三、基于智能识别技术的图像去水印算法随着智能技术的发展,图像处理技术也成为应用领域之一。
在去水印算法中,基于智能识别技术的水印识别和分析方法可以更加准确地分析出图片中的水印信息。
这种算法结合了图像内容和上下文信息,通过机器学习和样本训练等技术解析出原图的信息,进而对图像进行去水印处理。
这种方法不仅效果好,而且能够有效地取代传统基于隐式随机模型等科技。
第四、智能识别技术在图像去水印领域的应用在智能识别技术的应用中,卷积神经网络(CNN)是最常用的一种技术。
其利用训练数据集标签的预测值,得出图片中水印的位置和大小的概率分布模型,从而能够预判水印信息。
另外,基于特征点匹配的方法和基于频域技术的方法也是比较常用的。
总之,基于智能识别技术的图像去水印算法研究可以通过分析一些图像处理方法来解析出图片中的水印信息并将其去除。
智能技术能够更加准确地分析出图片中的水印信息。
一种新式的零水印算法研究
[摘要] 深入研究了图像DC系数经过各种图像处理后的变化情况,发现DC 系数对一些攻击和各种有损压缩具有较高的稳定性。
基于此,提出了用图像DC 系数特征构造图像零水印的方法,进一步结合公钥密码[1]设计了实现数字图像版权保护的零水印方案。
[关键词] DC系数图像零水印公钥密码
1引言
为了保护图像版权,数字水印技术诞生了,这种技术是在被保护图像中嵌入作者信息来证明作者对该图像的所有权。
然而,水印的这种信息嵌入,不但破坏了被保护图像的完整性,更造成了水印不可感知性与鲁棒性之间的矛盾。
为了解决传统嵌入水印的矛盾,温泉等人在文献[3]中提出了零水印的概念。
利用图像的重要特征来构造水印信息,而不是修改图像的这些特征.把这种不修改原图任何数据的水印称为“零水印”。
零水印技术很好地解决了不可感知性和鲁棒性之间的矛盾。
2零水印算法设计
2.1DC系数构造零水印的可行性
叶登攀在文献[1]中选择原始图像的二值图作为重要特征量,与版权标记利用私钥构成注册码,送版权注册管理中心(IPR)注册。
通过公钥和公开检测算法恢复版权标记,以达到版权保护的目的。
本文继承了方案[1]的部分优点,将零水印的构造建立在数字图像本质特征DC系数上,使方案具有更加强健的鲁棒性,下面通过求解图像在各种图像处理和操作前后DC系数之间的相关系数来分析DC系数的稳健性。
本文以标准灰度图像LENA(256×256)为例,深入分析了数字图像的DC系数的稳定性。
对图像LENA进行DCT变换,得到一个256×256的由DCT系数组成的系数矩阵,然后选取其每一块的直流系数,得到一个32×32的矩阵,即为该图像的直流系数矩阵。
一般而言,用来衡量特征在各种图像处理后的稳定性。
其中[4],(1)表示矩阵的所有元素的平均值,表示矩阵的所有元素的平均值。
表1中的是图像LENA在经过各种处理(包括常规处理、几何攻击和有损压缩等)前后DC系数的相关系数。
表1
从表1可以看出,经过各种图像处理和操作前后,DC系数的相关值均保持在0.98以上,特别是对旋转攻击,也能达到0.98894,显然弥补了文献[3]中特征选取方
法不能抵抗旋转攻击的缺陷,这样高的稳定性对构造零水印是极其有利的。
在构造零水印时,也要考虑到鲁棒哈希性质[5],即给定两幅内容不同的图像得到相同DC系数矩阵的概率非常小。
一般而言,一幅需要进行版权保护的图像,其尺寸不会太小,假设图像大小都大于或等于256×256,对于等于256×256的图像构造零水印时直接取整幅图的DC系数;对于大于256×256的图像,构造零水印时取图像正中间大小为256×256的区域的DC系数。
这样,DC系数矩阵的大小都统一为32×32,我们再统一规定原始水印为二值图像,且大小统一为32×32,即最终存储于版权注册管理中心(IPR)的零水印大小都统一是32×32。
而要与原始水印二值图进行异或,可以模仿文献[1]中求受保护图像二值图的方法求DC系数矩阵的二值矩阵,阈值为矩阵所有元素平均值,凡灰度大于它为亮点1,小于为暗点0。
