基于小波分解的灰度水印嵌入方案(2)

      彩色图像有RGB、NTSC、HSV和YCbCr等色彩模型。最常见的是基于三基色原理的RGB模型，即自然界的任何一种颜色都可以用R、G、B三种基本颜色按不同比例混合得到，这三种颜色是相互独立的。NTSC模型特点是同一个信号可以同时表示彩色图像和灰度图像。在NTSC格式中包括Y亮度信息、I色度信息、Q饱和度信息。文中将图像转换到YIQ空间可以抵抗针对RGB空间的分色攻击，利用人类视觉系统的亮度掩蔽效应，将水印全部嵌入到Y分量中。RGB与YIQ之间的相互转换可用下列等式表示：

水印嵌入按下列步骤进行：

实验用到原始载体24位真彩色图像Lena.bmp(512×512)和64×64×8bit的灰度水印头像。按（1）式将原始载体图像转换为YIQ空间。

对原始载体图像YIQ平面的Y分量进行三级小波分解。

将前面数字水印生成（4）中的W1嵌入到图2-1 HL₃、LH₃、HH₃中，W2嵌入到图2-1 HL₂、LH₂、HH₂中，W3嵌入到图2-1 HL₁、LH₁、HH₁中，W1、W2、W3分别嵌入3次。水印嵌入的位置按以下方法进行：将原始载体图像X分解后的小波系数取绝对值后排序，根据嵌入信息量的大小确定嵌入阀值k，只有绝对值大于k的小波系数嵌入信息。然后判断每一系数是否大于k，若大于k则嵌入水印，并记录其位置。水印嵌入公式为：

XW = X（1+αW）……（2）

将调整后的小波系数分别进行小波逆变换得到新的亮度分量Y′，再将Y′与原来的I、Q分量组合并转换为RGB颜色空间。得到含水印图像XW。

提取是嵌入的逆过程。分别将原始载体图像X与含水印图像XW进行RGB到YIQ的转换，然后将Y分量三级小波分解，根据嵌入水印时记录的嵌入位置，由（2）式得：

αW = XW/X-1……（3）

若αW>0，则提取的水印信息W′取1；

若αW<0，则W′取-1；

因为每组水印共嵌入3次，即分别嵌入到HL，LH和HH中各1次，根据W′的三次提取值，若有2次或3次提取值为1，则最终W′=1；否则W′=-1。将-1转换为0，按位平面分解时的逆顺序恢复数据，根据嵌入水印时保存的负号及位置，给相应的系数前加上负号。再进行DWT逆变换，恢复出水印。

水印的嵌入根据子带所处的级数不同采用不同的加权系数。其中，对于低频部分，嵌入强度α=0.1；对于中频部分α=0.2；对于高频部分α=0.5。实验结果PSNR=51.122 dB，NC=0.9958。水印具有良好的透明性。

4 结束语

     本文根据人类视觉的掩蔽特性，针对原始载体图像小波分解后系数所处的级数不同采用不同的加权系数，并选择绝对值最大的系数嵌入水印。水印压缩后保留了较多的DCT系数，使压缩后的水印具有较好的质量。水印重复嵌入3次，若有1次提取错误，仍可正确恢复水印，因此具有一定的纠错功能。该算法简单、易于实现，具有一定的实用价值。

[1] 王向阳，杨红颖，赵岩，张炜东，陈利科.基于人眼视觉特性的自适应空域彩色图像数字水印算法.辽宁师范大学学报，第27卷第2期，2004.6

[2] 孙圣和，陆哲明，牛夏牧等著.数字水印技术及应用.科学出版社，2004

[3] 夏辉，姜建国.彩色图像的一种小波自适应水印算法

[4] 石培新，王颖.一种带纠错编码的小波零树基图像水印算法.计算机应用，第24卷第8期，2004.8

[5] S.H.Yang and H.C.Chen. Bit-plane Watermarking for Zerotree-coded Images. IEEE Asia-Pacific Conference on Circuits and Systems(APCCAS’02),Bali, Indonesia, Oct.2002;73~78