第 卷第 年 9 30 2011 期 9 期 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol.30,No.09 September,2011 信息技术 " !!!!" ! ! "!!!!" 基于扩频技术的DCT域图像水印算法 柏 均 （西安科技大学 通信与信息工程学院，西安 ） ，再将二值水印图像置乱，最后用置乱后的水印信息控制 710054 该文结合扩频技术，提出了一种新的 。 个 m 分析及实验结果表明算法不可见性较好，对 。 2 DCT 域数字图像水印算法 序列对原始图像子块 噪声 、 剪切 、 压缩 JPEG 先 。 DCT 滤 、 DCT 数字水印技术是版权保护的重要手段 摘 要: 对原始图像分块作 部分中频系数进行修改，实现水印的嵌入 波等均有较好的鲁棒性 关键词: 中图分类号:TN911.72 数字水印；扩频技术； 文献标识码:A 变换 DCT 该算法可用于图像的版权保护 。 。 文章编号:1008-8725（2011）09-0167-03 Research on Image Watermarking Algorithm in DCT Domain Based on Spread Spectrum BAI Jun （Dept. of Communication & Information Engineering, Xi'an university of Science and Technology, Xi'an 710054, China） Abstract:Digital watermarking technology is an important method of copyright protection. A new watermarking algorithm in DCT domain based on spread spectrum was proposed. the original image is processed by blocked DCT Firstly, then intermediate frequency coefficients are modified by two m-sequences under the control of permuted watermark. Analysis and experimental results show that the watermarks are invisible and robust against common attacks ,such as JPEG compression,cut,noise-add,filter.it can be used to image copyright protection. Key words:digital watermarking; spread spectrum technique; discrete cosine transfer(DCT) 引言 0 。 自 1993 数字水印技术是解决数字媒体版权保护的有效 手段之一 年数字水印第一次被提出以来， 国内外数字水印技术发展很快，各类算法不断被提 到目前为止，还 出，但它离实际应用还有一段距离[1]。 没有一个算法能够真正经得住攻击者的任意进攻[2]。 于是，研究者纷纷将各个领域的先进理论纷纷与数 字水印算法相结合，来提高水印算法的性能[3-6]。 扩频技术是通信领域的先进理论之一，它的基 本理论为在信号发送端，用伪随机码对基带信号进 行扩频调制，得到低功率谱密度的扩频信号，再发 在接收端，使用与发射端相同的伪随机码进行扩 射 。 不同的通信用 频解调，把宽带信号恢复为基带信号 。 户在同一频带通信可使用不同的伪随机码扩频 从 。 原始数字图像可以被认为是近似连续 通信角度看 , 幅度 二维 有限带宽并具有很大平均噪声功率的信 、 、 道；数字水印是欲传输的信号；而对数字图像水印的 干扰和攻击，可以被看作是在信道中引入失真或畸 变 从这个角度来看，数字水印非常类似于典型的信 。 道通信系统，这就为扩频通信及相关编码技术在数 字水印中的应用奠定了基础[7-8]。 目前，扩频技术在图像水印算法中的应用主要 体现在两方面，一类是将扩频码作为水印信息进行 嵌入，常使用的扩频伪随机码有 序列等 。 另一类是将扩频码作为调制信号，大多数算法只用 一个扩频序列调制水印信号来实现水印嵌入，算法 基于此该文利用扩频技术 的鲁棒性及安全性有限 的相关理论及置乱算法，设计了一种利用 序 个 列分别调制二值水印中 域水印 嵌入的算法，分析及实验结果表明，该算法具有更好 的鲁棒性及安全性 序列， M 2 DCT 来实现 和 。 m m 0 1 。 水印嵌入算法 1 : DCT 子块做 个高度不相关的 算法基本思想如下 先对图像进行分块并对各 ，再用置乱后的二值水印图像信息控制 部 2 分中频位置上的系数按照一定规则进行处理，实现 该分块水印信息的嵌入，最后依次对嵌入水印的各 分块图像进行反 序列，对相应分块图像 ，得到含水印图像 DCT m 。 DCT 具体步骤如下： 收稿日期:2011-01-05;修订日期:2011-05-18 基金项目：陕西省自然科学基金项目（ 2007F04 （ ） 200825 作者简介: 柏均（ 1979- ），女，陕西安康人，讲师，硕士，研究方向：数字水印技术，数字图像处理 。 ）；陕西省教育厅专项基金项目（ ）；西安科技大学青年培育基金项目 2008JK375 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

