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用MATLAB数字图像水印 摘要：介绍了数字水印的原理和应用方法，研究了基于离散余弦变换(DCT)的数字图像水印算法，并借助MATLAB编S-Y-具，实现数字水印的嵌入、提取和攻击测试。实验结果表明，对于通常的压缩编码，该算法具有足够的鲁棒性。 关键词：数字图像，数字水印，DCT，MATLAB 一 、引言 随着Intemet的普及，信息的安全保护问题日益突出。如何有效地防止数据的非法复制和鉴别数字媒体的知识产权，成为亟需解决的问题。1993年Caronni提出了数字水印的概念，并应用于数字图像，此后，研究人员将数字水印的概念扩展到电视图像和声音等领域，数字水印技术作为版权保护的重要手段而得到了广泛的研究和应用。数字水印技术涉及到大量图像处理算法、数学计算工具等，用普通编程工具实现上述算法将要花费大量的时间，MATLAB语言是MathWorks公司推出的一种简单、高效、功能极强的高级语言，具有高性能数值计算能力和可视化计算环境。许多复杂的计算问题只需短短的几行代码就可在MATI．AB中实现。本文基于典型的DCT (离散余弦变换)数亨水印算法过程，详细介绍用MATLAB实现数字水印的嵌入、提取和攻击测试的方法。 数字水印技术 从信号处理的角度看，在载体图像中嵌入数字水印可以视为在强背景(即原始图像)下叠加一个视觉上看不到的弱信号 (水印)，由于人的视觉系统(Human Visual System，HVS)分辨率受到一定的限制，只要叠加信号的幅度低于HVS的对比度门限，HVS就无法感觉到信号的存在，因此，通过对载体对象作一定的调整，就有可能在不引起人感知的情况下嵌入一 些信息。 1．数字水印的嵌入 水印嵌入就是把水印信号W：{∞(．c)J嵌入到原始图像Xo={xo(K)}中。水印嵌入过程如图1所示 水印嵌入准则分为： )】H法准贝U：x (K)=xn(K)+OtOJ(K)乘法准贝U：x (K)=Xo(K)(1+ (o(K))为强度因子，为保证在水印不可见的前提下，尽可能 提高嵌入水印的强度。的选择必须考虑图像的性质和视觉系统的特性。 2，水印的提取与检测 在某水印系统中，水印可以被精确地提取出来，这一过程被称作水印提取。例如在完整性确认的应用中，必须能够精确地提取出嵌入的水印，并且通过水印的完整性来确认多媒体数据的完整性．．如果提取出的水印发生了部分的变化，最好还 能够通过变化的水印的位置来确定原始数据被篡改的位置。水印在提取检测时可以需要原始图像的参与，也可以不需要原始 图像的参与。但将水印技术用于图像的网络发布和传播时，如果检测时需要使用原始图像则是个缺陷，因此，当前大多数的水印检测算法不需要原始图像的参与。图2、图3分别是水印提取和检测的框图，虚线部分表示在提取或判断水印信号时原始图像不是必需的。 三、DOT域数字图像水印算法 从技术～k讲．目前的数字水印算法可以分成两类：空域水GRAPHiCS PROG咖印算法和频域(变换域)水印算法。空域水印算法是指将水印信号直接嵌入在原始数据巾。频域水印算法首先将原始的数据进行DCT或小波变换， 频域}嵌入水印信息，然后经反变换输m。征检测水印时，也受首先对信号作相应的数学变换，然后通过相关运算枪测水印选择二值化灰度图像作为水印信息，根据水印图像的二值性选择不M的嵌入系数，并将原始图像进行8×8的分块，将数字水印的灰度值直接植入到原始灰度图像的DCT变换域中，实现水印的嵌入具体方法如下： 1．水印嵌入 设x是M N大小的原始图像，w是水印图像，大小为P Q，M和N分别足P和Q的偶数倍。把水印w 加载到图像x L1|，算法分以下几步进行：将X分解为fM／8) 【N／8)个8{8大小的方块BX (m，1t) ， 同时，将w 也分解为(M／8j (N／8)个(8·P／M)(8·Q／Nj大小的方块BW (Ill，I1)，1≤m≤M／8，1≤n≤N／8，对每一个BX (m n)进行DCT变换：DBX (Ill，n)=DCT(BX【m ．n1) 对每一个DBX fm，T1)和Bw (m，n)，Si为从DBX (m，I1)的中频选出的加载的位置，l≤i≤(8·P／M1 (8·Q／N)，ti为水印B (m，n1的位置坐标l≤i≤ 8·P／M)$(8·Q／N)DBX”fm，I1)【si)=d{BWfm，I1)fti)， 其中d是加权系数，用DBX (nt．11j【si)来代替DBX (m，n)(si)得到加载水印后的图像。刈以J 得到的每.个DBCI”(m，n)进行逆DCT变换：IDBX(m )： IDCT(DBX (m，it))。并将各方块IDBX(m，n)合并为一个整x ，即加裁了水印的新图像。 2．水印提取 设图像x 为已经加栽了水印的载体图像。现要将所加载的水印从x 中提取出来。其过