浮水印技術概述

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


(2)Semi-private marking ：

不需要原圖就可以檢驗

F ： I’ * K * M -> {0, 1}


(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


(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

浮水印技術概述

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