Digital image authentication and recovery: Employing integer transform based information embedding and extraction

Recently, several semi-fragile watermarking approaches with the additional capability of image recovery have been proposed. However, the security, robustness, and image recovery aspect of these approaches have certain shortcomings. In this paper, a novel semi-fragile watermarking framework using integer transform based information embedding and extraction is proposed, which allows accurate authentication and recovery of the image. It is based on integer wavelet transform with improved security against collage attack, enhanced robustness, and capability of producing better quality recovered image. Security is enhanced by correlating the to-be-embedded watermark with the approximation subband of wavelet transform. Similarly, no unprotected area is left for attacks on the image, either in spatial or transform domain. Robustness is enhanced by using the idea of embedding in largest coefficient inside a group and correlating it with the quantized version of the mean of the group. In particular, the recovery approach is improved by introducing lossless compression and BCH coding of the integer DCT based low-pass version of the cover image itself. Alteration sensitivity is improved compared to traditional block-based approaches and thus the proposed approach can concisely determine the regions where the integrity verification fails. Experimental comparisons with existing approaches validate the usefulness of the proposed multiple semi-fragile watermarking approach.     

结合Zernike 矩和水印的半脆弱图像认证

水印安全性、抗JPEG 的鲁棒性和篡改检测能力的矛盾、计算复杂度是现有基于数字水印的半脆弱图像认证算法需要克服的主要问题. 本文提出一种结合Zernike 矩和水印的图像认证算法. 利用图像小波变换低频子带的Zernike 矩幅值的半脆弱特性区分恶意攻击和偶然攻击. 结合基于HVS (人类视觉系统) 的水印后，可判断图像是否受到伪认证攻击，提高了水印安全性. 通过采用基于提升格式的整数小波变换，有效降低了算法计算复杂性. 实验结果表明，算法对较低质量因子的JPEG有损压缩鲁棒，对剪切、替换等恶意修改敏感且可准确定位篡改位置.     

一种基于自适应量化的半脆弱图像水印算法

提出了一种基于自适应量化的半脆弱图像水印嵌入方案，能够在不参考原始载体的情况下对数字图像同时进行版权保护和内容认证．该半脆弱水印嵌入方案具有以下特点：（1）抽取并利用了原数字水印的特征信息（作为辅助水印）；（2）采纳了基于人眼视觉特性的自适应量化策略；（3）数字水印信息的提取不需要原始载体图像；（4）采用整型提升小波变换，克服了小波域水印算法普遍存在的舍入误差问题；（5）能够同时进行版权保护与内容认证，并可确定篡改发生区域．仿真实验表明：该小波域水印嵌入方案不仅对JPEG压缩、叠加噪声、平滑滤波等常规图像处理具有较好鲁棒性。而且能够对替换等恶意图像篡改做出报警反应，同时其误检率与漏检率等关键技术指标均优于现有半脆弱水印嵌入算法．     

Dual-purpose semi-fragile watermark: Authentication and recovery of digital images

This paper presents a framework based on a single dual-purpose semi-fragile watermark to verify the integrity of digital image along with the recovery of distorted image. The watermark is correlated to the host image for detecting the collage attack and then embedded in their respective wavelet subbands. Unlike the conventional block-based approaches, this work has the ability to determine the unverified regions concisely. Huffman and BCH coding are utilized while generating the watermark. Integer DCT has been exploited as it can be highly compressed by Huffman coding as compared to the conventional DCT contents. The proposed technique exhibits the flexibility between imperceptibility, robustness, and capacity. In addition, integer wavelet transform has been used to reduce the computational complexity of the algorithm. Evaluation of experimental investigation shows the performance of dual-purpose semi-fragile watermark.     

一种新的半脆弱彩色图像数字水印算法

提出了一种基于内容的半脆弱彩色图像数字水印嵌入算法, 该算法可同时用于彩色图像的版权保护和内容认证．首先将彩色载体图像从 RGB 空间转换到 YCrCb 空间．然后对亮度 (Y) 进行 L+1 级小波分解, 并将分解后的小波近似系数用混沌序列进行调制从而生成基于图像内容的数字水印信号．最后对亮度 (Y) 及色差 (Cr 和 Cb) 进行 L 级小波分解, 并结合视觉感知特性及局部系数相关特性, 通过分块量化措施将水印信号嵌入到载体图像 (Y、Cr和Cb) 的小波域中．仿真实验表明, 本文算法不仅具有较好的透明性, 对JPEG压缩、叠加噪声、平滑滤波等常规图像处理操作具有较好的鲁棒性, 而且能够对剪切、替换等恶意图像篡改作出报警并确定被篡改位置．同时常规图像处理下其误检率与漏检率均比较低．     

