浮水印技術概述
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浮水印技術概述
長庚電機 碩一 張晉銓
主要參考 :
浮水印技術對數位醫學影像之品質影響 張咸堯
資訊安全通訊 Communication of CCISA Vol. 9 NO.2 March 2003
Distributed Multimedia Databases: Techniques and Application
Table of contents
簡介浮水印 數位浮水印嵌入技術 數位浮水印所需的必要條件 數位智慧財產權的分類 浮水印技術慨述 結果 討論
浮水印 在欲保護的著作上崁入商標或一些訊息 ( 即為浮
水印 ) ,當要確認版權歸誰有,可取出浮水印做為證明 , 。
可運用在影像 , 視訊 , 音訊…等有版權的東西 一般常見的浮水印:可視性與不可視性
數位浮水印嵌入技術 空間域 (Spatial Domain) 頻率域 (Frequency Domain) 混合 (Hybrid) 視覺密碼學
數位浮水印的目標 透明性 (Transparency) 強韌性 (Robustness) 安全性 (Security) 忘卻性 (Oblivious) 多浮水印 (Multiple Watermarking) 清晰的 (Unamebiguous)
數位智慧財產權的分類I: 原圖 K: 私密金鑰 M: 浮水印 I’: 測試圖
(1)Private marking :
需要嵌入前的原圖配合才能取出浮水印。
F : I’ * I * K * M ->{0, 1}
需要大量的空間管理原圖與浮水印,還有許多 種的私密金鑰
數位智慧財產權的分類I: 原圖 K: 私密金鑰 M: 浮水印 I’: 測試圖
(2)Semi-private marking :
不需要原圖就可以檢驗
F : I’ * K * M -> {0, 1}
數位智慧財產權的分類I: 原圖 K: 私密金鑰 M: 浮水印 I’: 測試圖
(3)Public marking (blind marking) :
無原圖下,只需要私密金鑰就可取出浮水印
F : I’ * K -> M
數位智慧財產權的分類I: 原圖 K: 私密金鑰 M: 浮水印 I’: 測試圖
(4)Asymmetric marking (Public key marking) :
只需公開金鑰便可驗證浮水印存在
但要有私密金鑰才可移除浮水印
能加強金鑰的安全性
浮水印技術 頻域 : (1) COX 法 (2) C.T.HSU 法 (3) 不需原圖法 (4) Tsai…
時域 : Tseng 法…
其他 : 1. 利用碎形原理 2. 次頻帶編碼技術…
改良後 Cox 法 vi
’= vi +αxi
( 頻域 )
HSU方法 3. 影像區塊
重排
原始數位影像 原始浮水印
1. 以亂數攪亂浮水印
4. 浮水印區塊與原圖區塊之配對
5. 藏入浮水印資料
離散餘弦反轉換 (IDCT)
已藏匿浮水印之數位影像
2.DCT
6. 反向重排
流 程
Hsu 取出浮水印
的流程圖
不需原圖法 Just-noticeable
difference (JND)
Tsai Gray-Level Watermarking 影像 256*256 ,浮水印 128*12
8 為例
}255~0{),(},0,0|),({
}255~0{),(},0,0|),({
jiwMjMijiwW
jixNjNijixX
MM
jix
x
M
i
M
jf
avf
1
0
1
0
),(
44
)4,4(
),(
14
0
14
044 MM
x
jbiaW
baQ
avf
M
i
M
jr
計算 DCT 係數平均值
量化表
)1(..........7)255
248*),((),('
yxIroundyxI
1. 由於區塊灰階平均值隱藏技術 有可能產生反轉效應,所以要把原始影像做一些處理。
( 時域 )Tseng 方法
0
255
7
248
2. 把處理過之影像重新排列
65536 / 4096 = 16
block數目 /浮水印大小影像大小
1 2
1 2 …………….. 15 16
1 2 ……………. 15 16
區塊數目及區塊所含值之數目
16 個數目
4096 個區塊
……
…
1 4097 ……… 57345 61441
2 4098 ……… 57346 61442
4096 8192 ……… 61440 65536
……
…
對應維矩陣之位置
