[发明专利]基于韦布尔模型的DCT直流系数上图像水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在DCT直流系数上嵌入及检测水印的方法，属于信息隐藏技术领域。

背景技术

离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，简称DCT)在科学和工程中有大量应用。以图像和视频为例，在静止图像编码标准JPEG和运动图像编码标准MPEG中都使用了离散余弦变换。在数字图像水印领域，人们对DCT直流系数的重视程度不如对交流系数，一个重要因素是普遍采用的模型无法对DCT直流系数建模，比如一般高斯分布或柯西分布等都是双边分布的模型，而DCT直流系数是非负的，数据分布在原点的右侧。由于绝大多数水印攻击的结果是造成交流系数的失真，即干扰图像的细节，而直流系数代表图像的平均亮度一般不会被大幅度改变，因此，直流系数上的水印方案天然具有较强的鲁棒性。

在检测阶段不需要原始图像的水印算法称为盲水印算法。两个有代表性的盲水印技术是量化索引调制(Quantization Index Modulation，简称QIM)与最大似然(Maximum Likelihood，简称ML)检测方法。目前利用DCT直流系数的水印算法主要是基于量化索引调制的方法。量化索引调制技术的优势是能够嵌入大量数据，但是该技术的鲁棒性取决于量化星座图上两个量化点的最小距离因此鲁棒性一般不如基于最大似然检测的方法；同时研究发现QIM会改变水印载体的某些统计特性，比如图像的梯度能量、直方图特征以及小波统计特征等，容易暴露水印的存在。而基于最大似然检测的方法采用扩谱通信技术将水印信号散布于载体信号中，几乎不改变载体信号的统计特性。

综上所述，为了在DCT直流系数上应用基于最大似然检测的方法，本发明采用韦布尔分布对直流系数建模，提出了一种满足鲁棒性和透明性要求的水印算法。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于韦布尔模型的DCT直流系数上图像水印方法，在保证水印透明性的同时具有较好的鲁棒性，并且是一种盲水印方法。

技术方案：一种基于韦布尔模型的DCT直流系数上图像水印方法，水印信号采用扩谱通信中的伪随机序列，序列项在集合{-1,1}中取值。在水印嵌入阶段，对图像中不重叠的8×8图像块逐块进行离散余弦变换(DCT)，将水印信号按乘法规则嵌入所有DCT块的直流系数中，嵌入强度根据图像块的类型决定以满足水印不可见性的要求，本发明根据方差大小将图形块分成强纹理块和弱纹理块。对嵌入水印后的所有DCT块实施离散余弦逆变换得到水印图像；在水印提取阶段，对水印图像中不重叠的8×8图像块逐块进行离散余弦变换(DCT)，选取所有DCT块的直流系数，按韦布尔模型建模并估计模型参数，利用特定检测器进行水印检测。

本发明的水印嵌入采用乘法规则，即

y_i＝x_i(1+λ_iw_i)   (1)

其中x_i,y_i,i＝1,2,…N分别指原始和受攻击的DCT直流系数，N指系数个数，w_i是水印信号，λ_i控制水印强度。采用乘法规则嵌入水印的优势是：当缺少合适的人类视觉模型(HVS)时水印仍是基于图像内容的。即被调制的水印信号的强度与DCT直流系数的大小正相关，这符合韦伯定律(Weber’s law)。

本发明的水印检测采用最大似然检测技术，该技术属于信号检测范畴，广泛应用于通信工程中，从通信的角度看待数字水印技术，可以将水印的传送理解为发送方以数字媒体作为水印的载体，将水印传递到接收方，其间嵌入水印的数字媒体经受的各种蓄意或无意的数字信号处理(对水印的攻击)好比通信中信号在信道中受到的干扰，水印的检测就是从失真的数字媒体中判定原始水印是否存在的技术。利用信号检测的有关理论我们可以推导出检测器的形式，实验发现局部最优检测器(Locally Optimum Detection，简称LOD)的性能在存在水印攻击时优于一致最强检测器(Uniformly Most Powerful，简称UMP)。对于韦布尔模型来说，推导出的LOD检测器是