基于Arnold变换的DCT域数字图像水印算法研究(7)

该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等。

由于采用特殊的密钥，因此可防止IBM攻击，而且该算法还提出了增强水印鲁棒性和抗攻击算法的重要原则，即水印信号应该嵌入源数据中对人感觉最重要的部分，这种水印信号由独立同分布随机实数序列构成，且该实数序列应该具有高斯分布N(0，1)的特征。

2.5.5 生理模型算法

人的生理模型包括人类视HVS(HumanVisualSystem)和人类听觉系统HAS。该模型不仅被多媒体数据压缩系统利用，同样可以供数字水印系统利用。

利用视觉模型的基本思想【15-20】均是利用从视觉模型导出的JND(Just Noticeable Difference)描述来确定在图象的各个部分所能容忍的数字水印信号的最大强度，从而能避免破坏视觉质量。也就是说，利用视觉模型来确定与图象相关的调制掩模，然后再利用其来插入水印，这一方法同时具有好的透明性和强健性。

2.6 运算量分析

表1是该水印算法对含水印图像经过各种攻击后提取水印时所用的时间。经过统

计比较,二值图像提取水印所用平均时间大约为灰度图像的1/2000.可以看出,由于计算二值图像的特征不变矩阵的运算量比灰度图像要小很多,所以运算的平均时间大幅度下降。

第 10 页

西安文理学院本科毕业设计（论文）

表1 水印攻击算法时间的比较

2.7 数字水印的评估

(1)峰值性噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio,简称PSNR）

????3?M2max?I2?i,j,k??? 式(2.1) PSNR?10lg?3MM2??1Ii,j,k?Ii,j,k????????????k?1j?1i?1? 式中，I表示大小为M?M?3的原始图像，I1表示水印图像。

(2)相关系数（Normalized Correlation,简称NC）:为了将原始水印信号与提取出来的水印信号进行比较，可通过计算他们的比值来比较两者间的相似度，若比值等于1则两者完全一样，1接近表示两者相似，对于鲁棒性水印要求在信号失真的情况下依然能得到最大的相关系数NC,评价式为:

NC??W?i??W?i?1i?1n?W?i?2i?1n 式(2.2)

式中，W表示长度为n的原始水印信息，W1表示提取水印信息。

第 11 页

西安文理学院本科毕业设计（论文）

2.8 数字水印的应用

2.8.1 数字水印在数字产品防伪中的应用

数字水印的基本思想是在原始媒体数据中附加信息作为标记，这些信息与原始数据紧密结合，并随之一起被传输。在接收端，通过计算机水印信号被提取出来用于数字签名、数字指纹、广播监视、内容认证、拷贝控制和秘密通信等。数字水印被视作抵抗多媒体盗版的“最后一道防线”。

1） 版权保护

最早提出数字水印的概念与方法是为了进行多媒体数据的版权保护。随着计算机和互联网的发展，越来越多的艺术作品、发明或创意都开始以多媒体数据的形式表达，比如用数码相片，用数字电影，用MP3 播放器听音乐，用计算机绘画等等。所有活动所涉及的多媒体数据都蕴含了大量价值不凡的信息。在科技发达的今天，篡改、伪造、复制和非法发布原创作品变成了一件轻而易举的事情。

数字水印正好是解决这类“ 版权问题”的有效手段。比如以前的画家用印章或签名标签作品的作者，那么今天他可以通过数字水印将自己的名字添加到作品中来完成著作权的标签。同样，音像公司也可以把公司的名字、标志等信息添加到出版的磁带、CD碟片中。这样通过跟踪多媒体数据中的数字水印信息来保护多媒体数据的版权。

2） 真伪认证

除了在版权保护方面的应用，数字水印技术印刷品、电子文档等的真伪认证上面也有很大的用途。例如对政府部门签发的红头文件，文件认证的传统方法是鉴别文件的纸张、印章或钢印是否符合规范和标准，但其缺点是无论纸张、印章或钢印都容易被伪造。

使用数字水印技术则可以有效解决这个问题,可以将数字水印作为信息载体，把某些信息添加到红头文件中，使得文件不仅有印章或钢印，而且有难以察觉的数字水印信息，从而大大增加了文件被伪造的难度。

3) 拷贝保护

数字产品的拷贝问题是其面临的根本问题。数字水印可以用来说明数字产品的数据被拷贝的情况，从而控制数据被拷贝的或者限制拷贝的次数，以此来实现保护。

第 12 页

西安文理学院本科毕业设计（论文）

比如CD数据盘中秘密的数字水印信息可以有条件的控制什么样的人可以访问该CD盘中的内容。

4） 安全通信

数字水印技术还可以应用于信息的安全通信。由于人们很难觉察到数字水印信息在多媒体数据中的存在，某些重要信息在传输的过程中就可以隐藏在普通的多媒体数据，从而避开第三方的窃听和监控。

5) 数字指纹

为避免数字作品未经授权被拷贝和发行，版权所有人可以向分发给不同用户的作品中嵌入不同的水印以标识用户的信息，该水印可根据用户的序号和相关的信息生成，一旦发现未经授权的贝，就可以根据此拷贝所恢复出的指纹来确定它的来源。

6) 认证和完整性校验

通常采用脆弱水印，对插入了水印的数字内容进行检验时，须用惟一的与数据内容相关的密钥提取出水印，然后通过检验提取出的水印完整性来检验数字内容的完整性，其优点在于认证同内容密不可分，因此简化了处理过程。

7) 访问控制

利用数字水印技术可以将访问控制信息嵌入到媒体中，在使用媒体之前通过检测嵌入到其中的访问控制信息，以达到访问控制的目的，它要求水印具有很高的稳健性。

8） 信息隐藏

数字水印可用于作品的标识、注释、检索信息等内容的隐藏，这样不需要额外的带宽，且不易丢失。

另外，数字水印技术还可以用于隐蔽通信，这将在国防和情报部门得到广泛的应用。

2.8.2 数字水印在数字产品防伪中的优势

数字水印与其他的印刷品防伪技术相比，有其一些特殊的优势，主要体现在以下几个方面：

1、制作成本低。无需要特殊材料，不改变原有的生产流程，不增加成本，即可达到防伪的目的。

第 13 页