1、导师：导师：教授教授学生：学生：变换域数字水印抗旋转缩放方法研究变换域数字水印抗旋转缩放方法研究西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩2提纲提纲研究背景、意义及研究现状研究背景、意义及研究现状1234研究前的准备工作研究前的准备工作空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印总结及展望总结及展望5基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩3研究背景和意义研究背景和意义 互联网时代的数字作品版权保护是一个急需解决的互联网时代的数字作品版权保护是一个急需解决的问题问题 通过嵌入人类知觉系统难以察觉的数字水印，可以通过嵌入人类知
2、觉系统难以察觉的数字水印，可以判断有争议的数字作品是否受到版权保护、对作品的判断有争议的数字作品是否受到版权保护、对作品的真伪进行鉴别、进行篡改提示真伪进行鉴别、进行篡改提示西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩4研究现状研究现状v目前国际上的数字水印研究主要集中于以下方向目前国际上的数字水印研究主要集中于以下方向1、各种变换域图像鲁棒数字水印算法研究；、各种变换域图像鲁棒数字水印算法研究；2、水印系统评价理论和测试标准研究；、水印系统评价理论和测试标准研究；3、水印攻击建模研究。、水印攻击建模研究。西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩5研究现状研究现状v变换域水印常见变换域水印常见变换
3、方法变换方法传统变换方法传统变换方法离散小波变换（离散小波变换（DWT）离散傅里叶变换（离散傅里叶变换（DFT）离散余弦变换（离散余弦变换（DCT）奇异值分解（奇异值分解（SVD）小波包变换（小波包变换（WPT）分数阶傅里叶变换（分数阶傅里叶变换（FRFT）多尺度几何分析变换方法多尺度几何分析变换方法脊波（脊波（Ridgelet）变换）变换曲波（曲波（Curvelet）变换）变换轮廓波（轮廓波（Contourlet）变换）变换Bandelet变换变换Beamlet变换变换 Wedgelet变换变换 西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩6研究前的准备工作研究前的准备工作v曲波变换对奇异曲线的
4、稀疏表示曲波变换对奇异曲线的稀疏表示 （a）小波（b）曲波西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩7研究前的准备工作研究前的准备工作v两种快速离散方法的时间性能比较（单位：两种快速离散方法的时间性能比较（单位：s）测试图像WrappingUSFFT变换逆变换变换逆变换Cameraman0.246380.2682141.0441754.6774180.8732610.9929753.19312219.632545西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩8研究前的准备工作研究前的准备工作v修改一个系数后形成的修改一个系数后形成的“划痕划痕”图像图像 (a)原图像(b)“划痕”图像西北大学硕士论文答
5、辩西北大学硕士论文答辩9基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v算法难点分析算法难点分析 1.1.如何处理如何处理“划痕划痕”问题问题 控制嵌入深度控制嵌入深度 2.2.如何增强水印鲁棒性如何增强水印鲁棒性 嵌入较大的曲波系数中嵌入较大的曲波系数中 3.3.系数选择策略系数选择策略 将待选系数从大到小排序后剔除相邻系数将待选系数从大到小排序后剔除相邻系数西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩10基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v水印嵌入算法水印嵌入算法Step1.Step1.对载体图像使用对载体图像使用WrappingWrapping方法进行
6、曲波变换；方法进行曲波变换；Step2.Step2.进行水印预处理得到二值序列；进行水印预处理得到二值序列；Step3.Step3.进行曲波系数选择，保存选中的系数值和其位进行曲波系数选择，保存选中的系数值和其位置备用；置备用；Step4.Step4.依次对每个选中的曲波系数嵌入一位水印数据依次对每个选中的曲波系数嵌入一位水印数据 Step5.Step5.进行曲波逆变换得到含水印图像。进行曲波逆变换得到含水印图像。0,),(1,),(),(ijijWkljCWkljCkljC西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩11基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v水印提取算法水
7、印提取算法Step1.Step1.对含水印图像进行曲波变换，得到系数矩对含水印图像进行曲波变换，得到系数矩阵；阵；Step2.Step2.根据原始的曲波系数及其位置信息提取二根据原始的曲波系数及其位置信息提取二值水印序列；值水印序列；Step3.Step3.将提取出的二值水印序列进一步处理后得将提取出的二值水印序列进一步处理后得到水印图像。到水印图像。),(),(,0),(),(,1kljCkljCkljCkljCWi西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩12基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v算法鲁棒性测试算法鲁棒性测试 (a)载体图像和水印图像(b)含水印图像和