可以计算两幅内容不同的图像取得相同DC系数矩阵的概率为,由于,显然远远大于全世界所有图片的总和,因此碰撞概率非常小的,故DC系数二值矩阵具有非常良好的鲁棒哈希性质。
从上面的分析可以看出,在图像大小都大于256×256的假设下,统一规定水印大小(32×32)并用DC系数构造零水印的思想是可行的。
2.2零水印构造算法
本文提出的零水印算法结构基本同于文献[1]算法,最重要的区别就在于零水印构造的基础,即所选取的图像特征不同,本文算法所选特征是受保护图像的DC 系数矩阵的二值图。
在利用图像的DC系数矩阵构造零水印之前,首先规定最终零水印和标志作者身份信息的原始水印二值图像大小都统一为32×32,这样虽然对原始水印进行了限制,似乎失去一定的灵活性,但却更有助于水印的构造、处理和存储,这对于要存储海量图像零水印信息的版权注册管理中心(IPR)来说,无疑提高了效率。
设原始图像(标准灰度图像LENA,大小为256×256,下面如无特殊声明,都以此图为例)为,对其进行DCT变换,得到DCT系数图,取其所有块的直流系数组成直流矩阵,根据公式(2)求得直流矩阵的二值矩阵,(2)
同上,。
设标志作者身份信息的原始二值图像为,对和进行异或,得到一个零水印异或图。
通过伪随机密钥(私钥)加密后送版权管理中心(IPR)注册并分配给版权标记所代表的版权所属。
对于某个特定的版权所有者,注册中心会为他分配一对密钥,分别为私钥和公钥。
前者作为版权所有者加注水印使用,后者作为检测水印使用,使用公开对应某人的密钥检测出水印的存在说明了版权的归属。
加密后的随机密图的结构可简记为: (3)
这一水印构造过程与文献[1]水印构造基本相同,详细流程图不再重复,只画出有区别的地方如图1。
图1
然后将随机密图和原始水印二值图进行绑定,组成结构后存储于注册中心(IPR)。
这样,图像就处于零水印的保护中。
2.3零水印检测算法
水印检测算法结构根据文献[1]。
在公开的条件下使用版权所有者对应的公钥参与待检图像的版权水印检测。
首先将解密再与的DC系数二值矩阵作异或运算,得出的结果为标记水印。
比较和,通过相关性系数检测就可以确定图像是否为所代表的版权所有。
检测结构简记为:(4)
整个检测过程同文献[1],有区别的地方结构如图1,只是受保护图像变为,DCT 系数矩阵由变为,直流系数矩阵由变为,直流系数二值矩阵由变为,不再画图。
由于零水印本身就是基于受保护图像的内容构造的,故在验证水印时肯定离不开图像本身。
同文献[1]算法的稳健性基于二值图的稳健性一样,本文算法的稳健性基于DC系数二值矩阵的稳健性。
其推导过程参考文献[1],结果为:(5)
即零水印检测的结果等价于受保护图像和待检测图像的DC系数二值矩阵的相关系数值。
3实验结果及性能分析
本文采用MATLAB软件实现仿真测试。
设原始图像I为标准灰度lena图,通过对文献[1]方案和本文方案零水印检测数据性能进行对比,来说明本文方案的优越性。
4结论
表2给出了所有常规处理和JPEG不同质量因子压缩组合攻击的相关值对比效果。
表2
从表可以看出,用受保护图像的DC系数二值矩阵构造的零水印经过各种组合攻击以后的相关值都0.97以上,远大于二值化图像的相关值(最高为0.78951),足以说明DC系数二值矩阵具有优于二值化图像的稳健性,用DC系数二值矩阵构造的零水印算法具有更加强健的鲁棒性。
从第2章节的实验结果对比中可以看出,对于一幅待保护的数字图像,采用其DC系数二值矩阵作为图像重要特征与原始二值水印进行异或来构造零水印,比文献[1]中采用图像本身二值图来构造零水印具有更加强健的鲁棒性。
本文方案不但提高了鲁棒性,而且还具有以下两个好处:(1)算法更加简单。
(2)注册码数量大幅减小,存储空间骤减。
总之,本文设计的零水印方案具有高鲁棒性,计算量小,便于操作和存储,在版权保护方面有很好的应用前景。
参考文献
叶登攀.基于二值化图像构造的零水印版权保护方案.计算机应用研究, 2007,8:239-245.
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