信息隐藏技术 第四章 数字图像水印

按水印载体分类
•图像水印 Image watermarking •视频水印 Video watermarking •音频水印 Audio watermarking •文档水印 Text watermarking •软件水印 Software watermarking
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按嵌入域分类
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Steganography and watermarking
•Steganography
In steganography, the object of communication is the hidden message. This message may have nothing to do with the carrier. A goal of steganography is to keep the message (or the communication of) from being detected.
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扩频原理
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直接序列扩频
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Biblioteka Baidu 扩频嵌入
•加性嵌入
data : 01001110⋯⋯ data′ : −1 + 1 − 1 − 1 + 1 + 1 + 1 − 1⋯⋯ − s ( j ), + s ( j ), − s ( j ), − s ( j ), + s ( j ), + s ( j ), + s ( j ), − s ( j )⋯⋯ s ( j ) ∈ N (0, σ s2 ), j = 1, 2,⋯ , L
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数字水印系统
•Basic design of a system
Original work Watermarked work (looks like original) Detected message Watermark detector
Watermark embedder Message (regarding work)
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按可逆性分类
•不可逆水印 Non-reversible •可逆水印 Reversible/Invertible/Lossless
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数字水印的攻击方法
•Signal enhancement (sharpening, contrast enhancement, etc.) •Additive and multiplicative noise (gaussian, uniform, etc.) •Filtering (High pass, low pass, linear, nonlinear, etc.) •Lossy compression (JPEG, MPEG-x, H.26x, etc.) •Geometric transforms (translation, rotation, etc.) •Data reduction (cropping, clipping, etc.) •Transcoding (MPEG2, H.263, etc.) •D/A and A/D conversion (print-scan, etc.) •Collusion attack •Mosaic attack •Ambiguity attack •……… 2011-11-30
•Watermarking
Watermarks, on the other hand can be considered more of attributes of the carriers. They convey some information about the carrier, author, or owner. The existence of an embedded watermark may be known or unknown. The idea here has less to do with secrecy than to do with survivability.
• Prof. Ingemar J. Cox
University College Lodon, NEC Research Institute, "Secure Spread Spectrum Watermarking for Multimedia", IEEE Trans. on Image Processing, 6, 12, 1673-1687, (1997) Times Cited(2008.9.22): 655
•盲检测 Blind detection
Don’t use original signal or side information.
•半盲检测 Semi-blind/Informed detection
Don’t use the original signal, Use side information and/or original watermark.
x′( j ) = x( j ) + α × d × s ( j ).
•乘性嵌入 •指数嵌入
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x′( j ) = x( j )(1 + α × d × s ( j ))
x′( j ) = x( j )eα ×d ×s ( j )
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相关检测
•非盲检测
T= ( x′( j ) − x ( j )) s ( j )T s( j )
2
+α ×d ×
s ( j ) s ( j )T s( j )
2
σ x2 p (T ) = N (α × d , ) 2 Lσ s
if if
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1 T > α, d =1 2 1 T < − α , d = −1 2
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错误检测概率
•错误肯定概率Ffp, A false positive probability •错误否定概率Fnp, A false negative probability •非盲检测 Ffp=0, Fnp=0 •盲检测 Ffp=?, Fnp=?
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盲检测错误概率
•Fnp
s ( j ) ∈ N (0, σ s2 ), j = 1, 2,⋯ , L, x′( j ) = x ( j ) + α × d × s ( j ), T= x′( j ) s ( j )T s( j )
2
=
x ( j ) s ( j )T s( j )
Robust against user level operations, e.g. image compression. 2011-11-30
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按可见性分类
•不可见水印 •可见水印
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按检测方式分类
•非盲检测 Non-blind detection
Use the original signal.
