[信息与通信]第4章 以图像为载体的数字水印技术.ppt

第4章 以图像为载体的数字水印技术 4.1 空域图像水印技术 4.2 DCT域图像水印技术 4.3 小波域图像水印技术 4.4 基于分形图像编码的数字水印技术 4.5 基于神经网络的图像水印技术 4.6 小结 4.1 空域图像水印技术 普通的显示屏幕是由许多点构成的， 这些点称为像素， 计算机显示图像时采用扫描的方式： 电子枪每次从左到右扫描一行， 为每个像素着色， 然后再像这样从上到下扫描整个屏幕， 利用人眼的视觉暂留效应就可以显示出一屏完整的图像。 根据有无色彩信息， 图像可以分为彩色图像和灰度图像。 对于彩色图像， 它的显示必须从三原色RGB概念说起。 众所周知， 自然界中的所有颜色都可以由红、绿、蓝(R、G、B)三原色组合而成， 其中任何一种原色不能由其他两种合成。 在彩色信息中， 有的颜色含有红色成分多一些， 其他成分少一些。表4 - 1 是常见的一些颜色的RGB组合值。 ? 表 4 - 1 常见颜色的RGB组合 1. CMY色彩系统 CMY(Cyan， Magenta， Yellow)色彩系统也是一种常用来表示颜色的方式。 计算机屏幕的显示通常用RGB色彩系统， 它是通过颜色的相加来产生其他颜色， 这种做法通常称为加色合成法(Additive Color Synthesis )。 而在印刷工业上则通常用CMY色彩系统(一般所称的四色印刷CMYK则是加上黑色)， 它是通过颜色相减来产生其他颜色的， 所以称这种方式为减色合成法(Subtractive Color Synthesis)。 图4 - 1为RGB与CMY两个色彩系统的关系图。 图 4 - 1 RGB与CMY色彩系统关系图 2． YIQ色彩系统 YIQ色彩系统通常被北美电视系统所采用(属于NTSC系统)， 这里的Y不是指黄色， 而是指颜色的明视度(Luminance)， 即亮度(Brightness)。 其实Y就是图像的灰度值(Gray value), 而I和Q则是指色调(Chrominance)， 即描述图像色彩及饱和度的属性。 RGB与YIQ之间的对应关系如下： 3. YUV色彩系统 YUV色彩系统被欧洲的电视系统所采用(属于PAL系统)， 其中Y也是指明视度。 U和V虽然也是指色调， 但是与I与Q的表达方式不完全相同。 RGB与YUV之间的对应关系如下： 4. YCbCr色彩系统 YCbCr色彩系统也是一种常见的色彩系统。 JPEG采用的就是YCbCr色彩系统， 它是从YUV色彩系统衍生出来的。 其中的Y也是指明视度， 而Cb和Cr则是对U和V作少量调整得到的。 RGB色彩系统和YCbCr系统之间的对应关系如下： 空域图像水印技术是指在图像的空间域中嵌入水印的技术。 最简单和有代表性的方案就是用水印信息代替图像的最低有效位(LSB)或者多个位平面的所有比特的算法， 这里的水印信息指的是二值比特序列。 设有两幅图像Lena和Baboon， 大小都是256×256， 如图4 - 2和图4 - 3所示。其中Lena是256灰度级图像， Baboon是二值图像。 我们以图像Lena作为载体图像， 以图像Baboon作为水印。 将Baboon分别替换图像Lena的8个位平面中的一个， 获得如图4 - 4所示的8个图像， 从左至右水印替换的位平面逐渐升高。 图 4 - 2 原始图像Lena 图 4 - 3 水印图像Baboon 图 4 - 4 水印嵌入不同位平面后的图像 由于LSB位平面携带着水印， 因此在嵌入水印图像没有产生失真的情况下， 水印的恢复很简单， 只需要提取含水印图像的LSB位平面即可， 而且这种方法是盲水印算法。 但是LSB算法最大的缺陷是对信号处理和恶意攻击的稳健性很差， 对含水印图像进行简单的滤波、加噪等处理后， 就无法进行水印的正确提取。 我们对图4 - 4中水印嵌入LS后得到的图像进行滤波， 获得如图4 - 5所示图像。 尽管处理后的图像看不出变化， 但从中提取的水印已经是面目全非， 如图4 - 6所示。 图 4 - 5 滤波后的含水印图像 图 4 - 6 对图4 - 5进行水印提取的图像 在图像中随机选取两点A和B。 设A的亮度为a， B的亮度为b， 令 S=a