基于小波域SVD的彩色图像自适应水印方案

提出了一种针对彩色图像认证的半脆弱水印方案,彩色图像亮度信息通过线性变化处理后进行离散小波变换（DWT）,对低频子图分块后进行奇异值分解（SVD）,将置乱后的二值水印信息通过自适应量化嵌入到奇异值中实现内容认证。线性变化处理能改善由水印带来的对彩色图像明暗度的影响,同时利用一维Tent混沌的特性构成混沌二维置换网络,只需要一个初值,使算法更加简单。由实验结果表明该算法对JPEG压缩稳健,而对恶意操作敏感,同时水印提取是盲提取的。     

一种基于小波变换的三维网格模型水印算法

提出了一种基于小波变换的强壮三维网格模型数字水印算法。首先采用一种平面参数化算法将三维网格模型映射为二维参数网格，三维网格模型表面的几何信号相应转换为二维信号，然后采用一种自适应小波水印算法加入水印。实验结果显示该水印算法能够抵抗各种几何信号处理攻击。     

基于视觉掩蔽的半脆弱水印技术研究

以人眼视觉系统的掩蔽特性为基础,提出了一种基于分组量化的自适应半脆弱水印嵌入方案,该方案能够在不参考原始载体的情况下对数字图像同时进行版权保护和内容认证。仿真实验结果表明,所提出的半脆弱水印方案不仅具有较好的透明性,对JPEG压缩、叠加噪声、平滑滤波等常规图像处理操作具有较好的鲁棒性,而且能够对剪切、替换等恶意图像篡改做出报警并确定被篡改位置。同时常规图像处理下其误检率与漏检率均比较低。     

基于提升方案小波的半脆弱水印图像认证算法

在小波变换域内,将水印嵌入在特定的小波系数中,对图像带来的失真影响很小,同时可以准确地检测和篡改定位,因此目前实现认证的脆弱水印和半脆弱水印大多在小波域内.提出了一种使用提升小波变换的半脆弱水印方法.在原始宿主图像经过提升小波变换之后的低频子带,根据水印和小波系数的特征自适应地修改小波系数,嵌入过程实现了很好的不可见性和鲁棒性,实现了盲提取,并能准确地实现篡改的检测和定位.     

基于小波能量的自适应半脆弱认证水印算法

该文利用小波变换,将图像从空域变换到小波域,结合树型结构性质选取相应的嵌入位置,并定义小波树的能量,根据小波系数的横向能量和纵向能量确定各层树上的嵌入强度,构造了一个非常实用的半脆弱水印认证算法。     

基于人工神经网络的半脆弱零水印技术

提出了基于人工神经网络的半脆弱零水印技术。首先在宿主图像中随机选择像素点,然后利用神经网络构建所选择像素点与其3×3邻域像素之间的关系,并与二值水印图像进行异或运算得到水印检测密钥,作为所构造的零水印。由于仅从宿主图像中抽取特征构造水印,而没有向图像中嵌入信息,避免了嵌入水印所导致的图像变形。该技术可以用于图像真实性、完整性认证,并可定位篡改发生的位置,且对于JPEG图像压缩具有一定的稳健性。实验结果证明了算法的有效性。     

基于混沌的DWT域多功能图像数字水印算法

提出了一种基于混沌的DWT域多功能图像数字水印算法。原始水印分为鲁棒水印和半脆弱水印,分别用于版权保护和图像认证。根据不同的应用,鲁棒水印又分为容量小但鲁棒性要求相对高和容量大但鲁棒性要求相对低的两种,它们和半脆弱水印分别嵌入DWT域的不同部分。并利用广义猫映射置乱鲁棒水印和Logistic混沌系统生成半脆弱水印以提高安全性。实验表明,嵌入水印后的图像视觉质量好,其中鲁棒水印能抵抗各种常规图像处理,半脆弱水印能准确地检测并定位内容篡改。     

一种改进的DWT域图像篡改检测算法

改进一种DWT域图像篡改检测算法。该算法将置乱的有意义的二值水印图像利用量化的方法隐藏在载体图像Haar小波变换系数中。图像认证时,对提取的水印和原水印图像的差值图像进行反混沌置乱,再进行形态学处理,从中可以看出认证图像的篡改区域。此算法与Kunder等人提出的基于Haar小波的半易损水印算法相比,能够有效地区分JPEG压缩和恶意篡改,不需要设置阈值来区分JPEG压缩和恶意篡改,可以从水印差值图像直接看出恶意篡改的区域。     

