一种基于矢量量化彩色图像的水印方法

第37卷第2期中国科学技术大学学报Vol.37,No.2 2007年2月J OURNAL OF UNIVE RSITY OF SCIE NCE AND TECHNOLO GY OF CHINA Feb.2007文章编号:025322778(2007)022*******

一种基于矢量量化彩色图像的水印方法3

邱应强,程义民,王以孝

(中国科学技术大学电子科学与技术系,安徽合肥230027)

摘要:给出了一种基于彩色图像矢量量化压缩域的码字索引上的水印嵌入算法.在对彩色图像进行矢量量化时,采用一套训练好的共享码本分别对彩色图像分离出的红、绿、蓝三色分量所对应的单色图像进行矢量量化编码,并同时在每n个彩色图像块中最多修改其中一个图像块的某一影响最小的单色图形块所对应索引的奇偶性,嵌入log2(n+1)比特的水印信息.该方法已在微型计算机上进行了实验,结果表明,图像水印的嵌入引起的失真较小,并且水印具有一定的鲁棒性.

关键词:数字水印;矢量量化;共享码本;嵌入/提取矩阵

中图分类号:TP391 文献标识码:A

A VQ2based w aterm arking method for color im ages

Q IU Y ing2qiang,C H EN G Y i2min,WAN G Y i2xiao

(Dept.of Elect ronic Science and Technolog y,Universit y of Science and Technology of China,Hef ei230027,China)

Abstract:A watermarking algorit hm based on codeword index of VQ2comp ressed domain for color images was presented.During t he vector quantization of a color image,t hree monochrome images separated from t he color image were segmented into blocks first,t hen each block was coded wit h t he shared codeboo k generated in advance,meanwhile for every n color image block,by changing t he index’s parity of one

monochrome image block of one color image block,log2(n+1

)bit s of watermarking information were

embedded.Experimental result s show t hat t he embedding of watermarking induces less distortion and t hat t he watermarking has certain robust ness.

K ey w ords:digital watermarking;vector quantization;shared codebook;embed/extract mat rix

0　引言

信息隐藏是新兴的研究领域,它包含了诸如数字媒体的版权保护、数字水印、数字指纹和信息隐秘传输等多方面的技术应用[1].多媒体技术的广泛应用,为信息隐藏技术提供了更加广阔的应用领域.数字水印则可为盗版、伪造和篡改等问题提供有效的版权保护[2].

数字水印的实现需要较多地使用空域方法[2]和变换域方法[3].这两种方法主要通过直接修改空域或变换域中的宿主信息来嵌入水印信息.而对于为存储或传输经矢量量化压缩的宿主信息,嵌入水印信息时,修改的是矢量量化后的索引信息,所以不能直接采用上述两种方法.为此,许多基于矢量量化的数字水印算法相继出现[4～6].

C HU等人介绍的基于矢量量化图像水印方

3收稿日期:2006201204;修回日期:2006207203

作者简介:邱应强,男,1981年生,硕士.研究方向:数字水印.E2mail:cvlab@ 通讯作者:程义民,教授.E2mail:ymcheng@

法[4]采用了码本分裂或膨胀技术产生带标记码字,然后用奇偶调制方式将水印信息嵌入到带标记的索引信息中,该方法对于随机水印信息,其索引标记分配较难保证达到最佳,且嵌入水印信息后,存在较多分配码字为非最佳码字;L U 等给出了一种基于多级矢量量化的图像水印方法[5];L I 则提出了一种DC T 域中基于格型矢量量化的水印方法[6],该方法限于采用格型矢量量化器.

本文给出一种基于共享码本矢量量化的彩色图像水印方法.在用该方法对彩色图像进行矢量量化压缩编码并嵌入水印信息时,预先将训练图像三色分离成三幅单色图像,并分块形成训练矢量集,用LB G 算法[7]生成一套共享码本,用该码本分别对彩色图像红、绿、蓝分量所对应的单色图像进行矢量量化编码,并采用文献[8]给出的数据嵌入算法在每n 个彩色图像块中最多修改其中一个图像块的某一影响最小的单色图像块所对应索引的奇偶性,从而嵌入log 2(n +1)比特的水印信息(・为向下取整,下同).该方法已在微型计算机上进行了实验,并取得了较好的结果.

图1　水印信息嵌入框图

Fig.1　W aterm arking embedding

1　方法概述

该方法在矢量量化压缩域的实现,主要包括水

印嵌入和水印提取两大部分.其中,水印信息嵌入原理如图1所示.彩色图像三色分离得到三幅由各颜色分量组成的单色图像后,将三幅单色图像分块,并预处理预先训练生成的共享码本,然后用该共享码本同时对各单色图像块进行矢量量化编码.从量化得到的索引信息中依次提取n 比特可修改宿主信息组成的可修改矢量,结合密钥2用嵌入矩阵计算出校验矢量,依次根据用密钥1伪随机化处理过的水

印信息中的log 2(n +1)比特信息,确定量化索引修改位置,从与修改位置相对应的三幅单色图像块中选择修改其中影响最小的单色图像块所对应索引的奇偶性,

嵌入log 2(n +1

)比特水印信息.嵌入所有水印信息后,得到含水印的VQ 压缩信息流,用于存储或传输.

水印提取无需原始图像,只需从含水印的VQ 压缩信息流中依次提取n 比特被修改宿主信息,并组成修改后的宿主信息矢量,结合密钥2用提取矩阵即可计算出其中的log 2(n +1)比特嵌入信息.提取所有嵌入信息后,将得到的二值序列用密钥1反伪随机化即可得到嵌入的水印信息.

2　水印算法及实现

2.1　基于共享码本的彩色图像矢量量化压缩

为了实现矢量量化技术有效压缩彩色图像的目的,可将大小为N 1×N 2彩色图像X 的每个像素的颜色分解成红、绿、蓝分量,分别用所有像素的各颜色分量构成大小均为N 1×N 2的I 级灰度值的红色图R 、绿色图G 、蓝色图B.分别将这些单色图像分割成互不重叠的大小为L 1×L 2的图像块,即L 1×L 2维图像块矢量.若将原彩色图像X 表示为

X ={(r (i ,j ),g (i ,j ),b (i ,j )),

0≤i ≤N 1-1,0≤j ≤N 2-1}(1)

其中,r (i ,j ),g (i ,j ),b (i ,j )∈{0,1,…,I -1},则分离得到的三幅单色图像均可分成(N 1/L 1)×(N 2/L 2)个大小为L 1×L 2的图像块R i ,G i ,B i :

R i ={r i (m ,n ),0≤m ≤L 1-1,0≤n ≤L 2-1}

G i ={g i (m ,n ),0≤m ≤L 1-1,0≤n ≤L 2-1}B i ={b i (m ,n ),0≤m ≤L 1-1,0≤n ≤L 2-1}

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