数字图像水印算法的快速实现研究

２ ）设该序列 的第 ｎ 个元素是 Ｐ ｎ ， 令： ｎ ＝ ｋ ＊ ｍ ＋ ｌ ；
Ｐ ｎ ＝ ｉ ＊ ｍ ＋ ｊ ；
高像素图像 ， 速度优势更明显 。
１ 快速数字 图像盲水 印算 法原 理
１ ． １ 图像 的 Ｈ ａ ｄ ａ ｍａ ｒ ｄ变换
３ ） 交换像素位置 ： 将原始水 印的像 素（ ｉ ， ｊ ） 放到新 位置 （ ｋ ， １ ） ， 即完成 水 印的置 乱处 理 。 其次 ， 本文用两个 ０ 、 １ 组成的互补序列分别表示 二值水印图像 中的像素值 ０ 和１ 。 令Ｌ 为序列长度 ， 这
Ｈ Ｔ定义 如下 ：
ｖ —
术是在数字媒体中嵌入特定信息 的一种技术 ， 根据所 嵌入的载体不 同， 可分为图像水印、 音频水印 、 视频水
印等 ； 根据嵌入位置不 同， 可分为空域水印［ 】 和变换域 水印ｐ 卅； 而按检测过程 ， 又可分为盲水印和非盲水印。 其 中用于版权保护 的数字水印一般要求具有 ：鲁棒 性、 不可见性和安全性 。目前 ， 数字水 印算法研究的重 点是鲁棒性 ， 应用最多的是变换域算法 ， 包括 Ｄ Ｆ Ｔ ［ ２ Ｊ 、 Ｄ Ｃ １ ￣ ３ ］ 和Ｄ ｗ ， 经过国内外专家的多年研究、 改进 ， 基 于变换域 的数字水印算法具有较强的鲁棒性 ， 但还是 在一定程度上忽略对算法速度的关注 ， 有些算法鲁棒 性很高 ， 但处理 速度较慢 ， 在小图像 中嵌入水印的时 间也可能要 １ 分钟 。而实际的应用图像往往非常大 ， 有一些应用甚至有实时 陛的要求 ，计算工作量大 ， 操 作复杂 的算法就存在实际应用推广价值低的问题 ， 因 此非常有必要研究快速的数字水印算法 。 哈达玛变换
小的 。 然后对水印图像Biblioteka Baidu行置乱加密处理 以消除图
像像素之间的相关性 。本研究采用一种计算简单 、 容
易实 现 的置乱 方法 。 设 二值 水 印图像 大小 为 １ Ｔ Ｉ ×Ｉ Ｔ Ｉ ， 具 体 的置乱 方法 为 ： １ ） 先 生成 一 个 １ 到／ ／ ／ Ｘ／ ／ ／ ＇ 的序列 ， 根据 密 钥 ｋ ｅ ｙ 进 行置 乱 ， 得 到 随机序 列 Ｐ ；
Ｏ 引言
数字水印技术作为数字多媒体作品版权保护和
认 证 的重 要手 段 ， 近几 年 来发 展 得很 快 。数字 水 印技
相比Ｄ Ｆ Ｔ、 Ｄ Ｃ Ｔ和 Ｄ ＷＴ等 变换 ， Ｈ Ｔ的主 要 优 点 在 于 计 算 复 杂度 低 ， 速度快 ， 容 易 用 硬件 实 现 。二 维
Ｈ Ｔ已经在 图像处理 和图像压缩 领域得到广泛 的应 用。 令 ｘ代表源图像 ， Ｙ代表经过变换后的图像 ， 二维
作者简介 ： 朱碧 霞（ １ ９ ８ ３ 一） ， 女， 浙江诸 暨人 ， 实验 师 ， 硕 士研 究生 ， 主要研 究方向为实验 室技 术和数 字 多媒体技术 ； 李何 明（ １ ９ ８ ２ －） ， 男， 浙江杭 州人 ， 实验师 ， 硕士研究生 ， 主要研 究方向为实验 室技术和 图形 图像 处理。
一
（ ２ ）
