数字水印技术变换域算法PPT课件

1,第七章数字水印技术变换域算法,1,2,水印技术,从加载方式上分类空间域水印：直接在载体数据上加载水印信息LSB算法拼凑算法变换域水印：载体数据经过变换后添加水印信息NEC算法,2,3,内容,变换域算法：NEC算法设计原理算法描述程序代码性能分析,4,背景介绍,NEC算法（COX算法/基于扩频技术的算法）,5,NEC算法的原理,在DCT变换域嵌入水印考查DCT变换域中什么位置适合嵌入水印？,6,DCT变换,I=imread(lena.bmp);J=dct2(I);,256*256灰度图像lena,7,变换域:DCT变换系数,DC系数AC系数：低频系数、中频系数、高频系数,1,2,256,:,1,2,256,8,修改DC系数对视觉的影响,DC=DC(1+5%),9,修改DC系数对视觉的影响,DC=DC(1+25%),10,修改DC系数对视觉的影响,DC=DC(1+50%),11,修改低频AC系数对视觉的影响,ACL=ACL(1+5%),12,修改低频AC系数对视觉的影响,ACL=ACL(1+25%),13,修改低频AC系数对视觉的影响,ACL=ACL(1+50%),14,修改中频AC系数对视觉的影响,ACM=ACM(1+5%),15,修改中频AC系数对视觉的影响,ACM=ACM(1+25%),16,修改中频AC系数对视觉的影响,ACM=ACM(1+50%),17,修改高频AC系数对视觉的影响,ACH=ACH(1+5%),18,修改高频AC系数对视觉的影响,ACH=ACH(1+25%),19,修改高频AC系数对视觉的影响,ACH=ACH(1+50%),20,NEC算法的原理,考查DCT变换域中什么位置适合嵌入水印？从水印不可见性考虑将水印嵌入DCT变换域的AC高频系数从水印鲁棒性考虑将水印嵌入什么位置？,21,压缩攻击对AC系数的影响,压缩的哪一步会造成图像数据的损失？,22,压缩攻击对AC系数的影响,除以量化系数，取整,含水印图像：,23,压缩攻击对AC系数的影响,将水印嵌入“经量化后被保存的DCT变换域系数”可以抵抗压缩攻击,24,NEC算法的原理,考查DCT变换域中什么位置适合嵌入水印？从水印不可见性考虑将水印嵌入DCT变换域的AC高频系数从水印鲁棒性考虑将水印嵌入DCT变换域的DC系数或AC低频系数,25,NEC算法的原理,为了解决水印不可见性和鲁棒性的矛盾，COX等人通过类比通信中的扩频技术，将水印信息嵌入到图像的AC低频系数，产生了第一个基于扩频思想的数字水印算法。,26,如何添加水印？,27,扩频通信,扩展频谱通信（spreadspectrumcommunication）起源于通信系统，其理论基础来源于信息论和抗干扰理论是一种信息传输方式，其信号所占有的频带带宽远大于信息必需的最小带宽，以此来改善通信质量，保持可靠通信,28,NEC算法的原理,原始图像的频域看作通信信道，水印看作通过信道传输的信号，利用扩频通信原理，将1bit水印分布在图像的多个感知重要频域系数（DCT变换域的AC低频系数）中，加在每个频域系数上的信号能量很小且不可随意检测；水印检测时，需要知道水印的位置和内容，将许多虚弱的信号集中起来得到水印。,29,NEC算法描述,水印的产生将1bit水印扩展成能量小的水印序列产生一个长度为N的随机序列W作为水印信息,30,NEC算法描述,水印的嵌入对图像数据进行二维DCT变换寻找最大的N个DCT系数X用来携带水印信息根据下式得到含水印的DCT系数SSi=Xi(1+Wi)，其中W是水印，是尺度因子，用于控制水印的嵌入强度嵌入强度越大，水印鲁棒性越强，但不可见性越差进行二维逆DCT变换，并将像素灰度值进行截断使其值位于0,255之间，从而得到含水印图像,31,复习,NEC算法流程,水印嵌入DCT低频系数水印嵌入强度固定,Si=Xi(1+Wi),32,NEC算法描述,水印的提取对接收到的可能含有水印的图像和原始图像做DCT变换找到可能含有水印信息的N个DCT系数，根据下式提取水印信息WWi=(Yi-Xi)/Xi，其中Y是可能含有水印信息的n个DCT系数,33,NEC算法描述,水印的检测通过下式计算原始水印W与提取水印W之间的相似程度sim(W,W)然后将sim(W,W)与预先设定的阈值进行比较，判断水印的存在与否。阈值可以通过实验的方法获得，也可以通过一些统计和假设的方法获得,34,35,NEC算法实现,%文件名:COX_Embed.m%函数功能：将均匀分布的随机序列(水印信号)按照cox扩频方法嵌入到载体图像的DCT系数中%格式:J=COX_Embed(I,W,alpha,N)%参数说明：%I:原始图像矩阵%W:水印信息%alpha:水印强度%N:嵌入水印长度%J:嵌入水印图像矩阵,36,提示,index=FindNLargest(A,N);%index寻找到的A中最大N个值的坐标,index(1,:),行坐标;index(2,:),列坐标,37,NEC算法：嵌入算法,functionJ=Cox_Embed(I,W,alpha,N)m,n=size(I);If(m*n0100-1001-1101-1010-1110-0011-0111-0,69,实例,假设开始只有一个细胞状态为1，下面给出这个串随时间的变化情况，这里“.”表示0。细胞自动机有很多好的特性，包括自组织性、行为像人性等。,70,基于投票规则的细胞自动机,基于投票规则的细胞自动机:状态:0或1邻居:中心的3*3邻居规则:计数p表示中心的3*3邻居中1的个数（包括中心本身）,ifP5,中心设置为0,否则设置为1,71,水印生成步骤,72,种子：3.4,73,水印结构特点,自动产生的灰度图像对初值敏感具有不可逆性类似密码学中的Hash函数,74,水印算法,水印可以嵌入DCT或小波低频系数嵌入公式（水印生成和嵌入策略互不关联）：E（image）=IDCT(DCT(image)+