·168· （ ）选取 1 水印图像； 图像 ， WN×N IM×M 2 煤 炭 技 术 分别作为原始图像和 该实验以 （ ）根据原始图像和水印图像大小判断水印图 2 像是否过大，对原始图像分块的大小为（ ）； N （ ）用密钥 3 对水印图像 乱，得到置乱后的二值水印图像 进行 ； 0 WN×N W'N×N 分块得各子块 ）将原始图像 （ 4 ， ； j=1 2 ， ， … ， ），并对各分块的原始图像依次进行 N ， … ， 2 ，（ i=1 Iij I ）得到系数矩阵 ，即 Mij Mij= DCT ） （ × M/ M/N 置 Arnold N 二维离散余弦变换（ dct ）； （ Iij （ ）用密钥 5 的随机序列 m1 ）在 （ Mij 6 ， （ M/N 1 ， （ M/N-1 2 Mij Mij ） （ 1 =1 Mij ， 2 时 ， ， ） j ， ） 1 M/N a （ 其中： 定义如下： 当 （ W i ， ）； …N 当 （ W i ）； ， …N （ ）将 7 ； ）按分块顺序可将 （ 8 ， ） j 时 ， ， 2 Mij =0 I'ij 1 含水印图像 I'。 水印提取算法 2 分别生成 密钥 1、 ， ； m2 中嵌入水印信息，具体嵌入过程如下： 个长度为 M/N 2 2 =Mij ） ） （ ， M/N 1 +ak （ ， =Mij M/N-1 2 （ ） 1 ） +ak （ ） 2 =Mij M/N 为嵌入强度， k （ ， ） M/N 1 为随机序列 +ak ） 或 ， m2 m1 ，其 中 ，其 中 k =m1 … k =m2 （ ） i k ），（ （ i i = =m1 （ ） i k （ ），（ i i = =m2 进行逆二维离散余弦变换（ ）得 IDCT 重新组合得原始图像的 Iij ）读取含水印图像 （ 1 （ ）将 I' 2 ）其中 ， N I' 分块得各子块 ） （ × 为 （ M/N I'j ； I'ij M/N ，（ ； j=1 ），并对其进行 ， ... ， N ， 2 i=1 ， ， 2 … 变换； （ ）从水印嵌入位置上读取 中含水印信息的数 3 DCT 据，过程如下： （ ） 1 P （ ） =I'ij 2 P ） （ M/N ， M/N-1 =I'ij （ 2 ） （ ） P M/N （ ）用密钥 密钥 1、 4 ； 的随机序列 =I'ij 2 （ ） 分别生成 M/N,1 个长度为 2 M/N 数 m1,m2 ）分别求出 （ 5 ； c1,c2 （ ）判决：如果 6 ；反之， W軜（ i ， ） j =0 =1 与随机序列 P m1,m2 的自相关系 ，则估计的水印信息 … c1≥c2 ； W軜（ i ， ） j ） 按以上步骤依次提取得到原水印图像的估 （ 7 计矩阵 W軜； （ ） 用密钥 8 反置乱，得到提取水印图像 Arnold 对水印图像的估计矩阵 W軜进行 。 0 实验结果及分析 3 第 30 卷 像是大小为 是一幅 matlab6.5 的 512×512 为仿真工具，选用的原始图 级灰度图像，水印图像 序列 个 256 64×64 是长度为 的二值图像，其中选取的 m 的伪随机序列，密钥分别为 2 8 m1,m2 1100。Arnold 水印的质量分别用 3.1 水印透明性实验 置乱的次数为 及 PSNR 1200 含水印图像及提取 值来评价 。 12。 NC 所示 水印透明性实验结果如图 原始图像和 。 嵌入水印后图像的 ，嵌入水印后 38.1382dB 的图像和原始图像看起来没有明显差别，保证了水 印嵌入的透明性 无攻击时提取的水印与原始水印 的 值为 PSNR 为 。 1 NC 0.9865。 图 1 水印透明性实验 3.2 水印抗攻击性实验 压缩攻击 3.2.1 JPEG JPEG 目前网络上流行的图像多数都是 。 压缩是数字图像最容易经受的图像处理 格式， 操作 有损压缩是否具有较强的免疫 因此水印对于 力是衡量一种水印算法是否成功的重要标准 把嵌 入 水 印 的 图 像 分 别 进 行 品 质 因 数 为 的压缩时，其峰值信噪比和提 JPEG JPEG 。 ， 60 ， 55 ， 42 ， 30 ， 20 78 取出的水印的相似性系数如表 所示 1 。 表 1 不同品质因数 JPEG 压缩后图像峰值信噪比及提 取水印的 NC 值 品质因数 20 30 42 55 60 78 PSNR (dB) 30.115 2 31.323 7 32.679 2 34.126 4 34.786 1 35.342 3 NC 0.950 4 0.951 4 0.961 7 0.965 3 0.968 4 0.975 8 从上面的实验结果可以看出从品质因数为 压缩图像中提取水印的 值为 NC 0.90 JPEG 压缩的影响非常小 。 20 以 JPEG 的 上，说明算法受 剪切攻击 3.2.2 几何剪切攻击是现有很多水印技术不能很好解 决的问题，研究水印图像能否对几何剪切攻击具有 鲁棒性很有意义 其中 。 后提取的水印图像 （ ） 为剪切含水印的图像 a （ 后提取 NC=0.7489 恢复的图像清晰可辨，说 的水印图像（ 。 页） ）；（ ） 为剪切含水印的图像 b 为剪切攻击的实验结果 NC=0.7012 （下转第 图 。 1/4 1/2 ） 2 173 图 2 剪切攻击实验结果 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

