数字水印(Digital Watermark),就是将特定的数字信号嵌入数字产品中保护数字产品版权、完整性、防复制或去向追踪的技术。

先从傅里叶变换出发:

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(1)

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(2)

指数傅里叶变换是:

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(3)

从上述变化看到,傅里叶变换的结果得出的是原函数的系数。

由傅里叶变换出发,得出离散余弦变换DCT:

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(4)

同样的可以看到,DCT的结果同样是原函数的系数。

同样存在离散余弦反变换:

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(5)

由于要处理图像,所以使用二维DCT:

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(6)

其结果是一个系数矩阵。

水印技术的一种就是将满足正态分布的伪随机序列加入到图像的DCT变换后对于人眼视觉最重要的系数中,步骤大概如下:

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(7)

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(8)

我们仅利用L个DCT低频系数来嵌入水印。 这是因为:

(1) 低频系数集中了信号大部分能量, 对信号较为重要。

(2) 通常低频系数具有较大的值, 水印信号嵌入后对图像影响较小, 有利于保证不可见性。

(3) 直流系数代表了块的平均亮度, 对直流系数的改变容易导致分块效应(Block Effects)。

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(9)

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(10)

加水印前后的图像

这个过程简单说就是,对于原图像

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(11)

原图像

经过二维DCT后,得到变换后的系数:

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(12)

图像变换后的系数矩阵

再把产生的噪声信号

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(13)

噪声信号

加到系数矩阵里面,经过离散余弦反变换后就得到了加上了水印的图像:

数字图像盲水印和非盲水印(图像水印产生过程的简单理解)(14)

加水印后的图像

由于噪声信号的产生过程不同,因此这个过程可以实现加密。

这里好像有关疑问,为什么不直接把噪声信号加在原图像上面?一是因为像素值是0-255,不经过处理直接相加的话会超过这个范围,而是因为傅里叶变换的系数可以区分高频低频,以便进行进一步的处理。

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