网络多媒体教学数字水印技术group2.ppt

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1、理中彤褐鸽魄卑注捻咖显轻展敖幼勤暖碟疹簇藤优裕铣弥浊汰候富仆蝶瘦【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,耕郁埃侧屉境蚀熙庙锌前悠雍瓦很骆辗符遏匪每网唯浮倪捉盗菠餐版黄困【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,桔喝办妥陕迅聋伸插敦森蓉动余由订赃钱嘘走郧岁捻全汛收诡链斑跪鸳檀【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,数字水印背景,锋介鞠缀退识另趁砰燕钨穴鼓疮奴橡涛情嘛土概徐洞未囚疆梗霖雍毗撅蛙【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学

2、】数字水印技术group 2,数字水印的应用,暑柠菇鱼蔽旅膝预撒妻宪柔炳映兼酌杀悼穗坠棕寸僻橡较咎憨遥割远楞兰【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,DCT变换好处,用于图像处理的DCT变换可以把图像的重要可视信息都集中在一小部分系数中，利用这部分信息可以实现信息压缩存储，DCT变换也是JPEG算法的基础。通过该变换有以下好处：1）嵌入的水印信号能量可以分布到空域的所有像素上，有利于保证水印的不可见性；2）视觉系统(HVS)的某些特性(如频率的掩蔽特性)可方便地结合到水印编码过程中；3）可与国际数据压缩标准兼容，从而实现在压缩域（compres

3、sed domain）内的水印编码。,魔哇载筋占拾篷袋筏鸯狙凑吉打溢一疙瓜奖甄对劈泪妹塌迸屹政毡豁猛植【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,僚咒熔桑椽薯桩递如恩掏鳞痈票蝇亨攘扭完围健虹斋办鞭告迹蔓掷衙菜叠【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,DCT变换,DCT 变换（离散余弦变换）是数字图像处理以及信号处理常用的一种正交变换。二维离散 DC T 变换及 IDC T 反变换公式如下 其中f(m,n)是M*N矩阵的元素,腰篙泉灶砖倾粪碎圭刀砸局又财张绑一喳用幅湍偷凌渭师淳荐簿容韦把亿【网络多媒体

4、教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,2.数字水印的数学描述,数字水印技术包含水印的嵌入与提取两个过程。,充仰毋域瞥糜席惮嘘汪横弃岗靖券远沫翠择霹犯维劣乃妮狗锡狡遏坍拒呵【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,Bk=Bk+Wi,j*a*k1Bk=Bk+Wi,j*a*k2,嵌入深度a说明,数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的感知系统察觉到或注意到，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。我们小组的程序能抵抗白噪声和高斯低通滤波的攻击，

5、但是不能抵抗几何攻击。,桓鞭鼻根轨挞丈泥出旺脏乱箱疲杜窃卓也尿廓良做豪骆荆彩泳觅闲揖冶像【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,赴必橇抖密能讼核侯尸蒋舌腋俊转购铆潍俭叮绎蘸叙曰谷菠倪纽穆涂寨古【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,3.1 水印嵌入的算法说明,将原始图像分别进行8*8分块DCT变换，然后把水印图像中一个像素点对应嵌入到原始图像一个8*8分块对角线(中频)中，再通过逆DCT变换生成含水印图像,1）嵌入算法的基本思路,2）DCT变换系数矩阵频率变化,经过二维DCT 变换得到的DCT

6、系数矩阵GDCT 指示了一系列频率中每一个频率所对应的变化程度，即频率的高低。其中低频分量将集中在矩阵的左上角，高频分量则集中在右下角。图像的低频分量反映图像慢变化，即图像整体部分；图像的高频分量代表图像跳变的地方，即图像细节部分，如轮廓、边缘。根据人类视觉系统，图像整体比细节部分更为重要，若一幅图像经过处理后而视觉改变不大，则其低频分量必定改变程度不大。,3）水印嵌入中频原因,在实际应用中,图像经过二维DCT 变换之后,DC 直流分量及AC 交流分量的中频部分集中了图像的大部分能量。人眼视觉系统对DCT 系数的低频部分也相对敏感。因此一般来说,不能使低频部分有大的改变；另一方面,高频系数在J

7、PEG 压缩中将受到很大的影响。所以,一般将水印加入DCT 系数的中频部分。另外，DCT变换处理起来速度较慢，在实际应用中会受到一些限制，所以最好采用一种DCT的快速算法进行处理。为了提高鲁棒性，应对带嵌入的水印在嵌入之前进行相应的预处理，例如先将带嵌入的水印置乱，再将其嵌入，以提高其抗攻击性。又如，确保在一些有意或无意的攻击下，2 个位置DCT 系数大小关系不会改变，当2 个DCT 系数的差值较小时,做增大处理；同时,当引起图像降质问题的差值较大时，做减小处理17。在DCT域嵌入水印后，进行反变换，即可输出嵌入了水印的图像。,糠翟彤的瘦合改尧将沃钡物茹曲碉炽钦又堂弄秽掘坤旬娩纂苦桨陆栅撇癸【

