基于双重加密和Contourlet变换的数字图像盲水印算法

来源：网络收集时间：2026-09-09

导读：第28卷第4期2011年4月计算机应用研究 ApplicationResearchofComputersVol.28No.4Apr.2011 基于双重加密和Contourlet变换的数字图像盲水印算法王云晓，王成儒 (燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛066004) 摘要:提出了一种新的基于双重加密和Contourle

第28卷第4期2011年4月计算机应用研究

ApplicationResearchofComputersVol.28No.4Apr.2011

基于双重加密和Contourlet变换的

数字图像盲水印算法

王云晓，王成儒

(燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛066004)

摘

要:提出了一种新的基于双重加密和Contourlet变换的数字图像盲水印算法。算法首先将水印图像进行双重

加密，然后对宿主图像进行Contourlet变换得到低通子带和带通子带，建立Contourlet系数与行列式之间的大小关系，利用该关系将加密后的二值水印嵌入到Contourlet低频系数上。此外，水印提取时不需要宿主图像，可实现水印图像的盲提取。实验结果表明，该水印算法不仅对嵌入的水印具有良好的视觉保真度，而且对JPEG压缩、低通滤波、噪声、缩放、剪切等多种攻击具有很强的鲁棒性。同时，水印图像的双重加密提高了系统的安全性。关键词:图像处理;Contourlet变换;行列式;盲水印;鲁棒性中图分类号:TP391

文献标志码:A

文章编号:1001-3695(2011)04-1446-04

doi:10．3969/j．issn．1001-3695．2011．04．068

Newblindwatermarkingschemefordigitalimagebasedon

Contourlettransformanddoubleencryption

WANGYun-xiao，WANGCheng-ru

(CollegeofInformationScience＆Engineering，YanshanUniversity，QinhuangdaoHebei066004，China)

Abstract:ThispaperproposedablinddigitalimagewatermarkingschemebydoubleencryptionandContourlettransform．

passsub-bandFirstly，encryptedthewatermarking，thendecomposedtheoriginalimagebyusingContourlet，requiredthelow-andband-passsub-band，andcreatedtherelationsbetweentheContourletcoefficientandthedeterminant．Accordingtothe

relations，embeddedthewatermarkontheContourletlowfrequencycoefficients．Inaddition，nohostimagewasneededinwa-termarkextraction，whichwasablindwatermarkingalgorithm．ExperimentalresultsshowthatthedigitalimagewatermarkinghasgoodimperceptibilityandrobustnessagainsttheattacksofJPEGcompression，low-passfiltering，noiseaddition，scaling

andcropping．Thedualencryptionofthewatermarkimprovesthesecurityofthesystem．

Keywords:imageprocessing;Contourlettransform;determinant;blindwatermarking;robustness

0引言

数字水印是利用人的视觉、听觉特性以及多媒体数据的冗

8］中是否含有水印信息，实用性不强。文献［采用有意义的二值图像作为水印，结合SVD提出了一种新的盲水印算法。本建立文在前人研究的基础上采用有意义的二值图像作为水印，Contourlet系数与行列式之间的大小关系，通过该关系进行水印的嵌入和提取。实验结果表明，该算法有着良好的图像视觉保真度，对多种图像攻击具有较强的鲁棒性。

余性，将一些数字信息(水印)不可感知地嵌入载体数据中，它在数字产品的版权保护、授权认证等方面发挥着越来越重要的作用，近年来已成为人们研究的热点。数字水印要发挥其应有的作用，应该具有鲁棒性和不可觉察性两个基本要求

［1，2］

。

自然图像大多数含丰富的纹理信息，小波变换虽可以较好地描述奇异点，但不能对奇异点处的纹理方向加以描述，原因在于二维可分离小波只具有水平、竖直和对角线三个方向。为了克服小波变换的不足和不能表示具有光滑边缘图像的弱点，何密和Do等人

