第5期 沈艳冰，等：一种适用于QR码的彩色图像数字水印算法 ·953· 表4剪切测试结果 (方差各为0.01、0.05)，受噪声攻击后的PSNR值 Table 4 Shear test results 和NC值仍各自保持在30和0.90以上，提取的 攻击类型 PSNR NC 提取的水印 QR码都能识别其携带原始信息，这说明该算法 ▣▣ 鲁棒性较好，可以有效抵抗噪声攻击。 剪切1/256 55.5130 0.9975 ▣出 4)剪切测试 ▣▣ 由表4测试结果可看到，对QR码进行剪切 剪切1/128 53.5223 0.9995 时，即使剪切I/8,其PSNR值和NC值也不会发 ▣回 生很大的变化，分别保持在40和0.99以上，QR 剪切1/64 51.4531 0.9985 可无 码仍可以提取并识别。通过该测试可知该算法能 ▣回 抵抗剪切，鲁棒性性能较优。 剪切1/32 49.5802 0.9985 尚 5)旋转测试 ▣回 由表5旋转测试结果可知，该算法可以抵抗 剪切1/16 47.6258 0.9945 尚韩 旋转，当旋转达到70时Q码水印仍然可以提取 ▣别▣ 并识别，且NC值保持在0.98以上。 剪切1/8 46.3956 0.9921 可 4.2.3与其他算法相比较的实验结果 彩色图像由RGB空间转换到YCrCb空间，提 表5旋转测试结果 取Y分量进行水印嵌入算法，Y分量图为灰度图 Table 5 Rotation test results 像，因此，该算法也适合于灰度图像。文献[4]使 攻击类型 PSNR NC 提取的水印图像 用灰度图像进行鲁棒性实验，所以本文选择与文 可口 献[4]进行对比实验，表6为本文与文献[4]的实 旋转5度 36.4553 0.9901 验结果比较。由表6中数据可以看出，本文在高 ▣出 回▣ 斯噪声参数为0.01、0.02和0.04的攻击上的NC 旋转10度 34.9748 0.9876 值分别为0.9960、0.9945和0.9931；在JPEG ▣粘 回▣ 压缩参数为30%、50%、70%的攻击上的NC值分 旋转30度 33.6167 0.9886 别为1.0000、1.0000和1.0000：在剪切1/8的攻击 可粥 上的NC值为0.9921，在中值滤波[3,3]的攻击上 可▣ 旋转50度 33.3834 0.9876 的NC值为0.9990，均高于文献[4]中的NC值， 由此可知本文算法在高斯噪声、PEG压缩、剪切 ▣ 旋转70度 33.3288 0.9856 和中值滤波下，相比于文献[4的算法，鲁棒性更优。 表6本文与文献4的实验结果比较 1)PEG压缩测试 Table 6 Comparison of experimental results between this article and literature [4] 由表1可看出，在PEG压缩实验中，即使PEG 文献4 压缩至10%也可以提取出可识别的有效QR码， 攻击类型 本文算法 且NC值在0.998以上，说明该算法在PEG压缩 高斯噪声0.01 0.9960 0.9413 上有很强的鲁棒性。 高斯噪声0.02 0.9945 0.9371 2)图像对比度和明暗变化测试 高斯噪声0.04 0.9931 0.9300 从表2测试结果可得，无论是图像明暗变化 JPEG压缩30% 1.0000 0.9873 或是对比度变化，提取的QR码的PSNR值和 JPEG压缩50% 1.0000 0.9893 NC值都可以保持较高数值，且NC值始终保持 JPEG压缩70% 1.0000 0.9985 在0.98以上。由此可以得知该算法可以抵抗图 剪切1/8 0.9921 0.9374 像明暗变化和对比度变化，有较强的抗攻击能力。 中值滤波[3,3] 0.9990 0.9873 3)噪声测试 通过表3可看出，对嵌入QR码的彩色图像 5 结束语 添加高斯噪声（方差各为0.01、0.02、0.04）、盐椒噪 声（噪声密度各为0.05、0.10、0.15）以及乘积噪声 提出一种适用于QR码的彩色图像数字水印1) JPEG 压缩测试 由表 1 可看出，在 JPEG 压缩实验中，即使 JPEG 压缩至 10% 也可以提取出可识别的有效 QR 码， 且 NC 值在 0.998 以上，说明该算法在 JPEG 压缩 上有很强的鲁棒性。 