基于MATLA 的DCT域数字水印技术实现

　　数字作品的便利性和不安全性是并存的， 它可以低成本、高速度地被复制和传播，为创造者和使用者都提供很大的便利，但也暴露出数字产品的版权保护以及信息传输过程中的数据安全问题。 传统的加密方法对多媒体内容的保护和完整性认证具有一定的局限性，加密方法只用在通信的信道中，一旦被解密，信息就完全变成明文。 数字水印技术是近年来兴起的一种有效的数字产品版权保护和数据安全维护技术，它将具有特定意义的标记，利用数字嵌入的方法隐藏在数字图像、声音、文档等数字产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，同时通过对水印的检测和分析来保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。

　　1 数字水印典型算法及评价标准

　　1.1 目前典型的图像水印算法

　　目前典型的图像水印算法有空域算法， 变换域算法，压缩域算法，NEC 算法，生理模型算法。

　　变换域算法，变换域的数字图像水印技术往往采用类似于扩频图像的技术来隐藏水印信息。 基于常用的图像变换（基于局部或是全局的变换），如离散余弦变换 （DCT）、离散小波变换 （DWT）、傅氏变换 （DFT 或 FFT）等 。 变换域算法的隐藏和提取信息操作复杂，隐藏信息量不能很大，但抗攻击能力强，很适合数字作品版权保护的数字图像水印技术中。

　　空域算法，该类算法中典型的水印算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位上，这可保证嵌入的水印是不可见的。 但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏。 另外一个常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。 较早的数字图像水印算法都是空间域上的，空域水印处理使用各种各样的方法直接修改图像的象素，将数字图像水印直接加载在数据上。 空间域水印算法的最大优点就是具有较好的抗几何失真能力，最大弱点就在于抗信号失真的能力较差。

　　1 数字水印典型算法及评价标准

　　1.1 目前典型的图像水印算法

　　目前典型的图像水印算法有空域算法， 变换域算法，压缩域算法，NEC 算法，生理模型算法。

　　变换域算法，变换域的数字图像水印技术往往采用类似于扩频图像的技术来隐藏水印信息。 基于常用的图像变换（基于局部或是全局的变换），如离散余弦变换 （DCT）、离散小

　　波变换 （DWT）、傅氏变换 （DFT 或 FFT）等 。 变换域算法的隐藏和提取信息操作复杂，隐藏信息量不能很大，但抗攻击能力强，很适合数字作品版权保护的数字图像水印技术中。

　　空域算法，该类算法中典型的水印算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位上，这可保证嵌入的水印是不可见的。 但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏。 另外一个常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。 较早的数字图像水印算法都是空间域上的，空域水印处理使用各种各样的方法直接修改图像的象素，将数字图像水印直接加载在数据上。 空间域水印算法的最大优点就是具有较好的抗几何失真能力，最大弱点就在于抗信号失真的能力较差。

　　1.2 图像水印评价标准

　　1.2.1 PSNR

　　在图像处理中 ， 通常采用峰值信噪比 ， 即 PSNR （Peak Signal-to-Noise Ratios）值来度量嵌入水印的能力 ，其值越高 ，

　　透明性越好。 其公式为：

　　PSNR=10log10MN max［max（I 2）］（1）

　　i=M j=N

　　ΣΣ［I（i，j）-I′（i，j）］2

　　i=1 j=1

　　收稿日期：2012-03-14 稿件编号：201203111

　　作者简介：高景山（1987—），男，陕西宝鸡人，硕士研究生。 研究方向：信号与信息处理，微弱信号检测。

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　　《电子设计工程》2012 年第 10 期

　　式中，I 代表原始图像，I′表示含水印图像。

　　1.2.2 NC

　　通常用相关系数 ，即 NC （Normalized Correlation）来计算提取的水印图像与原始水印图像之间的相似性，其计算公式如下：

　　i=M j=N

　　ΣΣW（i，j）W′（i，j）

　　NC=i=1 j=1 （2）

　　i=Mj=N

　　ΣΣW（i，j）2

　　i=1 j=1

　　式中，W 表示原始水印图像，W′表示提取出的水印图像。 NC 值越大 ，水印信息与原始水印相似程度就越好 ，算法的鲁棒性就越强。 将计算得到的 NC 值精确到 0.01，当提取水

　　印的 NC 值在大约 0.75 以下时 ， 文中认为水印不可辨认 ；提取水印的 NC 值在 0. 75 到 0. 8 之间 ， 水印需仔细察看才能辨认出 ； 大概 0.8 以上就可以轻松辨认出水印 ；NC 值达到 0.85 以上时，水印质量较好。