１ ． ２ 预 处理 算 法 １ ． ２ ． １原 始水 印 置乱 首先 ， 为 了增 加 鲁棒 性 ， 先 对 原始 水 印 图像 Ｗ重
复四次 ， 也就是 ２ Ｘ ２ 居 中平铺 ， 设原始二值水印 图像
Ｗ
大 小 为 ｍＸｍ， 令１ １ １ ＝ ２ ｍ， 预处 理后 ， 得到 ｍ Ｘ／ ／ １ ＇ 大
。 （ Ｈ ａ ｄ ａ ｍａ ｒ ｄ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ， 下 文 简称 Ｈ Ｔ ） 的变 换 矩 阵 的元
Ｈ ＸＨ
Ｎ
ｒ
１、
式 （ １ ）中 Ｈ 代表一个 Ｎ Ｘ Ｎ的 Ｈ Ｔ矩 阵 ， Ｎ ＝ ２ “ ， ｎ ＝ ｌ ， ２ ， ３ …， 其元素值取为 ＋ １ 或一 １ 。 Ｎ阶的 Ｈ Ｔ矩 阵可 以 由 ｎ 一 １阶 矩 阵 使 用 Ｋ ｒ ｏ ｎ ｅ ｃ ｋ ｅ ｒ 积 ０ 来实现 ， 具体如下 ： Ｈ ＝ Ｈ ｌ ｏＨｌ
技 经 济 市 场
数 字 图像水 印算法 的快 速 实现研 究
朱碧霞 ，李何 明
（ １ 浙 江传媒 学院 电视 艺术 学院 ； ２浙 江传媒 学院新 媒体 学 院 ， 浙江 杭 州 Ｉ ３ １ ０ ０ １ ８ ）
摘 要： 数 字水 印技术作为数字多媒体作 品版权保护和认证 的重要手段 ， 近几年来发展得很快。本 文着 重研 究水 印算法 的快速实现。第一步提 出一种基 于 图像 盲水 印算法 ： 首 先对 原始 图像 进行分块处理 ， 然后通过在分块 Ｈ ａ ｄ ａ ｍ ａ ｒ ｄ变换域 中修 改 中频系数来嵌入水 印， 最后得 出具有 一定使用价值 的结论。实验结果表 明， 算法对常用的图像处理如 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ压缩、 加 噪、 滤波等攻击具有较好的鲁棒 性。第二步 ， 在前人的研 究基础上 ， 实现 Ｇ Ｐ Ｕ 来执行 快速 Ｈ ａ ｄ ａ ｍ ａ ｒ ｄ变换和反变换 。实 验 结果 表 明， 在Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ ＋ ＋下利用 Ｇ Ｐ Ｕ执行 Ｈ ａ ｄ ａ ｍ ａ ｒ ｄ变换在 一定 条件下 比 Ｃ Ｐ Ｕ更 快 ， 实验用 显卡性能越 强， 实验效果 越好 。 关键词 ： 数字水 印； Ｈ ａ ｄ ａ ｍ ａ ｒ ｄ变换； 快速算法 ； Ｇ Ｐ Ｕ
素取值最多只有两种 ， 即｛ １ ， － １ ｝ ， 所 以有速度快 、 容易 用 硬件 实现 的优点 。本 研 究首 先 提 出 了一 种利 用 ＨＴ 的快速数字图像盲水 印算法 。其次 ， 利用最新的 Ｇ Ｐ Ｕ
技术 ，通过 Ｇ Ｐ Ｕ执 行 快 速 Ｈ ａ ｄ ａ ｍ ａ ｒ ｄ变 换 和 反变 换 ， 仿 真实 验 表 明 ，在 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ ＋ ＋下 Ｇ Ｐ Ｕ 上 执 行 Ｈ ａ ｄ ａ ｍａ ｒ ｄ变换 在 一定 条件 下 比 Ｃ Ｐ Ｕ更快 ，对 于处理