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基于模糊理论和小波变换的数字水印算法

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基于模糊理论和小波变换的数字水印算法. 导师:师黎 姓名:牛晓可. 汇报内容. 引言 模糊系统的设计 水印的嵌入和提取 仿真实验 结论. 1.1 选题意义. 1 引言. 数字水印通过将数字序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中,确定产品的所有权或校验其内容的原始性,以起到版权保护的作用。 自然界经过数亿年的长期进化使得动物的视觉系统成为目前已知的功能最完备、机制最优秀的信息处理系统之一。视觉的生物组织,外部客体的特征以及成像过程均具有层次结构,因此,视觉表象能以多种尺度把图像的性质表达清楚。. 1.2 整体思路. 1 引言.

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Presentation Transcript
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汇报内容
  • 引言
  • 模糊系统的设计
  • 水印的嵌入和提取
  • 仿真实验
  • 结论
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1.1选题意义

1引言

  • 数字水印通过将数字序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中,确定产品的所有权或校验其内容的原始性,以起到版权保护的作用。
  • 自然界经过数亿年的长期进化使得动物的视觉系统成为目前已知的功能最完备、机制最优秀的信息处理系统之一。视觉的生物组织,外部客体的特征以及成像过程均具有层次结构,因此,视觉表象能以多种尺度把图像的性质表达清楚。
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1.2 整体思路

1引言

  • 视觉系统对低频不敏感,因此可以在低频尺度加入水印信息,提高视觉效果;D.Marr给出了由Gauss函数的二阶微分组成的算子,但这个算子积分值不为零,不能成为模拟视觉特性的算子,在小波变换出现后,可以将视觉表像的尺度作统一的数学描述;
  • 由于图像的光滑、边缘和纹理等特征的定义存在模糊性,人类视觉也存在模糊性,因此在水印嵌入过程中可引入模糊理论,它对时变的、非线性的、无法获得精确数学模型的复杂系统能够达到很好的控制效果。
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1.3主要内容

1引言

提出一种基于模糊理论和小波变换的数字水印算法

  • 模糊系统的设计,以图像块的熵和标准差为系统的输入参数,通过选择合适的输入输出隶属度函数、制定合理的模糊规则,最终输出具有一定连续性的水印嵌入强度。
  • 水印的嵌入和提取,通过小波变换和逆变换的方法进行水印的嵌入和提取。
  • 仿真实验,设计仿真实验证明算法的有效性,同时与传统算法(离散余弦变换,DCT)的仿真结果作对比。
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2模糊系统的设计
  • 以图像块矩阵熵值和标准差值作为输入参数,隶属度函数采用高斯函数。
  • 以图像块的水印嵌入强度为输出结果,隶属度函数采用三角函数。
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2模糊系统的设计
  • 输入参数1: 图像块熵值En(Bk),En(Bk)的语言变量词集为{smooth,odn, rough }, 依次表示为平滑、 一般、 粗糙。
  • 输入参数2: 图像块标准差值 Std(Bk), Std(Bk)的语言变量词集为{flat,texture, edge },依次表示为平滑、 纹理、边缘。
  • 输出结果:图像块的水印嵌入强度α,α的语言变量词集为{vs,s,b,vb},依次表示为最弱、弱、强和最强。
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2模糊系统的设计
  • 根据人类视觉系统的纹理掩蔽特性,建立模糊规则如下:
    • if (En(Bk) is smooth) and (Std(Bk) is flat) then (αis vs );
    • if (En(Bk) is odn) then (αis s );
    • if (En(Bk) is rough) and (Std(Bk) is edge) then (αis b);
    • if (En(Bk) is rough) and (Std(Bk) is texture) then (αis vs )。
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3水印的嵌入和提取

3.1 水印的嵌入

  • 对载体图像进行分块,计算每一块的熵值 En和标准差 Std;
  • 执行模糊推理运算,以熵值 En和标准差 Std为输入参数,求取该图像分块的水印嵌入强度 αk;
  • 对载体图像进行小波变换(DWT),选取低频系数嵌入水印, 其嵌入强度定为该图像块的嵌入强度αk;
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3水印的嵌入和提取
  • 采用乘法公式在低频系数上进行水印的嵌入:

其中Io(i,j)表示原始图像低频小波系数,ak表示嵌入强度,w(i,j)表示水印图像的像素值, Iow(i,j)设为水印载体图像的低频小波系数。

  • 对图像进行IDWT,得到嵌入水印后的载体图像,称为水印载体图像。
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3水印的嵌入和提取

3.2 水印的提取

  • 对水印载体图像进行DWT,获取载体图像小波系数;
  • 基于小波系数原值、载体图像小波系数和水印的嵌入强度在低频子带上提取水印,公式为:
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4 仿真实验
  • 以512×512大小的Lena头像为载体图像,64×64 大小的MCK商标为水印图像进行仿真实验。
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4 仿真实验
  • 实验1:分别使用基于模糊系统和小波变换的数字水印算法和传统算法(离散余弦变换,DCT)对同一幅载体图像嵌入相同强度的水印,并比较它们的结果。
  • 实验2:对使用基于模糊系统的小波数字水印算法对水印载体图像进行恶性攻击,如剪切、加噪等,然后再从中提取水印,并计算它与原始水印图像的互相关系数,以此来证明算法的鲁棒性。
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4仿真实验
  • 图像多尺度分解的结果
  • 图像进行三层分解,在第三层的低频部分加入水印信息。
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实验1结果:

4 仿真实验

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实验2结果:

4 仿真实验

原水印图像与提取水印

图像互相关系数0.9833

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实验2结果:

4仿真实验

原水印图像与提取水印

图像互相关系数0.8645。

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5结论
  • 基于模糊理论与小波变换的数字水印算法,由于加入了符合视觉特性的模糊算法,与传统算法相比,该算法进一步增强了水印的透明性以及隐蔽性。
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依据视觉系统对低频信息不敏感的特性,将视觉系统对外界自然图像的尺度变换引入图像的水印处理中,增强了水印载体图像视觉效果。依据视觉系统对低频信息不敏感的特性,将视觉系统对外界自然图像的尺度变换引入图像的水印处理中,增强了水印载体图像视觉效果。
  • 当图像受到磨损、剪切等恶意攻击时,该算法具有良好鲁棒性,仍然能够正确提取水印。
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6.参考文献
  • 石朝春. 基于模糊聚类和小波变换的水印算法研究. 重庆大学硕士学位论文.2011
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谢谢

请老师和同学指正

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