基于DCT变换的数字水印算法研究
西藏民族大学信息工程学院 张春玉
【摘 要】数字水印在保护多媒体数字产品版权方面发挥着巨大作用，是信息隐藏领域研究的热点之一，数字水印算法对不可感知性和鲁棒性要求较高，变换域DCT技术能更好地满足水印的不可感知性和鲁棒性。本文对基于DCT变换的数字水印算法进行阐述，并用大量实验验证该算法兼顾不可感知性和鲁棒性，在数字作品版权保护方面具有较大的推广作用。 【期刊名称】河北农机 【年(卷),期】2019(000)001 【总页数】2
【关键词】DCT变换；数字水印；算法研究；步骤；实验 课题信息：西藏自治区自然科学基金（2016ZR-MZ-01）。
1 前言
随着我国经济的飞速发展，出版行业发展越来越迅猛，数字水印技术在出版物的版权保护问题上提供了有效解决途径。数字水印是嵌入宿主信息中的具有可鉴别性的数字信号或模式，其不影响宿主信息的使用。通常数字水印应该具备可证明性、不可感知性、鲁棒性。可证明性能为宿主信息的归属问题提供保证；不可感知性能很好地保证宿主信息良好的使用性；鲁棒性保证宿主信息在遭受各种可能的攻击时其版权依然能得到证明。
变换域技术比空域技术更能抵抗攻击，同时保持对人类感观的不可感知性。目前使用较多的变换域技术主要有：离散余弦变换DCT、离散小波变换DWT、离散傅里叶变换等DFT。本文针对DCT变换在数字水印算法中的应用进行了
阐述。
2 数字水印算法的基本要求
数字水印算法的基本要求主要包括两个方面：第一是数字水印算法的不可感知性，第二是数字水印算法的鲁棒性。 2.1 数字水印算法的不可感知性
在版权的保护问题上，数字水印算法起到的效果非常明显，在数字水印算法的嵌入过程中，不能够影响原有图像和文稿的质量。目前对于数字水印的基本要求，就是用数字水印技术把版权信息嵌入到被保护的图片和文稿中后，版权信息不能够被感知到，更不能影响图片和文稿的质量从而影响被保护图片和文稿的使用，这也是数字水印算法需要达到的最基本要求[1]。 2.2 数字水印的鲁棒性
数字水印算法在满足了不可感知性要求的基础上，还需要达到鲁棒性。鲁棒性的要求就是在版权的图片和文稿受到攻击的时候，仍然可以做到科学有效的提取，当目标图片和文稿在噪声、剪切、旋转等其他因素的干扰下，仍然能够将数字水印提取出来，仍然能够有效的识别和保护相对应的版权。数字水印对鲁棒性要求更高，因为版权侵犯者千方百计想要擦除数字作品中的版权信息，因此，鲁棒的数字水印算法抵抗攻击的能力更强[2]。 2.3 DCT变换的数字水印的应用
DCT变换技术主要是将通信领域中的扩频原理引入水印技术上去提高算法的稳健性。DCT变换域算法能很好地抵抗有损压缩编码和其他一些具有信号失真的数据处理过程。基于DCT变换的数字水印算法能更好地满足不可感知性和鲁棒性这两个基本要求。本文介绍了基于DCT变换的数字水印算法用于版权保护的
基本步骤，并进行实验加以论证。
3 基于DCT变换的数字水印算法的应用步骤
本文将算法具体过程进行梳理，具体步骤如下。 3.1 水印信息预处理
水印信息通常包括被保护的数字作品的版权所有者、发行者、购买者、日期、序列号等需要注明的信息。在水印信息嵌入前，对水印信息进行预处理，能更好地降低水印信息嵌入后的不可感知性或增强水印对抗攻击的能力。预处理的方法包括：基于位置变换的预处理，如Arnold变换、骑士变换等；基于像素灰度值的变换，如logistic变换。预处理的过程类似于对水印信息进行加密。从而保证嵌入后尽可能地不影响数字作品的质量[3]。 3.2 经过DCT变换选择水印最佳嵌入区域
对需要被保护的数字作品做二维DCT变换，实质就是将图像的像素分为8×8的块，对每块进行DCT变换，然后对DCT变换系数进行量化。DCT系数的特点就是直流分量和低频系数值比较大，代表图像的大部分能量，高频系数值很小，几乎成为冗余信息，去掉它们几乎不会对图像造成影响。在低频区嵌入水印将会大大影响被保护数字作品的视觉效果，不可感知性很差，在高频区嵌入信息难以抵抗压缩攻击。所以，较理想的水印嵌入区域是中频区。很多DCT数字水印算法的关键就在于如何选择更好的中频区用来嵌入水印信息既满足不可感知性又很好地兼顾鲁棒性。该步骤较为关键。 3.3 水印的嵌入
通过上述的两个步骤已经做好了水印嵌入前的准备工作，水印的具体嵌入算法可以有多种。最常用的方法是比较嵌入法，即在最佳嵌入区域选择DCT系数构
基于DCT变换的数字水印算法研究
