基于DCT域自适应中频嵌入的数字水印算法
摘 要 本文提出了一种基于DCT变换域的自适应中频系数嵌入数字水印信息的算法。该算法根据变换后各DCT子块的能量大小，自适应地选择中频系数，进行水印嵌入，与传统的DCT域固定点嵌入算法相比，能更好地实现图像水印信息的隐藏与鲁棒性的平衡。实验结果表明，特别在JPEG压缩攻击的情况下，本文所提出的算法在信噪比和相似度方面较传统固定点嵌入算法均有所提高。
关键词 DCT，中频，数字水印，鲁棒性
An Adaptively Middle Frequency Embedded Digital Watermark Algorithm Based on the DCT domain
Abstract This paper presents an algorithm of digital watermark embedding in the middle frequency adaptively based on the DCT domain. According to the energy of the block size after transforming, the algorithm can select the middle frequency coefficient adaptively to do embedding operation. Compared with traditional DCT domain fixed-point algorithm, it reachs a better balance of robust and watermark information hiding. The results show that, particularly in the JPEG compression attacks, the algorithm which this paper presents can improve the signal-to-noise and the similarity than the traditional fixed-point algorithm.
Key words DCT, middle frequency, digital watermark, robust
1 引 言
在信息技术飞速发展的今天，数据的形式已经不仅仅局限于文本，许多信息是图形图像和视频格式，需要加密、认证及版权保护的数据也越来越多。数字水印技术就是应运而生的一种信息隐藏技术，它是指应用一定的算法将标志性信息嵌入进多媒体信息当中，同时并不破坏原始文件的读取及使用，不能被人的感觉系统所察觉，只有通过专业的仪器或者阅读器来提取。其中水印信息可以是作者的标识、公司标志、一些具有特殊意义的文本等等，可以用来识别文件、图像等等的来源、作者、出版商、使用者的信息。与加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但它可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据[1]。
数字水印技术的不可感知性及鲁棒性是它的两个重要的判别标准，目前的数字水印技术算法主要分为两类：一类是空间域方法，是直接将数字水印按某种算法叠加到图像的空间域上；一类是变换域方法，通过改变图像变换域中的一些系数的值，将数字水印的信息嵌入到图像当中。常用的变换域算法主要有DCT、DWT、DFT等等。
本文主要对基于DCT变换域的数字水印技术做了研究，第二部分简单地介绍了离散余弦变换，第三部分阐述了数字水印的原理及国内外发展，第四部分为本文提出的自适应中频嵌入算法的介绍及实现过程，第五部分通过实验将该算法与普通DCT算法进行比较，第六部分为结论。
2 离散余弦变换
离散余弦变换(Discrete Cosine Transform )，简称DCT，是一种实数域变换，其变换核为实数的余弦函数，除了具有一般正交变换的性质外，其向量基能很好的体现图像信号的相关特性，而且计算复杂度小，具有压缩比高、误码率小、隐蔽性好等优点，在数字图像处理中被认为是最佳变换[2]。
二维离散余弦变换及其反变换的定义如下[3]：
其中，u,v=0,1,2…N-1
m,n=0,1,2…N-1
a(u)由下式定义：
u=0；
u=1,2…,N-1
3 DCT域数字水印发展及算法原理
最早的DCT域数字水印方案是由一个密钥随机地选择图像的一些分块，在频域的中频上稍稍改变一个三元组用来隐藏二进制序列信息[4]，该数字水印算法对有损压缩和低通滤波的效果不错，但是对于人眼视觉系统的感知破坏较大。后来，Cox 等人提出了基于图像全局变换的数字水印方法[5]，该方案是对整个图像进行DCT变换，然后将数字水印加载在预先决定的低频分量上，该算法不仅在视觉上不可感知性好，且鲁棒性极佳，能经受有损压缩、滤波、D/A、A/D转换等信号处理，同时对于剪切、旋转、平移等几何操作的抗攻击性也有很好的表现。下面就针对该算法原理进行分析。
每个数字水印算法都分为水印的嵌入及提取两个部分。在数字水印嵌入部分中，本文采用文献[6]中的信息隐藏的思想，即通过调整图像块中DCT系数的大小来对水印信息进行隐藏，用P，Q表示DCT系数，具体做法是：对于第i个水印信
基于DCT域自适应中频嵌入的数字水印算法
