第三章 图像数字水印的方案
3.1 图像数字水印的技术方案
在数据库中存储在国际互联网上传输的水印图像一般会被压缩，有时达到很高的压
缩比。因此，数字水印算法所面临的第一个考验就是压缩。JPEG 和 EZW（Embedded
Zero-Tree Wavelet）压缩是最常见的两种压缩方法。JPEG 是基于离散余弦变换域的压
缩方法，而 EZW 是基于小波变换域的压缩方法。前人的研究证明采用与压缩算法相同
的变换域水印方法，对于压缩的稳健性较强。因此，我研究图像文件水印算法主要集中
在变换域算法及利用人眼视觉特性上。
数字水印的嵌入要求即要考虑视觉透明性，又要保证嵌入水印后图像的稳健性，这
两个方面存在着矛盾。保证视觉透明性，就要将水印嵌入到人眼不敏感区，也就是嵌入
到图像的高频分量中。而多数图像处理方法对于图像高频部分的损坏程度较高，如有损
压缩、高频滤波等。水印很容易在经历图像处理的过程中丢失。这样，则无法保证图像
数字水印的稳健性。如果要获得很好的稳健性，数字水印应加在人眼敏感的低频部分，
图像的大部分能量集中在低频部分，如果对于低频部分进行处理，水印固然会失去，而
图像也没有了利用价值，然而，水印的嵌入会对图像的质量有非常大的影响，这又无法
保证视觉透明性。
数字水印算法的实现基本分为三个部分：宿主图像的变换，水印的嵌入和水印的检
测，分别描述如下。
3.2 基于 DCT 域的图像数字水印技术
离散余弦变换（Discrete Cosine Transform）属于正交变换图像编码方法中的一种。
正交变换图像编码始于 1968 年。当时安德鲁斯（Andrews）等人发现大多数自然图像
的高频分量相对幅度较低，可完全舍弃或者只用少数码字编码，提出不对图像本身编码，
只对其二维傅立叶（DFT）系数进行编码和传输。但 DFT 是一种正交变换，运算量很
大，常常使实时处理发生困难，第二年他们就用 Walsh-Hadamard 变换（WHT）取代 DFT
可以使运算量明显减少，这是因为 WHT 变换只有加减法而无需乘法。但是更有意义的
是离散余弦变换和离散正旋变换的出现，它们具有快速算法，精确度高。其中最重要的
是 1974 年提出的 DCT，因为其变换矩阵的基向量很近似于托伯利兹矩阵的特征向量，
而托伯利兹矩阵又体现了人类语言及图像信号的相关性。因此，DCT 常常被认为是语
音与图像信号变换的准最佳变换。
图像是二维的，所以在研究时主要用到二维 DCT，以及二维 IDCT 来对图像进行
处理。