2) 图像对比度和明暗变化测试 从表 2 测试结果可得，无论是图像明暗变化 或是对比度变化，提取的 QR 码的 PSNR 值和 NC 值都可以保持较高数值，且 NC 值始终保持 在 0.98 以上。由此可以得知该算法可以抵抗图 像明暗变化和对比度变化，有较强的抗攻击能力。 3) 噪声测试 通过表 3 可看出，对嵌入 QR 码的彩色图像 添加高斯噪声 (方差各为 0.01、0.02、0.04)、盐椒噪 声 (噪声密度各为 0.05、0.10、0.15) 以及乘积噪声 (方差各为 0.01、0.05)，受噪声攻击后的 PSNR 值 和 NC 值仍各自保持在 30 和 0.90 以上，提取的 QR 码都能识别其携带原始信息，这说明该算法 鲁棒性较好，可以有效抵抗噪声攻击。 4) 剪切测试 由表 4 测试结果可看到，对 QR 码进行剪切 时，即使剪切 1/8，其 PSNR 值和 NC 值也不会发 生很大的变化，分别保持在 40 和 0.99 以上，QR 码仍可以提取并识别。通过该测试可知该算法能 抵抗剪切，鲁棒性性能较优。 5) 旋转测试 由表 5 旋转测试结果可知，该算法可以抵抗 旋转，当旋转达到 70°时 QR 码水印仍然可以提取 并识别，且 NC 值保持在 0.98 以上。 4.2.3 与其他算法相比较的实验结果 彩色图像由 RGB 空间转换到 YCrCb 空间，提 取 Y 分量进行水印嵌入算法，Y 分量图为灰度图 像，因此，该算法也适合于灰度图像。文献 [4] 使 用灰度图像进行鲁棒性实验，所以本文选择与文 献 [4] 进行对比实验，表 6 为本文与文献 [4] 的实 验结果比较。由表 6 中数据可以看出，本文在高 斯噪声参数为 0.01、0.02 和 0.04 的攻击上的 NC 值分别为 0.996 0、0.994 5 和 0.993 1；在 JPEG 压缩参数为 30%、50%、70% 的攻击上的 NC 值分 别为 1.000 0、1.000 0 和 1.000 0；在剪切 1/8 的攻击 上的 NC 值为 0.992 1，在中值滤波 [3,3] 的攻击上 的 NC 值为 0.999 0，均高于文献 [4] 中的 NC 值， 由此可知本文算法在高斯噪声、JPEG 压缩、剪切 和中值滤波下，相比于文献 [4] 的算法，鲁棒性更优。 表 6 本文与文献 [4] 的实验结果比较 Table 6 Comparison of experimental results between this article and literature [4] 攻击类型 本文算法 文献[4] 高斯噪声0.01 0.9960 0.941 3 高斯噪声0.02 0.9945 0.937 1 高斯噪声0.04 0.9931 0.930 0 JPEG压缩30% 1.0000 0.987 3 JPEG压缩50% 1.0000 0.989 3 JPEG压缩70% 1.0000 0.998 5 剪切1/8 0.9921 0.937 4 中值滤波[3,3] 0.9990 0.987 3 5 结束语 提出一种适用于 QR 码的彩色图像数字水印 表 4 剪切测试结果 Table 4 Shear test results 攻击类型 PSNR NC 提取的水印 剪切1/256 55.513 0 0.997 5 剪切1/128 53.522 3 0.999 5 剪切1/64 51.453 1 0.998 5 剪切1/32 49.580 2 0.998 5 剪切1/16 47.625 8 0.994 5 剪切1/8 46.395 6 0.992 1 表 5 旋转测试结果 Table 5 Rotation test results 攻击类型 PSNR NC 提取的水印图像 旋转5度 36.455 3 0.9901 旋转10度 34.974 8 0.9876 旋转30度 33.616 7 0.9886 旋转50度 33.383 4 0.9876 旋转70度 33.328 8 0.9856 第 5 期 沈艳冰，等：一种适用于 QR 码的彩色图像数字水印算法 ·953·