［3～5］

1Contourlet变换

Contourlet变换是一种真正二维图像表示，它是利用塔式

分解(Laplacianpyramid，LP)和方向滤波器组(directionalfilterband，DFB)联合而成的双重方向滤波器组(PDFB)实现的一种多分辨率、局部化、方向性的图像表示方法。一次LP变换将原始图像分解为低频逼近分量和高频分量，获得图像奇异点，接着采用DFB将同一方向上的奇异点组合成一个Contour-let系数，形成带有方向信息的轮廓段，然后递归对低频分量作进一步LP分解，再用DFB进行奇异点的方向组合，得到整个

10］

Contourlet分解框架［9，，如图1所示。LP变换和DFB都具有

——Con-提出了一种新型多尺度几何分析—

［6］

tourlet变换。在图像数字水印研究中，Contourlet变换域的低通子带和带通子带均含有水印信息

，并利用低通子带变换结

7］构提取水印。文献［将水印嵌入到Contourlet变换具有最大能量的方向子带中，并利用零均值广义高斯分布拟合Contour-let系数，实现基于最大似然估计的盲检测。以上算法均采用无意义的伪随机序列作为水印信息，通过统计策略来确定信号

收稿日期:2010-09-06;修回日期:2010-10-29

完全重构特性，因此PDFB对二维信号也具有完全重构性。图

作者简介:王云晓(1985-)，女，内蒙古包头人，硕士研究生，主要研究方向为信息隐藏、数字图像水印(wangyunxiao88@163．com);王成儒(1949-)，男，黑龙江宁安人，教授，主要研究方向为图像处理、模式识别等．

第4期王云晓，等:基于双重加密和Contourlet变换的数字图像盲水印算法

扫描，扫描后的矩阵记为wl。

·1447·

2为图像的四层Contourlet分解，两层的带通子带分别被分解8、4、4个方向

。为8、

c)利用置乱后的图像wa与Logistic二值序列扫描后的矩阵wl之间的逻辑运算对水印图像作进一步加密:

w'=wawl

(3)

w'即为最终的加密水印

。

Contourlet变换通过采用不可分离的滤波器组对图像进行多尺度、多方向展开，为图像表示提供了一个灵活的空间多尺度和角度多分辨率的精细过程。离散的Contourlet变换通过多分辨率分析框架得到连续形式的展开。由多分辨分析理论，对

有限正整数序列{lj}j≤j0，集族{j0，n(t)，ρj，k，n2(t)}j≤j0，0≤k≤2lj－1，n∈Z2构成L2(R)空间的紧构架。其中:函数核ljρj，是图像高频分量不同尺度和方向的k，n(t)被称为Contourlet，

k、n分别为Contourlet的尺度、基函数，索引j、方向和位置参数;lj表示在第j层尺度上DFB的分解层数;核函数j0，n(t)是最高分解尺度(第j0层)低频分量的基函数。

3.1

本文的数字图像水印算法

水印嵌入过程

本文以大小为512×512的灰度图像为载体图像，用32×

2水印图像预处理

对于水印图像而言，在嵌入载体图像之前应对其进行一些

相关的预处理工作，对水印信号进行预处理的目的主要是:对水印进行加密，增大水印系统的安全性;提高水印对一般图像处理恶意攻击的鲁棒性。本文采用基于广义Arnold置乱和Logistic混沌系统的图像双重加密算法，该算法密钥量大，安全性好，置乱图像将很难被破解。2.1映射:

广义Arnold映射

为了实现平面上点的二维整数坐标变换，提出广义Arnold

32的二值图像w作为水印信号，其嵌入过程如下:

a)对载体图像I进行Contourlet变换，得到低通子带LJ和1，…，2lj－1;j=1，2，…，J)，j表示第j带通子带Cj，其中，k(k=0，k表示lj级DFB分解的第k个方向子带。经过级LP分解，

Contourlet变换后，图像的能量主要集中在低通子带LJ中，在不影响图像视觉效果下，选择在低通子带中嵌入水印信息，水印的稳健性最好。在本文算法中，对载体图像进行四级Cont-ourlet分解(图2)，故选择在四级分解得 …… 此处隐藏：8378字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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