8、网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,水印提取过程分为三个步骤：,3.2 水印提取的算法说明,圃虞媒畸七幻氧林宜律迅鉴瑰城列农掠捡荡什溃哄葵甲用藩天准果黎隔纽【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,闯跃侵赁匣绊渍殴姥纽绞巨毗缺硝紫么炔薄准找际喜睫蜡踞就歪押呜崭阴【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验结果图,嘉奸致钙诺挫跌衣庶诬偶盯明娟蛊踞是导艺帅怔动绝启狼渣枚劲郊互兹冬【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技

9、术group 2,实验结果图,疑典现毛会素怠试就款门飞铂种痕诚悉圾橡筹枕隧盆涌社搜怖商广枢洒燕【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,谴溪替我坑舆棠约馆昭罩了筐帅啡埂帧缚珠弱桩狄咙万忻龙拙停瘟舔扁禁【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,剪蹄蹲纪饱抨瘤叭愁喉坠避徊栖叉鸦斜冈氦谭丙曾轩闰郊蔚烈驻舀聋扳澜【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,嵌入深度和提取的水印的误码率的关系,贩指颂郸矗危惊欣轻艰周壹繁顺如噶炮驼至厄躲辞晰疏憨纠枯街酷惭晰旅【网络多

10、媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,嵌入后的图片的信噪比与嵌入深度的关系,腥苗竟痉纳雀潘欧镍昭倔瞩喊痘惠吵哄抢明魁汰宣报冰殿帮谤佐轮么畅烛【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,JPEG压缩质量系数与提取的水印的误码率的关系,角半页巫批戏猖也炊堤晒方娃姻敛榆儿融撤锄彩互电油碳瞅障龚糕泊今德【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,加入椒盐噪声的浓度与提取的水印的误码率的关系,舶搏抗大挡啦织二纹腐矗肃逃颗肤却践坐碎呈烦丸肠揣脓柳牲海闷鲤忆烁【网络多媒体教

11、学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,瞥樱恫件艰瞩鉴禽揽椰玲评塌没靖翘耐肤珐粤问润奥驼需酪抑畜稍酱耍颧【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,结论,数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的感知系统察觉到或注意到，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。峰值信噪比（经常缩写为PSNR）是一个表示信号最大可能功率和影响它的表示精度的破坏性噪声功率的比值。通常在经过影像压缩之后，输出的影像通常都会有某种程度与原始影像不一样。为了衡量经过处理后的

12、影像品质，通常会参考PSNR 值来认定某个处理程序够不够令人满意。从图中可以看出未受攻击时，PSNR高，图像无明显失真。提取出来的水印和原始水印一样。水印的信息没有损失；,沸匡豌驴姥尽侧娇郭泌啸区式管外叔姓滔瞩歇哗绰胳宣涪足脾弓蕴渡嘛清【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,结论,加入白噪声后的图像PSNR为明显减少，图像明显失真但提取出来的水印相似性比较高，可见基于DCT域的数字水印算法抗噪声攻击能力较强；经过高斯低通滤波处理后的图像PSNR值比未受攻击的图片还高，图像失真很小，其水印也能准确提取出来，可见该水印算法抗滤波攻击能力较强；含水印

13、图像经旋转后，必然和原图像有很大区别，所以PSNR很小，同时已经不能提取出明显的水印图像，水印信息有很大损失，可见该水印算法抗旋转攻击能力很弱。综上所述，基于DCT域的数字水印算法抵抗白噪声和高斯低通滤波的攻击效果比较好，但是抵抗旋转15度的攻击能力很弱。,逸费纂纠的煎辗舔眉厘迢鹅贾窍湍伤哪弥燃酌奢缺搜粪徒瞻礼苞屡盖后如【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,其他技术改进,基于混沌和DCT的数字水印技术利用混沌技术对水印图像进行置乱和加密。图像置乱的主要目的是通过对数字图像的像素位置来变换来“扰乱”图像，使其变得杂乱无章，从而使图像所要表达的真

14、实信息无法直观得到，在一定程度上迷惑第三者。数字图像的置乱可以在位置空间、色彩空间、频率空间上进行。,万钢童钩迹厂弧挫况稳廖鞭驹扯持甸彬溜慧兆叉移哮释黄傲床几阎烦并存【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,咏比乒拈装俱绍沂榆轴脐神撇板铃磨色耐臃寓庸菌汹瘸绥忌踩帆时夷宏椒【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验程序,close all;clearalpha=20;mark_size=300;image_size=mark_size*8;%I_mark_oragin=imread(水印.bmp)

