43、基于小波的脆弱水印方案

基于小波的脆弱水印方案

1. 引言

当前的脆弱水印算法虽具备篡改定位能力，但无法区分内容篡改和水印篡改。攻击者可仅篡改嵌入的水印而非内容来伪造数字媒体，使系统混淆，导致图像验证失败。为解决此问题，提出了一种基于小波的脆弱水印方案，用于图像认证和篡改鉴别。该方案利用离散小波变换（DWT）生成嵌入水印，经加扰加密后嵌入图像数据的最低有效位（LSB），不仅能区分水印篡改和内容篡改，还能增强对矢量量化（VQ）攻击和移植攻击的安全性，同时具备出色的篡改定位特性。

2. 提出的脆弱水印方案

2.1 嵌入水印的生成

为提高水印方案的定位精度和安全性，并尽可能提供更多图像篡改信息，水印生成过程需考虑以下步骤：
1. 执行一级DWT并提取低频系数 ：将原始 $m \times n$ 图像 $X$ 的LSB置零后进行一级DWT，提取低频系数 $LL$。DWT能实现空间和频率的局部化，低频系数 $LL_{ij}$ 主要取决于 $2 \times 2$ 空间块 $X((i - 1) \times 2 + 1 : i \times 2, (j - 1) \times 2 + 1 : j \times 2)$，其中 $i = 1, \cdots, m/2$，$j = 1, \cdots, n/2$。
2. 应用4位非均匀标量量化 ：使用密钥 $k_1$ 对 $LL$ 进行4位非均匀标量量化，得到图像 $Q$，即 $Q = f(LL, k_1)$。$Q$ 的 $(i, j)$ 元素定义为：
[
Q_{ij} =
\begin{cases}
a, &