基于分块SVD自适应数字水印算法_赵敏1
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1260 2011, Vol.32, No.4 计算机工程与设计 Computer Engineering and Design
0 引 言
数字水印技术因其在版权保护和内容认证等方面的重要
应用价值，已成为信号处理领域最热门研究课题之一。由于
SVD 具有较强的稳定特性，使得基于 SVD 的数字水印算法倍
受关注。大多数传统 SVD 算法通常使用同一水印调节因子
完成整个嵌入过程。但是，对于不同特征的载体图像，调节因
子选择过大会导致图像块效应，过小则直接影响到整个算法
的抗攻击性。
基于上述问题，本文利用图像自身的亮度与纹理特性确
定最佳调节因子，解决了水印图像的块效应问题，增强了算法
的鲁棒性与水印的不可见性。同时，算法利用 SVD 强稳定特
性，提出了对二值水印图像进行小波域奇异值分解的思想，将
水印奇异值选择性地嵌入到图像子块奇异值中，保证水印信
息安全性的同时，提高了水印的抗几何攻击能力。
1 奇异值分解理论
奇异值分解是一种矩阵对角化的数值算法。若把数字图
像 A 看成是 m n 的非负矩阵，它的秩为 N，则存在 m 阶正交
矩阵 U 和 n 阶正交矩阵 V，可将 A 的奇异值分解
[
6
]
为
=
T
=
0
0 0
T
=
= 1
=
= 1
(
1
)
式中：S ——对角矩阵，对角线上的元素是矩阵 A 的奇异值。
U、V ——m m 和 n n 的正交矩阵，U 和 V 的每列分别称为
的左奇异向量和右奇异向量。 、 ——U 和 V 的列矢量，其对
角线元素 表示矩阵 A 的奇异值。
对于图像而言，奇异值分解具有强稳定性。图像奇异值
体现了图像的内蕴特性，当图像发生较小的变化时，图像的奇
异值不会有大的变化，图像的视觉效果不会受到影响，同时旋
转、缩放、平移等几何失真不会改变图像的奇异值。利用图像
收稿日期：
2010-06-01
；修订日期：
2010-08-02
。
基金项目：陕西省教育厅专项基金项目
(
08JK319
)
。
作者简介：赵敏
(
1986
－
)
，女，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为数字图像处理与数字水印技术； 王慧琴
(
1970
－
)
，女，山西长治人，博
士后，教授，研究方向为网络安全、图像处理、数字水印、智能控制理论与方法等； 卢麟
(
1985
－
)
，男，湖南娄底人，硕士研究生，研究方向
为大型数据库中知识发现方法。
E-mail
：
zhaomin2161001@163.com
基于分块
SVD
自适应数字水印算法
赵 敏， 王慧琴， 卢 麟
(
西安建筑科技大学 信息与控制工程学院，陕西 西安 710055
)
摘 要：为解决基于 SVD
(
singular value decomposition
)
的水印算法中调节因子单一性问题，提出一种频域率分块 SVD 的自适应
数字水印算法。该算法在小波域进行载体图像分块，根据载体图像块自身亮度与纹理特性计算其均值、方差及信息熵等特
征值，通过采用“类划分”思想自适应地确定各图像块最佳调节因子。仿真结果表明，该算法有效地克服了传统奇异值分解
水印算法中存在的块效应问题，具有很好的透明性，而且对 JPEG 压缩、滤波、加噪等常见的图像攻击具有很强的鲁棒性，其
整体性能明显优于同类的水印算法。
关键词：数字水印; 离散小波变换; 奇异值分解; 置乱处理; 自适应
中图法分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1000-7024
(
2011
)
04-1260-04
Adaptive digital watermarking algorithm based on blocking and SVD
ZHAO Min, WANG Hui-qin, LU Lin
(
Institute of Information and Control, Xi’an University of Architectural and Technology, Xi’an 710055, China
)
Abstract：To solve the single watermark intensity problem of traditional watermarking algorithm based on SVD
(
singular value decom-
position
)
, an adaptive digital watermarking algorithm based on blocking-SVD is proposed. The primitive image is divided into blocks
in the DWT domain, eigenvalues based on the mean, variance and information entropy are calculated according to the wavelet block’s
brightness and texture features, then the “class selection” method is used to select optimal watermark intensity of every image blocks.
Experimental results show that the proposed algorithm gets over the Blocking Effect problem of traditional algorithm, and has a good
transparence and robustness against attacks, such as JPEG compression, filtering, adding noise and other image processing. The
method’s performance is much better than the existing and similar watermark algorithms.
Key words：digital watermark; DWT; SVD; scrambling; adaptability
计算机工程与设计 Computer Engineering and Design
DOI:10.16208/j.issn1000-7024.2011.04.048
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