混合方法增强图像安全：保护数字图像版权

### 混合方法增强图像安全：保护数字图像版权 #### 1. 引言 在过去几十年里，互联网技术的普及极大地改变了我们的生活。它让数字文档（如图像、视频、文本和音频）的传播变得更加容易。然而，便捷的图像处理工具也使得数字数据的复制、修改和重新分发变得轻而易举，这严重侵犯了多媒体数据所有者的知识产权。因此，数字数据的版权保护成为了当前研究的一个重要领域。 为了解决多媒体数据版权保护的问题，人们提出了许多数据安全技术，主要可以分为加密方法和信息隐藏方法。加密方法将信息转换为高度保护的格式，只有经过授权的用户才能解密和恢复信息，但缺点是解密后的信息不再安全，而且加密过程比信息隐藏更复杂。信息隐藏技术中的水印和隐写术比加密技术更简单、更安全。 隐写术只有预期的接收者才能识别隐藏信息的存在，大多数用户甚至无法检测到消息的存在，这限制了它在多媒体应用中的使用。而且在隐写术中，消息和水印需要相互不相关。而在基于水印的加密技术中，消息和水印可以相关也可以不相关。 水印技术和隐写术的区别还在于水印嵌入的方式。在水印技术中，嵌入的水印可以是可见的也可以是不可见的，而在隐写术技术中，水印总是不可见的。在这三种技术（隐写术、加密和水印）中，水印是在多媒体应用中最广泛使用的，用于版权保护或版权认证。 数字水印算法的性能主要由不可感知性和鲁棒性这两个关键参数决定。这两个参数相互关联，需要在它们之间进行权衡。虽然文献中提出了许多解决这个问题的方法，但目前还没有一种独特的数字水印方法能够为多媒体数据提供针对所有可能威胁的安全保护。 |信息隐藏方法|特点| | ---- | ---- | |加密|将文本或其他信息转换为目标文件格式，一对一通信，隐藏消息，主要关注隐藏消息的检测| |隐写术|隐藏信息，加密消息对所有人可见，一对多通信，改变数据使其不可读，解密后的数据容易重新分发，试图保护消息内容| |数字水印|以隐藏方式在文件（文本、音频、视频、图像等）中嵌入标识符，一对多通信，关注水印被篡改的可能性，可根据应用需求设计脆弱或鲁棒的水印系统，水印可见或不可见，目标是认证/保护源数据的版权| #### 2. 文献综述 水印可以在空间域或变换域中嵌入图像。空间域水印直接改变宿主图像的像素值，优点是实现简单且数据容量高。通过多次嵌入水印可以增强安全性，有助于水印在攻击下存活。但空间域水印技术容易受到图像压缩、旋转等处理攻击。 变换域水印则是将宿主图像和水印图像转换到频域，然后根据人类视觉系统（HVS）将水印系数嵌入宿主图像。与空间域技术相比，变换域技术具有更好的鲁棒性和不可感知性。 为了提高数字水印的不可感知性和鲁棒性，人们使用了各种变换技术，如离散傅里叶变换（DFT）、离散余弦变换（DCT）、离散小波变换（DWT）、分数傅里叶变换（FrFT）、离散分数余弦变换（DFrCT），以及一些线性代数变换方法，如奇异值分解（SVD）和QR分解。 以下是一些不同学者提出的水印算法： - I.J. Cox（1997）提出了基于DCT的非盲数字水印算法。 - C.T. Hsu等人（1998）提出了一种多分辨率水印算法，使用宿主图像和水印图像的子带DWT系数，该算法对常见图像处理攻击具有良好的鲁棒性和不可感知性，但在几何攻击下表现不佳。 - C.T. Hsu等人（1999）提出了一种算法，探索中频DCT系数来嵌入水印，而不影响低频系数。 - Wen - Nung Lie等人（2000）提出了一种鲁棒算法，通过计算DCT系数并将水印系数插入其中间频段，在不同几何和非几何攻击下表现良好，并且在提取水印时不需要宿主图像，但该算法计算成本高，无法承受裁剪攻击。 - M. Barni等人（2001）开发了一种基于像素级掩蔽模型的算法，利用HVS特性提高水印的不可区分性和鲁棒性，但仅靠这种信息进行亮度或纹理计算是不够的。 - W.C. Chu（2003）提出了一种子采样技术，使用属于各个子图像的DCT系数的随机扰动，这是一种盲水印算法，对重水印、勾结攻击、噪声添加和高通滤波具有较好的鲁棒性，但在压缩攻击下表现不佳。 - S.U. Liyun等人（2006）提出了基于模糊c均值的自适应图像水印算法，将图像块分为两类，并使用频率掩蔽技术微调水印的功率，该算法在各种图像处理攻击下表现良好。 - V.S. Verma（2013）提出了一种算法，通过计算LWT系数的差值，随机扰乱CH3子块子带，然后将水印插入获得的最大系数中，该算法对不同几何和非几何攻击具有良好的鲁棒性，并且与使用相同方法的算法相比，具有更好的视觉质量。 - Singh等人（2014）提出了一种新的基于多变换的鲁棒水印方案，对宿主图像应用DWT、DCT和SVD变换来获得水印图像，该算法使用了多种变换，使得计算复杂。 - Ahm