8、提取水印西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩13基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v算法鲁棒性测试算法鲁棒性测试 (a)JPEG压缩攻击（Q=70）及所提取水印(b)JPEG压缩攻击（Q=40）及所提取水印 西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩14基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v算法鲁棒性测试算法鲁棒性测试 (a)边长变为1.8倍再恢复及所提取水印(b)高斯低通滤波攻击及所提取水印 西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩15基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v算法鲁棒性测试算法鲁棒性测试 (a)33中值
9、滤波攻击及所提取水印(b)33维纳滤波攻击及所提取水印 西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩16基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v具体实验数据具体实验数据攻击类型攻击类型PSNRNC未攻击未攻击48.1020.99724JPEG压缩压缩Q=7044.64240.99172JPEG压缩压缩Q=4035.81590.96485JPEG压缩压缩Q=2033.38770.89444JPEG压缩压缩Q=1532.2270.86898添加高斯噪声添加高斯噪声0.00227.00570.89742添加椒盐噪声添加椒盐噪声0.0125.42030.8645添加乘性噪声添加乘性噪
10、声0.0125.64970.87305攻击类型攻击类型PSNRNC剪切剪切1/16面积面积18.09680.93695剪切剪切1/8面积面积14.65790.89187剪切剪切1/4面积面积11.94380.84485高斯低通滤波高斯低通滤波40.68210.98621中值滤波中值滤波3335.87890.97729中值滤波中值滤波5531.39440.88029维纳滤波维纳滤波3338.39970.97395维纳滤波维纳滤波5534.88640.88159西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩17基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v与文献与文献15两种两种DCT水
11、印算法的性能对比水印算法的性能对比(NC)攻击种类攻击种类文献文献15分块分块DCT中频算法中频算法文献文献15分块分块DCT自适应算法自适应算法本章算法本章算法压缩攻击压缩攻击(Q=80)0.8718(Q=80)0.9656 (Q=70)0.99172高斯噪声高斯噪声0.76540.79260.89742椒盐噪声椒盐噪声0.86200.85300.8645高斯低通滤波高斯低通滤波0.59920.85310.98621西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩18基于二代曲波变换的鲁棒数字水印基于二代曲波变换的鲁棒数字水印v与文献与文献16小波分块算法的性能对比（小波分块算法的性能对比（NC）操
12、作操作文献文献16 算法算法本章算本章算法法未攻击未攻击0.98820.99724高斯噪声高斯噪声0.0020.72050.89742椒盐噪声椒盐噪声0.010.77340.8645乘性噪声乘性噪声0.010.75530.87305中值滤波中值滤波330.85610.97729中值滤波中值滤波550.75930.88029西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩19空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v 背景知识背景知识抗抗几何攻击几何攻击，特别是抗旋转缩放攻击是变换域数特别是抗旋转缩放攻击是变换域数字水印算法的难点字水印算法的难点，也是数字水印技术进入实用也是数字水印技术
13、进入实用化的瓶颈化的瓶颈受到几何攻击的含水印载体图像中通常依然包含受到几何攻击的含水印载体图像中通常依然包含水印信息，但水印的同步性已经遭到破坏水印信息，但水印的同步性已经遭到破坏目前抗几何攻击的数字水印典型算法大致可划分目前抗几何攻击的数字水印典型算法大致可划分为四大类即穷举法、同步模板法、不变水印法、为四大类即穷举法、同步模板法、不变水印法、绝对同步法绝对同步法西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩20空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v文献文献4545空频域相结合算法空频域相结合算法 在彩色图像的一个分量嵌入空域水印，另一个分量的在彩色图像的一个分量嵌入空域水印，
14、另一个分量的小波域中嵌入水印。小波域中嵌入水印。思想简单、实现容易。思想简单、实现容易。缺点：缺点：对缩小攻击抵抗能力较差；对缩小攻击抵抗能力较差；频域水印鲁棒性还可以提高。频域水印鲁棒性还可以提高。西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩21空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v 算法简介算法简介本章算法借鉴了文献本章算法借鉴了文献45空频结合的算法思想空频结合的算法思想频域水印基于二代曲波变换实现频域水印基于二代曲波变换实现频域水印嵌入到图像的绿色分量以得到更高的鲁频域水印嵌入到图像的绿色分量以得到更高的鲁棒性棒性空域水印嵌入图像的蓝色分量以提高水印不可见空域水印嵌入图
15、像的蓝色分量以提高水印不可见性性 西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩22空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v空域水印的嵌入算法空域水印的嵌入算法 Step1.按水印尺寸按水印尺寸ef把蓝色分量均匀划分成把蓝色分量均匀划分成ef个子块个子块 Step2.在子块的每个像素中都嵌入对应的一位水印在子块的每个像素中都嵌入对应的一位水印信息信息 Step3.用上述方法依次处理每个子块，最后就得到用上述方法依次处理每个子块，最后就得到了包含水印图像的蓝色分量了包含水印图像的蓝色分量 3mod,141mod,04ijijppqq Wpppqq W西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论
