[论文解读] Dual Watermarking Scheme with Encryption

R. Dhanalakshmi, K. Thaiyalnayaki|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2010

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 5被引用 26

一句话总结

本文提出一种结合离散小波变换（DWT）、奇异值分解（SVD）以及基于逻辑斯蒂映射的混沌加密的双重水印方案，以增强安全性和鲁棒性。该方法先将主水印嵌入图像，再将次级水印嵌入主水印中，最后对整个水印图像进行加密，从而实现安全传输，并在遭受失真后仍能可靠提取水印。

ABSTRACT

Digital Watermarking is used for copyright protection and authentication. In the proposed system, a Dual Watermarking Scheme based on DWT SVD with chaos encryption algorithm, will be developed to improve the robustness and protection along with security. DWT and SVD have been used as a mathematical tool to embed watermark in the image. Two watermarks are embedded in the host image. The secondary is embedded into primary watermark and the resultant watermarked image is encrypted using chaos based logistic map. This provides an efficient and secure way for image encryption and transmission. The watermarked image is decrypted and a reliable watermark extraction scheme is developed for the extraction of the primary as well as secondary watermark from the distorted image.

研究动机与目标

• 为多媒体应用中日益增长的数字图像版权保护安全与鲁棒性需求提供解决方案。
• 通过引入双重水印机制，克服单水印方案的局限性，以增强安全性和冗余性。
• 将加密与水印技术结合，以在传输过程中保护水印数据。
• 确保在传输后图像遭受失真时，仍能可靠提取主水印和次级水印。
• 在保持不可感知性和高安全性的同时，提升对常见图像攻击的抵抗能力。

提出的方法

• 利用DWT-SVD将主水印嵌入宿主图像，通过选择子带的奇异值实现鲁棒嵌入。
• 在最终嵌入前，将次级水印嵌入主水印中，形成分层水印结构。
• 采用基于混沌的加密算法（使用逻辑斯蒂映射）对最终水印图像进行加密，以确保传输过程中的机密性。
• 加密过程通过使水印图像与随机噪声无法区分，显著提升安全性。
• 在接收端采用反向处理：使用相同的逻辑斯蒂映射进行解密，随后通过逆DWT-SVD操作提取水印。
• 该方法确保在常见攻击（如压缩、裁剪和噪声添加）后，仍能准确提取出两个水印。

实验结果

研究问题

• RQ1 与单水印方案相比，双重水印如何提升数字图像版权保护的安全性与鲁棒性？
• RQ2 将基于混沌的加密与水印技术结合，能在多大程度上提升数据在传输过程中的机密性？
• RQ3 在主水印中分层嵌入次级水印，是否能提升对攻击的抗性？
• RQ4 该方案在图像失真后能否可靠地提取出两个水印？
• RQ5 DWT、SVD与逻辑斯蒂映射加密的组合如何影响不可感知性与计算效率？

主要发现

• 所提出的双重水印方案对常见图像攻击（如裁剪、滤波和压缩）表现出高度鲁棒性。
• 基于混沌的加密集成显著增强了水印图像的安全性，使其对未授权访问具有强抵抗力。
• 在失真图像中，主水印和次级水印均以高保真度成功提取，证实了提取过程的可靠性。
• DWT与SVD的使用确保了水印对人眼不可感知，同时保持了较强的嵌入容量。
• 次级水印在主水印中的分层嵌入增强了冗余性，提升了系统的整体抗损能力。
• 实验结果表明，该方案在安全性、鲁棒性与不可感知性之间实现了良好平衡，经视觉与定量分析验证。