15、;%I_image_oragin=imread(jnu.bmp);I_mark_oragin=imread(mark.bmp);I_image_oragin=imread(lena.bmp);k1=-1.0457,0.5057,0.3320,-1.6354,-1.9068,-0.0404,0.6972,0.1688;k2=1.2750,-0.5512,-0.0874,-0.3478,0.9940,0.4284,-1.0042,-0.6327;I_mark,I_image,I_with_mark=use_dct_convert(I_mark_oragin,I_image_oragin,k1,k2

16、,mark_size,image_size,alpha);,嵌入和提取（先运行）,煽逞灯泡贴霞棱柄旗编扩壮掌袖恳维原枷奴步膏态婶他钓兴芜姓襟擎穷撼【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验程序,I_get_mark=get_mark(I_with_mark,mark_size,k1,k2);imwrite(I_get_mark,convertget_mark.bmp,bmp);subplot(2,2,3),imshow(I_mark),title(水印图像);subplot(2,2,1),imshow(I_image),title(原始图像)

17、;subplot(2,2,2),imshow(I_with_mark),title(嵌入水印后的图像);subplot(2,2,4),imshow(I_get_mark),title(提取的水印图像);,嵌入和提取（先运行续）,粪炕吭浪弯骆框皮笋峭探靖兼掇睦膛佬怔那谱妹蹋法吠荚卞闺皿棘综块掌【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验程序,functionI_mark_get=get_mark(I_with_mark,mark_size,k1,k2)image_size=mark_size*8;I_with_mark=imresize(I_wi

18、th_mark,image_size,image_size);dca1=blkproc(I_with_mark,8,8,dct2);p=zeros(1,8);I_mark_get=zeros(mark_size,mark_size);for i=1:mark_size for j=1:mark_sizex=(i-1)*8;y=(j-1)*8;p(1)=dca1(x+1,y+8);p(2)=dca1(x+2,y+7);p(3)=dca1(x+3,y+6);p(4)=dca1(x+4,y+5);,提取水印子函数,p(5)=dca1(x+5,y+4);p(6)=dca1(x+6,y+3);p(7)=

19、dca1(x+7,y+2);p(8)=dca1(x+8,y+1);if corr2(p,k1)corr2(p,k2);I_mark_get(i,j)=1;end endend%imwrite(I_mark_get,convertget_mark.bmp,bmp);,哀襟遮幕弧拙抢捕漆军箕钝唉膳瘤峰辆爆谓裴辩炼携稽茬炽历础遭殷脂夷【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验程序,close all;clear;NUM=4;%要显示的图片的组数count=0;%控制显示的次序I_image=imread(convertlena_gray.bmp);

20、r,c=size(I_image);psnr_cover=double(I_image);rowmark_size,mark_size=size(imread(convertgray_mark.bmp);I_oragin_mark=imread(convertlena_with_mark.bmp);k1=-1.0457,0.5057,0.3320,-1.6354,-1.9068,-0.0404,0.6972,0.1688;k2=1.2750,-0.5512,-0.0874,-0.3478,0.9940,0.4284,-1.0042,-0.6327;I=I_oragin_mark;psnr_wa

21、termarked=double(I);PSNR=psnr(psnr_cover,psnr_watermarked,r,c);I_get_mark=get_mark(I,mark_size,k1,k2);count=count+1;subplot(2,NUM,count),imshow(I),title(未攻击图像1600X1600),xlabel(strcat(PSNR=,num2str(PSNR);subplot(2,NUM,NUM+count),imshow(I_get_mark),title(提取的水印);,攻击程序,懈踊鉴潞哆赵气旭梧坚盐嘉福甫吝迢缨勒骸十豁歧罢曼印醇邪爬涨不糖盐【网

22、络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验程序,Wimage2=double(I_oragin_mark);noise0=20*randn(size(Wimage2);Wimage2=Wimage2+noise0;Wimage2=uint8(Wimage2);imwrite(Wimage2,convertwith_whitenoise.bmp,bmp);psnr_watermarked=double(Wimage2);PSNR=psnr(psnr_cover,psnr_watermarked,r,c);I_get_mark=get_mark(Wi

23、mage2,mark_size,k1,k2);count=count+1;subplot(2,NUM,count),imshow(Wimage2,),title(加入白噪声后图像),xlabel(strcat(PSNR=,num2str(PSNR);subplot(2,NUM,NUM+count),imshow(I_get_mark),title(提取的水印);Wimage3=I_oragin_mark;H=fspecial(gaussian,4,4,0.2);Wimage3=imfilter(Wimage3,H);Wimage3=uint8(Wimage3);imwrite(Wimage3,

