扩频水印鲁棒性分析
第26卷 第6期 2010年6月信号处理SIGNAL PROCESSING Vol.26. No.6Jun.2010
收稿日期:2009年10月12日;修回日期:2009年12月7日基金项目:国家863项目(2007AA01Z460),国家十一五科技支撑计划重大项目(2008BAH33B01),国家自然科学基金(60773015)三扩频水印鲁棒性分析
曾高荣 裘正定 章春娥 孙冬梅
(北京交通大学信息科学研究所,北京100044)
摘 要:数字水印的鲁棒性是水印技术实用化的一个重要指标三与通过StirMark 测试和各种仿真测试不同,本文定义互信息作为代价函数,建立扩频水印系统鲁棒性描述和度量的一般模型,并对加性扩频水印的鲁棒性进行详细分析,推导出评估鲁棒性的互信息度量计算模型,仿真分析了盲检测和非盲检测条件下互信息函数对鲁棒性的评估结果三实验以统计误比特率的方法计算图像DCT 域中低频系数为载体的扩频水印误码率,当水印噪声比变化时,互信息函数和误码率之间的匹配关系验证了互信息度量模型的有效性三互信息函数可以作为代价函数评估水印的鲁棒性,并预测误码率的变化趋势三
关键词:扩频水印;鲁棒性;互信息;误码率;DCT
中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1003-0530(2010)06-0936-05
Analysis for Robustness of Spread spectrum watermarking
ZENG Gao?rong QIU Zheng?ding ZHANG Chun?e SUN Dong?mei (Institute of Information Science,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)
Abstract : Robustness is one of the most important requirements when digital watermarking is applied.Different from StirMark test and various simulation tests,a mutual information function is defined as a criterion measuring the robustness of spread spectrum wa?termarking algorithm.As an example of the additive spread spectrum watermarking scheme,the calculation formula of mutual informa?tion function is derived to evaluate the robustness of algorithm.Numerical computation of mutual information is performed with change of watermark noise rate (WNR)under blind detection and non?blind detection.Error probability of watermarking scheme can be calculat?ed to validate the measurement of mutual information function.In the experiment,middle and low frequency AC coefficients are selected as the host,and the statistic bit error rate is derived under the additive spread spectrum watermarking scheme and additive noise.Ex?periment results show evaluation conclusion of mutual information method is matched with that of empiric bit error rate (BER)against
the WNR.Mutual information function can be selected as a cost function to evaluate the robustness of watermarking algorithm,and pre?dict the BER.Key words : Spread spectrum watermarking;Robustness;Mutual information;Bit Error Rate (BER);DCT 1摇引言
扩频水印是Cox [1]发明的一种鲁棒多媒体水印技
术,其基本思路是借鉴扩频通信以高传输带宽换取低
的传输信噪比的思想,将1比特水印信息隐藏在多个
载体系数中,达到扩频和降低传输信噪比的目的三作
为一种信息安全技术,数字水印在取证应用中,并不严
格要求内容无失真传输,只要人们在视觉或听觉上感
知无变化,允许内容使用时和原始内容存在一定程度
的失真三这就要求隐藏在数字内容中的水印信息在传
输和处理后能被合法检测,这种抵抗噪声或一般信号处理的能力称为数字水印的鲁棒性三在扩频数字水印中,往往采用线性相关方法检测水印,用检测统计量本身作为算法鲁棒性度量尺度[2],或者固定鲁棒性将相关系数降至阈值以下时的噪声幅度[3]作为算法鲁棒性指标三更一般的还有StirMark 软件序列,它是Petitcolas 等开发的首个用于数字图像水印系统鲁棒性测试的通用工具[4],Checkmark [5]和Optimark [6]是它的扩展和改
进版本三该类测试工具规定嵌入的数据有效载荷容量(一般80比特)二必须保证的保真度(由专门的感知模