量化水印(有源代碼,絕對可以實現(xiàn))VIP

1、 量化水印 量化水印背景知識在數(shù)字水印中，我們知道，設計的水印算法有時要對保真度、魯棒性等主要性能進行折中，而從保真度和魯棒性這兩個基本的特征出發(fā)，要求水印嵌入后滿足以下兩個條件：從保真度出發(fā)，要求水印嵌入后，有水印的載體數(shù)據(jù)與原始載體數(shù)據(jù)近似相等。從魯棒性出發(fā)，要求嵌入水印后的載體數(shù)據(jù)具有非連續(xù)性，以確?？梢詫垢蓴_。最初將量化運用于水印，就是為解決這方面的問題而出發(fā)的。從數(shù)學的角度來看，量化可以表示如下：Y=fstep(x)=step*x/step=step*round(x/step)式中，x是待量化的數(shù)據(jù)，step是量化步長，Y是量化結(jié)果；和round均表示進行四舍五入取整；fstep(

2、 )是量化函數(shù)。顯然，量化函數(shù)fstep( )是一個多對一函數(shù)，是不可逆的，因此量化一般運用于不可逆水印，而且，由于量化結(jié)果均為整數(shù)，因此輸出為離散值，并且誤差滿足|Y-x|<=step/2，即在量化步長step不是特別大的情況下，Y與x是近似相等的，所以量化滿足上述兩個條件，可以運用于數(shù)字水印中。量化水印的算法設計量化水印系統(tǒng)的關鍵在于選擇實時可行的量化器集合，將不同的待嵌入的水印信息與不同的量化器相對應起來，然后用相應的量化器將載體數(shù)據(jù)進行量化，就可以得到含有水印的載體數(shù)據(jù)。由于大多數(shù)情況下，水印信息都是二進制的，因此下面以研究如何嵌入二進制水印信息為例來進行說明。二進制信息中，有0

3、和1兩種不同的數(shù)據(jù)，因此，需要兩個不同的量化器，分別用A和B來表示。假設當發(fā)送水印信息為0時，用量化器A來對載體數(shù)據(jù)進行量化；當發(fā)送水印信息為1時，用量化器B來對載體數(shù)據(jù)進行量化，這樣就可以得到兩組不同的量化數(shù)據(jù)。在量化器中，量化器選擇與原始載體數(shù)據(jù)最接近的數(shù)據(jù)來代替原始載體數(shù)據(jù)，從而保證不可感知性，即保真度；而且，A、B兩個量化器之間的數(shù)據(jù)沒有重疊，從而保證不同水印數(shù)據(jù)的不連續(xù)性，即使得水印系統(tǒng)具有一定的魯棒性。提取水印時，根據(jù)待檢數(shù)據(jù)與不同量化數(shù)據(jù)之間的距離，就可以恢復出嵌入的信息。一種常用的二進制量化水印算法可以用公式表示如下： Q(x,s)+s*3/4 , w=1 Y= Q(x,s)+

4、s*1/4 , w=0式中，s代表量化步長，w表示水印信息，x表示原始載體數(shù)據(jù)，Q(x,s)是量化函數(shù)，Y是量化后的數(shù)據(jù)。Q(x,s)可如下表示 Q(x,s)=floor（x/s）*sfloor（）表示向下取整函數(shù)。水印提取過程，可以用如下公式來表示： 1 , 如果 Y - Q(x,s) > s/2W= 1 , 如果 Y - Q(x,s) < s/2 可見，只要干擾對Y的攻擊在（-s/4,s/4）的范圍內(nèi)，嵌入的水印信息就可以正確的提取。上式中，s越大，水印系統(tǒng)魯棒性越好，但是保真度會越差，這也從一個方面說明，魯棒性和保真度這兩個特性是互相矛盾的；當s=2時，如果是在時域進行量化，

5、相當于LSB算法。 量化水印算法根據(jù)水印嵌入位置不同，有時域量化和頻域量化兩種。時域量化直接通過修改載體數(shù)據(jù)時空域值來嵌入水印，這種算法容易且直觀，但是魯棒性和保真度都很差；頻域量化通過修改載體數(shù)據(jù)頻域系數(shù)值來嵌入水印，這種算法是把水印信號能量分散到所有或部分載體頻帶上，因此魯棒性和保真度都較時域量化好。 當然，量化水印算法有很多種，上述算法只是最基本的一種，其他量化水印算法還有比如抖動調(diào)制算法（DM）、擴展變換抖動調(diào)制算法（STDM）、帶失真補償?shù)亩秳诱{(diào)制算法（DC-DM）等。 量化水印具有如下優(yōu)點： 水印檢測時多為盲檢測，不需要原始載體數(shù)據(jù)。 載體不影響水印的檢測性能，在無干擾的情況下，可

6、以完全恢復出嵌入的信息。Matlab仿真 下面以最基本的量化水印算法來進行仿真設計，算法是基于時空域的，其M代碼如下：clear;clc;%=讀入并顯示載體圖形=p_lena=rgb2gray(imread('lena.jpg');figure;subplot(2,2,1);imshow(p_lena);m1,n1=size(p_lena);%=讀入并顯示二值水印圖片=w_pict=imread('jnu.bmp');subplot(2,2,2);imshow(w_pict);m2,n2=size(w_pict);%=對載體空域值嵌入水印=step=10;cod

7、e_lena=p_lena;for i=1:m2 for j=1:n2 q=(floor(code_lena(2*i,2*j)/step)*step; if w_pict(i,j)=0 code_lena(2*i,2*j)=q+step/4; elseif w_pict(i,j)=1 code_lena(2*i,2*j)=q+3*step/4; end endend%=顯示嵌入水印后的載體圖像=subplot(2,2,3)imshow(code_lena);%=提取水印=de_lena=code_lena;for i=1:m2 for j=1:n2 q=(floor(p_lena(2*i,2*j)/step)*step; gap=de_lena(2*i,2*j)-q; if gap>step/2 de_w_pict(i,j)=1; elseif gap<step/2 de_w_pict(i,j)=0; end endend%=顯示提取的水印圖片=subplot(2,2,4);imshow(de_w_pict);所讀入原始載體圖片、原始二值水印圖片及嵌入水印后的載體圖片、提取出來的水印圖片如下：從仿真結(jié)果可以看出，該量化算法很好的實現(xiàn)了水印的嵌入，并且很好的提取出了水?。ㄟ@里只從肉眼結(jié)果來說明，具體分析步驟省略）。需要說明的是，上述步長設置為10，如