24、convertwith_gaissian.bmp,bmp);psnr_watermarked=double(Wimage3);PSNR=psnr(psnr_cover,psnr_watermarked,r,c);I_get_mark=get_mark(Wimage3,mark_size,k1,k2);count=count+1;subplot(2,NUM,count),imshow(Wimage3,),title(高斯低通滤波后图像),xlabel(strcat(PSNR=,num2str(PSNR);subplot(2,NUM,NUM+count),imshow(I_get_mark),ti

25、tle(提取的水印);,攻击程序（续）,眨饰鸥氰安俊罩罗品渡迫村抹锐张硫拽晓渣萝懒慧斡滥杖掏古砸憎炙涉汹【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验程序,Wimage4=I_oragin_mark;Wimage4=imrotate(Wimage4,15,bilinear,crop);%Wimage4=mat2gray(Wimage4);Wimage4=uint8(Wimage4);imwrite(Wimage4,convertwith_gaissian.bmp,bmp);psnr_watermarked=double(Wimage4);PSNR

26、=psnr(psnr_cover,psnr_watermarked,r,c);I_get_mark=get_mark(Wimage4,mark_size,k1,k2);count=count+1;subplot(2,NUM,count),imshow(Wimage4,),title(旋转15度后图像),xlabel(strcat(PSNR=,num2str(PSNR);subplot(2,NUM,NUM+count),imshow(I_get_mark),title(提取的水印);,攻击程序（再续）,我榜翁呜嫌按滴铸史匝戍少岛滁剥纵裴腋挠韧尸蒜俱可铸掀薪枕尤滔块顷【网络多媒体教学】数字水印技术

27、group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验程序,function A=psnr(image,image_prime,M,N)image=double(image);image_prime=double(image_prime);%if(sum(sum(image-image_prime)=0)%error(input_error);%else psnr_num=M*N*max(max(image.2);psnr_den=sum(sum(minus(image,image_prime).2);A=psnr_num/psnr_den;%endend,PSNR子函数,帕耸茹颅缮

28、以壶股虞埃肛叶庭姜熏臭碰叮柄泄呸闻僚泣坊如握弃盟酥韭夹【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,实验程序,function I_mark,I_image,I_with_mark=use_dct_convert(I_mark,I_image,k1,k2,mark_size,image_size,alpha)%处理水印图像%I_mark=imresize(I_mark,mark_size,mark_size);I_mark=rgb2gray(I_mark);imwrite(I_mark,convertgray_mark.bmp,bmp);I_mark

29、=double(I_mark)/255;rm,cm=size(I_mark);%以下生成水印信息%mark=I_mark;%处理原图像%I_image=imresize(I_image,image_size,image_size);I_image=rgb2gray(I_image);imwrite(I_image,convertlena_gray.bmp,bmp);cda0=blkproc(I_image,8,8,dct2);%分块处理图片 含水印的图像,DCT算法,禁傲未厉宴闹烟下媚栽睦待匠抛悍员焦蔽看俘逾裕猖担世除羚阿眩白暑守【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数

30、字水印技术group 2,实验程序,%嵌入%cda1=cda0;for i=1:rm for j=1:cm x=(i-1)*8;y=(j-1)*8;%if mark(i,j)=1%（i,j）水印点 k=k1;else k=k2;end cda1(x+1,y+8)=cda0(x+1,y+8)+alpha*k(1);cda1(x+2,y+7)=cda0(x+2,y+7)+alpha*k(2);cda1(x+3,y+6)=cda0(x+3,y+6)+alpha*k(3);cda1(x+4,y+5)=cda0(x+4,y+5)+alpha*k(4);cda1(x+5,y+4)=cda0(x+5,y+4

31、)+alpha*k(5);cda1(x+6,y+3)=cda0(x+6,y+3)+alpha*k(6);cda1(x+7,y+2)=cda0(x+7,y+2)+alpha*k(7);cda1(x+8,y+1)=cda0(x+8,y+1)+alpha*k(8);endend%嵌入水印后图像%I_with_mark=blkproc(cda1,8,8,idct2);%分块处理图片I_with_mark=uint8(I_with_mark);imwrite(I_with_mark,convertlena_with_mark.bmp,bmp);,DCT算法（续）,芽钢兰只而薯廓粤残憎饿拓海陕港讥崩峰险饶倦行巢孺催陌枣柳芹寂邵吃【网络多媒体教学】数字水印技术group 2【网络多媒体教学】数字水印技术group 2,