第 卷第 年 9 30 2011 期 9 期 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol.30,No.09 September,2011 Microsoft SQL Server 中的分布式 / 巫满秀 异构查询处理 （广东省梅州市嘉应学院 计算机学院，广东 梅州 ） 514015 DHQP 异构查询处理器（ 、 ）的结构总览，以支持对大容量的不同数据源的查询 大学生在线实习及就业成才互动服务平台项目提出了一个在 摘 要: 式 要方面，首先，系统介绍了良好定义的抽象概念，第二， 询和更新得益于系统中基于成本的代数转换和执行策略 是系统的一个关键可扩展点，以使关系引擎可以进行全文检索和分布式分区视图等新功能 关键词:SQL Server 中图分类号:TP31 数据库系统中的分布 个主 是内置到关系优化器和系统的执行引擎上的，这使查 DHQP 最后，结构本身是可扩展的，以支持新的数据源加入，这 。 文章编号:1008-8725（2011）09-0173-03 主要突出解释了此结构的 。 OLE DB 文献标识码:A Microsoft SQL Server ；互动服务平台 DHQP ； ； 。 3 Microsoft SQL Server in a Distribueed/Heterogeneous Query Processing （Computer College, Meizhou City Jiaying Institute, Meizhou 541015, China） WU Man-xiu 168 页） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 乱后的二值图像水印控制下按照一定的规则对原始 （上接第 图像子块 变换后的部分中频系数进行处理，实 明本算法对剪切攻击有较强鲁棒性 现了水印的嵌入 实验结果表明该算法应用两个伪 随机序列对水印信息进行调制，不仅具有较好的透 明性和鲁棒性，而且安全性及提取水印的精确性也 较高 参考文献： （ ）其它攻击 3 分别对含水印图像进行加高斯噪声（ 0 加椒盐噪声（ 取的水印图像分别如图 和原始水印的 ， 0.05 ），对比度增强和低通滤波攻击 ）， 提 。 所示，提取水印 ， 从结果来看恢复的水印图像均 3(a),(b),(c),(d) ， 0.820 7 ， 0.964 1 值分别为 ，均大于 0.841 5 DCT 0.05 NC 。 。 。 0.966 9 清晰可辨 。 0.6。 [1] Tirkel A Z, et al. Electronic watermark [J]. Digital image com－ putering, Technology and Applications. 1993,1:666-673. [2] Cox I J, Miller M.L.The first 50 years of electronic watermark－ ing [J]. EURASIP J.of Applied Signal Processing, 2002,2:126 - 132. [3] Huang, Chun-Hsiang; Chuang, Shang-Chih; Wu, Ja-Ling. Digi－ tal-invisible -ink data hiding based on spread -spectrum and quantization techniques [C]. IEEE Transactions on Multimedia, [4] 2008.10(4):557-569. 柏均，张敏瑞 , 技大学学报， ， 28(1) ： 122-127. 2008 基于图象分类的自适应图像水印新算法 西安科 [J]. [5] Hsieh, Ching-Tang; Wu, Yeh-Kuang.Digital image multiresolu－ tion watermark based on Human Visual System using error correcting code [J]. Tamkang Journal of Science and Engineer－ ing, 2001.4(3):201-208. [6] Maity, Santi P.; Kundu, Malay K.; Maity, Seba. Dual purpose FWT domain spread spectrum image watermarking in real time [J].Computers and Electrical Engineering, 2009.35(2):415-433. [7] Sedghi, Saeed; Suzuki, Y?iti. Reducing host interference from spread spectrum watermarking [J]. Circuits, Systems, and Signal 图 3 其它攻击实验结果 2 m 个 由于该文算法采用了 序列对水印信息 进行调制，所以在水印提取时分别用和嵌入时相同 密钥生成的序列进行相关检测即可提取出水印，从 安全性角度来说，攻击者在恢复水印时除清楚地知 道嵌入算法外，还需破解生成伪随机序列的 个密 钥 个 又因扩频序列具有非常好的自相关性，故 。 序列可分别控制水印信息 印提取的准确度 m 的提取，提高了水 2 2 和 0 1 。 结束语 4 结合扩频技术的强抗干扰性及较好的自相关 该算法 。 个伪随机序列在置 性，给出了一种 根据人眼视觉特性，将产生的 域数字图像水印算法 DCT 2 [8] Processing, 2008.27(2):183-193. 刘泉，余娜敏 大学学报， ， 25(7):71-74. 2003 . 基于扩频技术的自适应数字水印研究 武汉理工 [J]. （责任编辑 吕瑶） 收稿日期:2010-12-12;修订日期:2011-05-19 合作项目：省部产学研合作项目，大学生在线实习及重龙业成才互动服务平台成果 作者简介: ），女，广东梅县人，硕士，讲师，研究方向：软件工程与数据库应用 巫满秀（ 1978- 项目编号： 。 。 2009A090100035 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net