第四章 数字图像水印
陈真勇
北京航空航天大学计算机学院 先进计算机应用技术教育部工程研究中心 2010年10月26日 2010年10月26日
第三章 内容回顾
•隐写术概述 •经典隐写算法 •隐写分析方法
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2
第四章 主要内容
•数字图像水印概述 •数字水印算法 •基于HVS的图像水印 •鲁棒数字图像水印 •脆弱数字图像水印
2
=α ×d ×
s ( j ) s ( j )T s( j )
2
=α ×d
if if
1 T > α, d =1 2 1 T < − α , d = −1 2
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相关检测
•盲检测
T= x′( j ) s ( j )T s( j )
2
=
x ( j ) s ( j )T s( j )
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按鲁棒性分类
•鲁棒水印 Robust
Against adversary based attack.
•脆弱水印 Fragile
For tamper proofing, e.g. losing watermark implies tampering.
•半脆弱水印 Semi-Fragile
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数字指纹Digital fingerprinting
•数字指纹利用数字作品中普遍存在的冗余 数据和随机性，向被分发的每一份图像、 视频等数据拷贝中嵌入不同的信息，这些 信息被称作“指纹”，使得该拷贝是唯一 的，从而可以在该拷贝被非法分发时，根 据其唯一性特征跟踪有盗版行为的用户。
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•Security 安全性
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数字水印的分类
•水印载体 Carrier •嵌入域 Embedding domain •鲁棒性 Robustness •可见性（可察觉性） Visibility •检测方式 Detection •可逆性 Reversibility
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•空域水印
Watermark embedded by modifying pixel values.
•变换域水印
Watermark embedded in transform domain. DCT, DFT or wavelet. Coefficients of global or block transform modified.
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信息隐藏研究范畴
•Fabien博士(1999)
信息隐藏
隐秘通道 隐写术 阈下信道 数字水印 可视分存 隐写 隐写分析 鲁棒水印 脆弱水印 普通水印 数字指纹
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数字水印定义
•Digital watermarking is the process of embedding information into a digital signal. The signal may be audio, pictures or video, for example. If the signal is copied, then the information is also carried in the copy. •数字水印是永久镶嵌在其他数据(宿主数据) 中具有可鉴别性的的数字信号或模式，而 且并不影响宿主数据的可用性。
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数字水印的属性
•Embedding effectiveness 嵌入的有效性 •Fidelity 保真性 •Data payload 数据容量 •Blind vs. informed detection 盲检测或含辅助信 息检测 •False positive rate 虚警率或错误肯定率 •Robustness 鲁棒性
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数字图像水印的发展过程
•第一阶段
基本的嵌入与检测方法
•第二阶段
基于HVS的水印方法，鲁棒水印/脆弱水印
•第三阶段
可逆水印
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第四章 主要内容
•数字图像水印概述 •数字水印算法 •基于HVS的图像水印 •鲁棒数字图像水印 •脆弱数字图像水印
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扩频水印算法
2
+α × d ×
s ( j ) s ( j )T s( j )
2
,
σ x2 p (T ) = N (α × d , ), 2 Lσ s
if 1 T > α , d = 1； if 2
1 α 2 −∞
1 T < − α , d = −1. 2
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Pfn = ∫
p (T )dt.
盲检测错误概率
•Ffp
T= x( j ) s ( j )T s( j )
2
,
σ x2 p (T ) = N (0, ), 2 Lσ s
if
1 T > α , d = 1； if 2
1 − α 2 −∞ ∞
1 T < − α , d = −1. 2
1 α 2 1 − α 2
Pfp = ∫
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p (T )dt + ∫1 p (T )dt = 1 − ∫
2
α
p (T )dt.
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扩频水印算法例子
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扩频水印算法例子
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Alpha = 8.0
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扩频水印算法例子
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Alpha = 16.0
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CDMA算法
•CDMA码分多址
利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给 不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同的用户 的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码， 就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实 现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送 者可用不同的扩频编码，分别向不同的接收者发送 数据； 同样，接收者用不同的扩频编码，就可以收 到不同的发送者送来的数据，实现了多址通信。