影像 :256*256 浮水印 :64*64
浮水印大小影像大小
舉例
3. 嵌入浮水印(1) 計算每個區塊的平均值
(2) 根據浮水印的值,來計算修正值
其中 p 為自訂數, w(i) 為浮水印的值
(3) 根據平均值 () 和修正值 ()來藏入浮水印,計算如下 :
4. 把嵌入浮水印後得到之反向重排,即可得到一張加入浮水印之影像。
1w(i), 13))24mod((
0w(i), ))24mod((
ppddr
ppddr
iii
iii
ii rdjiBjiB ),(),('
原始浮水印
結果
R
ji jiB
Rd
1
),(1
原始影像
Tseng 取出浮水印法 先將待測影像打散重排 計算每一區塊的平均值
1
1( , )
R
avij
f F i jR
F(i,j)其中 為影像打散重排的值
( ) 0 if mod(4 2)
( ) 1 if mod(4 2) (3 1)
avi
avi
G i f p P P
G i f p P P
誤差圖的評估
各種浮水印技術的差異
Cox , Hsu , Tsai 需要原圖才可解浮水印 不需原圖法與 Tseng 法不需原圖就可以解出 Tsai 可嵌入灰階浮水印 Tseng 可嵌入的資料量較大 Cox , Hsu , Tsai ,不需原圖法都為頻域技
術 Tseng 為時域技術
結論 頻域的方法較容易理解 時域的演算法較易實現 浮水印中的黑點數目,浮水印大小都會影響 P
SNR 值 根據所需的用途選擇適合的浮水印技術
結束
謝 謝 大 家 !!!
DCT
1-1,2....Zfor t 2
0for t 1
{)(
)2
)12)(
2
)12(cos(),()()(),(
)2
)12)(
2
)12(cos(),()()(),(
1
0
1
0
1
0
1
0
Z
ZtC
m
vm
n
unvuXvCuCmnx
m
vm
n
unmnxvCuCvuX
n
u
m
v
n
n
m
m
Return Effect
Reason
In the algorithm , the block is regarded as an unit. Form accounting , between two block which are side by side were produced of the difference !
Block Effect
關於頻域影像區塊重排
原圖區塊編號
8*8 區塊內非零值的數目
4 52
0 43
2 36
5 32
7 26
1 12
6 10
3 8
浮水印區塊編號
2*2 區塊內有值的數目
2 4
3 4
0 3
1 2
5 2
7 2
4 1
6 1
浮水印區塊編號
0
1
2
3
4
5
6
7
原圖影像區塊編號
0
1
23
4
5
6
7
+ =
原始影像 數位浮水印 嵌入浮水印後之影像
圖為不可視性浮水印
圖為可視性浮水印
空間域
所謂空間域的技術是以直接改變或調整數位媒體 單位元素,來達成嵌入資訊的目的。最典型的代 表技術就是 LSB(Last Significant Bit)
優點在於計算快速、透明性好,但對於幾何變形 (Geometric Transform) 如旋轉及壓縮較為脆弱
頻率域
這類的主要轉換技術,有傅立葉轉換 (FT) ,離散餘弦轉換 (DCT) 或
離散小波轉換 (DWT) 等技術。
其中小波轉換有許多數學模型可進行轉換,如 Antonini 、 Haar、 D
aub4、 villa4 等。許多文獻指出離散小波轉換有很好的特性。
DWT具有提供了數位媒體的多重解析 (Multi-resolution)觀點。而 JP
EG2000採用小波轉換的影響,使小波轉換更受重視。
混合
Kii提出結合 Patchwork 和 DCT 的方法可以有
效加強浮水印的強韌性。還有 Lu 等人提出”
雞尾酒式浮水印” (Cooktail Watermark) 的新
方法,讓影像嵌入兩個互補式的浮水印,再遭
遇攻擊時,能夠加強浮水印的強韌性。
視覺密碼學的研究技術
Chang 和 Chung 以視覺密碼學為基礎提出一視覺秘密分享技術。運用所要處理的影像打散產生所要疊合的子圖 1 ,另外運用所要嵌入的的浮水印與子圖 1 產生子圖 2 。要驗證時只有將子圖 1 和子圖 2疊合即可。這個方法不需要繁雜的計算就可以取出浮水印,但是缺點是不可使用灰階影像。
Toral autopmorphism
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