[论文解读] Digital Image Watermarking for Arbitrarily Shaped Objects Based On SA-DWT

A. Essaouabi, Elhassane Ibn-Elhaj+1 more|ArXiv.org|Nov 4, 2009

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 8被引用 3

一句话总结

本文提出一种基于形状自适应离散小波变换（SA-DWT）的形状自适应数字图像水印方案，用于将水印嵌入图像中任意形状的物体。通过利用人类视觉系统（HVS）的敏感性，并对块平均值中的小波系数进行修改，该方法在保持对JPEG、JPEG2000压缩、噪声和滤波等常见攻击的鲁棒性的同时，实现了感知不可见性。

ABSTRACT

Many image watermarking schemes have been proposed in recent years, but they usually involve embedding a watermark to the entire image without considering only a particular object in the image, which the image owner may be interested in. This paper proposes a watermarking scheme that can embed a watermark to an arbitrarily shaped object in an image. Before embedding, the image owner specifies an object of arbitrary shape that is of a concern to him. Then the object is transformed into the wavelet domain using in place lifting shape adaptive DWT(SADWT) and a watermark is embedded by modifying the wavelet coefficients. In order to make the watermark robust and transparent, the watermark is embedded in the average of wavelet blocks using the visual model based on the human visual system. Wavelet coefficients n least significant bits (LSBs) are adjusted in concert with the average. Simulation results shows that the proposed watermarking scheme is perceptually invisible and robust against many attacks such as lossy compression (e.g.JPEG, JPEG2000), scaling, adding noise, filtering, etc.

研究动机与目标

• 解决传统水印方案将水印嵌入整个图像而忽略特定关注对象的局限性。
• 使图像所有者能够选择性地仅对认为有价值或敏感的物体进行水印处理。
• 确保水印对人类观察者不可见，同时在常见图像处理攻击下保持鲁棒性。
• 整合基于人类视觉系统（HVS）的模型，以实现感知透明的水印嵌入。
• 开发一种可适应任意物体形状、无需预设几何约束的方法。

提出的方法

• 使用形状自适应离散小波变换（SA-DWT）将选定的任意形状物体转换到小波域，同时保留形状边界。
• 采用就地提升法实现SA-DWT，以高效计算特定于物体不规则形状的小波系数。
• 通过结合其块平均值，修改小波系数的最低有效位（LSBs）来嵌入水印。
• 利用人类视觉系统（HVS）模型确定最大可接受失真，以确保感知透明性。
• 以组（块）为单位调整小波系数，以在协调一致的方式保持视觉质量的同时嵌入水印数据。
• 仅在用户定义的感兴趣区域内应用水印嵌入过程，确保实现针对特定物体的保护。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将数字水印技术适配以仅选择性地保护图像中特定的、任意形状的物体？
• RQ2 何种小波变换技术能够实现对非矩形图像区域的高效且精确表示，以支持水印嵌入？
• RQ3 如何在确保对常见图像攻击具有鲁棒性的同时，使水印嵌入实现感知不可见？
• RQ4 将人类视觉系统（HVS）模型整合后，对水印图像的透明度和质量改善程度如何？
• RQ5 所提出的方法在JPEG、JPEG2000压缩、噪声和滤波等各类图像处理攻击下的表现如何？

主要发现

• 所提出的水印方案实现了感知不可见性，由于基于HVS的小波系数调整，水印对人类观察者完全不可见。
• 该方法对有损压缩（包括JPEG和JPEG2000）表现出鲁棒性，在高比率压缩下仍能保持水印完整性。
• 在缩放、滤波和加性噪声攻击后，水印仍可检测，证实了其强大的抗干扰能力。
• SA-DWT的使用使得水印定位精确到用户定义的物体形状，避免了对无关图像区域的干扰。
• 块内平均值修改与LSB调整的结合显著提升了感知透明度和鲁棒性。
• 仿真结果证实，该方案能有效仅保护指定物体，实现针对性的版权保护，而不影响图像其他部分。