D01:10.13374j.isml00103x.206.821 第28卷第8期 北京科技大学学报 Vol.28 Na 8 2006年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2006 一种多重水印零嵌入算法 王英)郑德玲2)吴延华) 1)黑龙江科技学院自动化系，哈尔滨1500272)北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要根据零水印概念，提出一种基于小波和混沌的多重水印零嵌入算法.该算法利用小波零 树结构构造匹配矩阵，然后用其加载己由混沌空域置乱的多重二值图像水印.算法实现了多重水 印的零嵌入，从根本上保证了水印的不可见性，并能够进行分级盲检测。实验表明，该方法鲁棒性 较强，安全性良好，具有可靠性和可行性. 关键词多重水印：嵌入算法：小波零树结构：混沌置乱 分类号TP391 目前，相关学科理论的交叉应用，数字水印新 要假设：如果在低分辨率的父带系数是不重要的， 方法不断涌现.就图像水印而言，可分为空域和 那么在水平，垂直和对角相应空间位置高分辨率 频域两大类.这两类方法通常都是改变空域像素 的子带系数也是不重要的.这一假设已得到充分 值或频域系数值来嵌入水印，通过提取/检测水印 的统计证实.图1示出的是三级小波分解的一颗 进行版权认证.二者都不可避免地存在着图像失 完整树.不重要系数相对于重要系数数值非常 真大小、水印鲁棒性强弱、误检率高低等问题.在 小近似为零，故称之为“零树”.经过父代、子代 实际应用中，多媒体产品版权信息的多方性（如原 和孙代的扫描，在小波分解空间形成大量的“零 创者、发行商、授权使用者等)和版权保护的多类 树”.正是通过这种零树结构，使描述重要系数的 性（如版权认证、盗版跟踪、数据真伪等），希望嵌 位置信息大为减少，实现高效图像压缩， 入多重水印，这无疑进一步加剧了水印不可见性、 LL HL 鲁棒性、可证明性之间的矛盾.针对上述问题，研 HL 究了一种基于小波零树结构和混沌置乱加密的多 LH HH, 重水印零嵌入算法.通过多重水印的零嵌入，解 HL, LH H 决水印不可见性、鲁棒性和可证明性之间的矛盾. 雖 实验表明，该方法对压缩、滤波和几何剪切等攻击 具有较强的鲁棒性，且为不需要原始图像的盲检 LH 测，可靠性和可操作性良好，对实现多级版权保护 HH 具有一定的研究价值. 1小波零树结构 图】小波系数的零树结构 Cox首先提出了图像频域(DCT域)绝对值 Fig 1 Zerotree structure of wavelet coefficients 大的系数为图像的主要特征将水印嵌入到这些 鲁棒性很好的重要系数中的算法刂.随即这种理 利用小波零树结构的图像水印算法，一直有 念被引入到小波水印算法2.在小波域中，小波 学者在研究69，不同的是本文是利用重要小波 零树结构是搜索图像重要系数非常有效的方法. 系数分布特性来构造匹配矩阵，实现多重水印的 小波零树概念出自著名的EZW(embedded 零嵌入.算法中，采用SPIHT(set partitioning in zerot ree w avelet)编码算法).该算法依据一个重 hierarchical trees))分层树的集划分方法y搜索小 波重要系数.在对EZW的一系列改进算法中， 收稿日期：2005-04-20修回日期：200506-27 基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目(N0.F0211) SPHT算法集划分比EZW更一般化，被公认为 作者简介：王英(1959一)，女，教授，博士 是一种最有效的改进方法.一种多重水印零嵌入算法 王 英1) 郑德玲2) 吴延华1) 1) 黑龙江科技学院自动化系, 哈尔滨 150027 2) 北京科技大学信息工程学院, 北京 100083 摘 要 根据零水印概念, 提出一种基于小波和混沌的多重水印零嵌入算法.该算法利用小波零 树结构构造匹配矩阵, 然后用其加载已由混沌空域置乱的多重二值图像水印.算法实现了多重水 印的零嵌入, 从根本上保证了水印的不可见性, 并能够进行分级盲检测.实验表明, 该方法鲁棒性 较强, 安全性良好, 具有可靠性和可行性. 关键词 多重水印;嵌入算法;小波零树结构;混沌置乱 分类号 TP391 收稿日期:2005 04 20 修回日期:2005 06 27 基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目( No .F0211) 作者简介:王 英( 1959—) , 女, 教授, 博士 目前, 相关学科理论的交叉应用, 数字水印新 方法不断涌现.就图像水印而言, 可分为空域和 频域两大类.这两类方法通常都是改变空域像素 值或频域系数值来嵌入水印, 通过提取/检测水印 进行版权认证.二者都不可避免地存在着图像失 真大小 、水印鲁棒性强弱、误检率高低等问题.在 实际应用中, 多媒体产品版权信息的多方性( 如原 创者、发行商、授权使用者等) 和版权保护的多类 性(如版权认证 、盗版跟踪 、数据真伪等) , 希望嵌 入多重水印, 这无疑进一步加剧了水印不可见性、 鲁棒性 、可证明性之间的矛盾.针对上述问题, 研 究了一种基于小波零树结构和混沌置乱加密的多 重水印零嵌入算法 .通过多重水印的零嵌入, 解 决水印不可见性 、鲁棒性和可证明性之间的矛盾. 实验表明, 该方法对压缩 、滤波和几何剪切等攻击 具有较强的鲁棒性, 且为不需要原始图像的盲检 测, 可靠性和可操作性良好, 对实现多级版权保护 具有一定的研究价值 . 1 小波零树结构 Cox 首先提出了图像频域( DCT 域) 绝对值 大的系数为图像的主要特征, 将水印嵌入到这些 鲁棒性很好的重要系数中的算法[ 1] .随即这种理 念被引入到小波水印算法 [ 2 4] .在小波域中, 小波 零树结构是搜索图像重要系数非常有效的方法. 小波零树概念出自著名的 EZW ( embedded zerotree w avelet) 编码算法[ 5] .该算法依据一个重 要假设:如果在低分辨率的父带系数是不重要的, 那么在水平 、垂直和对角相应空间位置高分辨率 的子带系数也是不重要的 .这一假设已得到充分 的统计证实.图 1 示出的是三级小波分解的一颗 完整树.不重要系数相对于重要系数数值非常 小, 近似为零, 故称之为“零树” .经过父代 、子代 和孙代的扫描, 在小波分解空间形成大量的“零 树” .正是通过这种零树结构, 使描述重要系数的 位置信息大为减少, 实现高效图像压缩 . 图 1 小波系数的零树结构 Fig.1 Zerotree structure of wavelet coefficients 利用小波零树结构的图像水印算法, 一直有 学者在研究[ 6 8] , 不同的是本文是利用重要小波 系数分布特性来构造匹配矩阵, 实现多重水印的 零嵌入 .算法中, 采用 SPIHT ( set partitioning in hierarchical trees) 分层树的集划分方法 [ 9] 搜索小 波重要系数 .在对 EZW 的一系列改进算法中, SPIHT 算法集划分比 EZW 更一般化, 被公认为 是一种最有效的改进方法 . 第 28 卷 第 8 期 2006 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .28 No.8 Aug.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.08.021