用于图像认证的小波域量化盲水印算法

提出了一种用于图像内容认证的半脆弱水印算法。该算法利用小波变换模极大值提取图像边缘特征,并结合经混沌映射后的小波低频域特征信息生成两个水印。一个主要用于篡改定位,另一个主要用于检测图像的内容篡改。水印嵌入在小波变换的中频域中。水印提取和认证不需要原始水印信息,提高了水印安全性。实验表明,该算法能有效区分偶然失真和恶意篡改,并能定位出篡改发生的位置。     

基于混沌序列的数字水印图像认证算法

本文在研究离散小波分解和混沌序列特点的基础上,提出了一种新的基于DWT域半脆弱水印算法。该算法以小波系数之间的关系作为水印信息,利用混沌映射产生一个密钥来加密水印信息,并分别嵌入到图像块深层小波域的低频子图中。水印的检测不需要原始图像。大量仿真结果证明,该算法嵌入的数字水印既具有很好的隐蔽性,又具有很理想的鲁棒性。     

人眼视觉特性与SIFT相结合的视频双水印算法

针对视频水印容易遭受几何攻击以及水印的鲁棒性与透明性的平衡问题,提出一种基于人眼视觉特性与尺度不变特征变换（SIFT）相结合的抗几何攻击视频双水印算法。首先获取视频序列中人眼视觉掩蔽阈值作为水印的最大嵌入强度。其次,将视频帧进行离散小波变换（DWT）,对中高频子带系数提出基于视频运动信息的自适应水印算法;针对低频子带,提出基于小波低频系数统计特性的抗几何攻击视频水印算法。最后,以SIFT作为触发器判断视频帧是否遭受几何攻击,对遭受几何攻击的视频帧利用SIFT的尺度与方向不变性进行校正,并对校正后的视频帧提取水印信号;针对非几何攻击的视频帧,直接利用中高频提取算法。所提算法与实时性视频水印算法——基于小波域直方图的视频水印（VW-HDWT）算法比较,峰值性噪比值（PSNR）提高了7.5%;与基于特征区域的水印算法相比,水印嵌入容量提高约10倍。实验结果表明,在保证水印透明度较好的情况下,所提算法对常规几何攻击具有较强的鲁棒性。     

一种新的自适应半脆弱水印算法

提出了一种基于图像内容的自适应半脆弱数字水印算法．该算法首先结合梯度分割阈值选取策略, 自适应抽取图像内容特征并作为水印信息；然后利用载体图像邻域特性自适应确定量化步长,并通过量化调制小波系数嵌入数字水印；最后通过比对提取出的水印信息与重新抽取出的图像内容特征,实现对待检测图像的完整性检验和篡改定位．仿真实验证明, 该自适应半脆弱图像水印算法不仅具有较好的篡改检测与定位能力,而且具有较强的抗攻击能力.     

基于提升方案的harr小波变换图像水印算法

提出一种基于提升方案的harr小波变换的图像水印算法。该算法将水印图像通过m序列实现图像的置乱,与经过小波变换后的载体图像的低频系数值按位进行异或得到需要的密钥,原始图像由小波反变换得到。实验结果证明,该图像水印算法对图像的旋转、压缩、噪声、滤波、剪切等攻击具有较好的鲁棒性。     

图像内容可恢复的半脆弱水印技术研究

提出了一种图像内容可恢复的半脆弱水印技术,采用自适应水印对图像进行认证、定位篡改,再利用零水印技术从第三方处提取篡改处的恢复水印,重构被篡改作品。认证方案采用基于非抽样Contourlet域奇异值分解的自适应水印认证方法,该方法具有更高的篡改定位精度,能有效区分有意攻击与无意攻击。恢复水印是通过将原始图像分块、置乱后,分别进行4×4编码,再对码流加密后交给第三方获得的。实验结果表明,本算法能够在容许一定压缩比的情况下检测发生的篡改,并有效地恢复被篡改的区域。     

用于图像认证的可恢复半脆弱数字水印

为了提高图像认证的可靠性,提出了一种用于图像内容认证的可恢复半脆弱数字水印方案,该方案不仅能鉴别数字图像内容的真实性,还可近似恢复图像中被篡改的区域。该方案基于半色调处理技术,首先将图像半色调处理后生成的二值水印图像经JBIG2压缩后作为嵌入水印,然后经量化索引调制嵌入小波域。用该方案嵌入水印后的图像,在检测时,不但可以定位图像中被篡改的区域,还可以对提取的恢复水印进行解压,并可通过逆半色调处理来重建原图像,用它的对应部分替换被篡改区域来实现对被篡改图像的篡改恢复。此外,由于该算法采用密钥来控制水印的嵌入位置,从而保证了水印的安全性;仿真实验是采用一般性操作和篡改操作相结合的方法,实验结果表明,该算法在保护数字图像内容真实性方面是可行的。