16、文答辩23空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v空域水印的提取算法空域水印的提取算法 Step1.尽可能均匀地划分待检测图像的蓝色分量，尽可能均匀地划分待检测图像的蓝色分量，得到得到ef个子块个子块 Step2.从每个子块图像中提取出所对应的一位水印从每个子块图像中提取出所对应的一位水印信息；信息；Step3.处理完所有子块图像后得到空域水印。处理完所有子块图像后得到空域水印。1,mod20,mod2ijqpqWqpq西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩24空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v旋转攻击旋转攻击 (a)逆时针旋转 10度及提取水印(b
17、)顺时针旋转 70度及提取水印西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩25空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v缩放攻击缩放攻击 边长缩放比例边长缩放比例0.50.60.70.80.91.11.21.5提取水印图像提取水印图像NC值值0.797860.837940.932850.985111111西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩26空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v剪切攻击、宽高比调整攻击剪切攻击、宽高比调整攻击 (a)剪切攻击及提取水印(b)宽度调整为0.9倍，高度调整为0.8倍及提取水印 西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩27空频结
18、合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v组合几何攻击组合几何攻击 (a)逆时针旋转20度后长宽放大为原来的1.8倍再剪切及提取水印 西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩28空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v各种信号处理攻击各种信号处理攻击 (a)JPEG压缩(Q=60)及提取水印(b)高斯低通滤波攻击及提取水印 西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩29空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v各种信号处理攻击各种信号处理攻击 (a)椒盐噪声攻击及提取水印(b)高斯噪声攻击及提取水印西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩30空频结合的
19、抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v与文献与文献4545空频结合算法水印视觉效果对比空频结合算法水印视觉效果对比攻击方式攻击方式文献文献45 算法算法本章算法本章算法压缩攻击压缩攻击高斯噪声攻击高斯噪声攻击组合几何攻击组合几何攻击旋转攻击旋转攻击宽高比调整攻击宽高比调整攻击缩放攻击缩放攻击西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩31空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v与文献与文献15 15 分块分块DCTDCT中频算法性能对比中频算法性能对比文献文献15 算法算法本章算法本章算法压缩攻击压缩攻击Q=80时时NC=0.8718Q=60时时NC=0.93724高斯
20、噪声高斯噪声NC=0.7654NC=0.87339椒盐噪声椒盐噪声NC=0.8620NC=0.83935高斯低通滤波高斯低通滤波NC=0.5992NC=0.85641能否抵抗旋转攻击能否抵抗旋转攻击否否能能能否抵抗缩放攻击能否抵抗缩放攻击否否能能能否抵抗组合几何攻击能否抵抗组合几何攻击否否能能西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩32空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v工作总结工作总结提出了一种以灰度图像为载体，基于第二代曲波提出了一种以灰度图像为载体，基于第二代曲波变换的鲁棒数字水印算法。实验结果显示算法在变换的鲁棒数字水印算法。实验结果显示算法在满足水印不可见性要求
21、的同时，抵抗满足水印不可见性要求的同时，抵抗JPEG压缩压缩攻击的能力很强，对噪声攻击、剪切攻击、滤波攻击的能力很强，对噪声攻击、剪切攻击、滤波攻击等也表现出了较好的鲁棒性。攻击等也表现出了较好的鲁棒性。西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩33空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v工作总结工作总结v提出了一种采用空频域相结合的办法实现的抗几提出了一种采用空频域相结合的办法实现的抗几何攻击的数字水印算法，其中频域水印基于第二何攻击的数字水印算法，其中频域水印基于第二代曲波变换实现。数值实验结果表明，算法可以代曲波变换实现。数值实验结果表明，算法可以有效抵抗各种几何攻击（包括组合几何攻击）及有效抵抗各种几何攻击（包括组合几何攻击）及各种常见信号处理攻击。各种常见信号处理攻击。西北大学硕士论文答辩西北大学硕士论文答辩34空频结合的抗旋转缩放数字水印空频结合的抗旋转缩放数字水印v未来工作的展望未来工作的展望 在同一载体中使用不同的算法嵌入多个水印。在同一载体中使用不同的算法嵌入多个水印。将第二代曲波变换用于脆弱性或半脆弱性水印方向。将第二代曲波变换用于脆弱性或半脆弱性水印方向。研究不对称的水印算法。研究不对称的水印算法。
