其他多目標基因演算法之實驗結果

Monemizadeh 和 Seyedin[37](以下簡稱 M&S[37])提出 DWT 結合 SVD 的數 位浮水印技術，並透過 NSGA-II 來求解最佳化。他們提出的方法是，將一大小 為n× 的浮水印嵌入至大小為n 2n 2× n的藏匿影像中；其嵌入步驟為，先對藏匿 影像進行一次離散小波轉換，轉換後會得到 LL、LH、HL、與 HH 四個頻率域的 係數。接著將這四個頻率域分別進行奇異值分解，分解後所得到的奇異值以λ 表^k_i 示之，其中i=1,2,,n，k =1,2,3,4(分別代表四個頻率域)。接著再對浮水印進 行奇異值分解，分解後所得到的奇異值以λ 表示之，其中_wi i=1,2,,n。透過(4-7) 式分別對四個頻率域進行浮水印的嵌入動作。

wi 驗證。在他們的方法中，使用皮爾遜積差相關係數 值(pearson product moment correlation coefficient, PMCC)評估擷取出來的浮水印之品質，其公式如下：

( ) [ ( ( ) ) ( ( ) ) ]

其它實驗參數設置如下：

族群大小：32 演化代數：200

交配機制：模擬二元交配法，η_c =20，交配機率P_c =0.9 突變機制：多項式突變法，η_m =20，突變機率P_c =0.1 基因數值界限：下界為10⁻⁶、上界為 1

此實驗總共重複進行 10 次，圖 4.6 為其中三次實驗的柏拉圖最佳解

0 1000 2000

-3 -2 -1 0 1

MSE

PMCC

0 1000 2000

-3 -2 -1 0 1

MSE

PMCC

0 1000 2000

-3 -2 -1 0 1

MSE

PMCC

(a)實驗一 (b)實驗二 (c)實驗三

圖 4.6：M&S[37]提出的方法，實驗中取三次實驗的柏拉圖最佳解

表 4.7 到表 4.9 是從 10 次實驗中，隨機挑選三個解進行測式所得的數據結果。表 中數據為 Q 值，粗體表示該頻域段擷取出來的浮水印品質是四個頻域中最好的。

表 4.7：M&S[37]的方法之解一的數據 解一 (PSRN = 27.39 dB)

LL HL LH HH

Non-attack 1 0.9982 0.9373 0.9876 JPEG 0.9920 0.0398 0.0137 0.0106 高斯白雜訊 0.9210 0.0752 0.0037 0.0072 胡椒鹽雜訊 0.7800 0.0403 0.0014 0.0027 低通濾波 0.5801 0.1223 0.0025 0.0068 中值濾波 0.8002 0.1579 0.0042 0.0160 均值濾波 0.4181 0.1029 0.0022 0.0058 高斯濾波 0.8874 -0.0377 0.0086 0.0206 修整平均濾波 -0.0963 0.0671 0.0008 0.0062

銳利化 0.3580 0.0080 0.0001 0.0003 直方圖等化 0.2531 0.0922 0.0013 0.0140 重調尺寸 0.7165 0.0974 0.0016 0.0048 外圍裁切 0.1617 0.0501 0.0006 -0.0775 橫向裁切 0.3510 -0.0207 0.0037 0.0309

旋轉 -0.1009 0.1067 -0.0053 0.0302 Contrast -20 -0.2590 0.9950 0.4387 0.9221

抖色處理 0.2035 0.0005 0 0

翻轉 0.9999 0.9982 0.9372 0.9876

二值化處理 0.0626 0.0054 0 0.0003

表 4.8：M&S[37]的方法之解二的數據 解二 (PSNR = 37.14 dB)

LL HL LH HH

Non-attack 0.9998 0.9982 0.9983 0.9130 JPEG 0.9289 0.0573 -0.0380 0.0027 高斯白雜訊 0.5593 0.0579 0.0829 0.0021 胡椒鹽雜訊 0.3057 0.0354 0.0500 0.0008 低通濾波 -0.0418 0.1055 0.0788 0.0016 中值濾波 0.2073 0.1436 0.0904 0.0037 均值濾波 -0.0847 0.0893 0.0698 0.0013 高斯濾波 0.3167 0.0187 -0.0258 0.0048 修整平均濾波 -0.1047 0.0551 0.0425 0.0015

銳利化 0.1049 0.0058 0.0060 0.0001

直方圖等化 0.0329 0.0610 0.0476 0.0030 重調尺寸 0.0933 0.0823 0.0611 0.0011 外圍裁切 0.0179 0.0332 0.0578 -0.0504 橫向裁切 0.0329 -0.0085 -0.0365 0.0087

旋轉 -0.0935 0.1016 0.0242 0.0175 Contrast -20 0.1014 0.9787 0.9558 0.3868

抖色處理 0.0568 0.0003 0.0015 0

翻轉 0.9998 0.9982 0.9983 0.9130

二值化處理 0.0070 0.0037 0.0026 0

表 4.9：M&S[37]的方法之解三的數據 解三 (PSNR = 15.81dB)

LL HL LH HH

Non-attack 0.9969 0.9853 0.9221 -0.1537 JPEG 0.9944 0.7184 0.0151 -0.0037 高斯白雜訊 0.9927 0.8122 0.2488 0.0032 胡椒鹽雜訊 0.9807 0.6334 0.1320 0.0010 低通濾波 0.9297 -0.0770 0.0071 0.0054 中值濾波 0.9673 0.0563 -0.0296 0.0151 均值濾波 0.8951 -0.0310 0.0057 0.0036 高斯濾波 0.9772 0.5271 -0.2335 0.0096 修整平均濾波 0.5800 0.0261 0.0760 0.0025

銳利化 0.8346 0.2796 0.0353 0.0001

直方圖等化 0.6665 0.9391 0.4516 0.0187 重調尺寸 0.9499 0.0283 0.0411 0.0019 外圍裁切 0.7694 0.7438 0.2593 -0.0709 橫向裁切 0.1084 0.3761 -0.1313 0.0129

旋轉 0.6821 0.1589 0.0770 0.0029

Contrast -20 0.7387 0.9766 0.8937 -0.1500

抖色處理 0.6993 0.0860 0.0090 0

翻轉 0.9969 0.9853 0.9221 -0.1537

二值化處理 0.3854 0.2769 0.0282 0.0002

接著分別對這三個解進行嵌入浮水印的動作，圖 4.7 為這三解之嵌入浮水印後的 影像及其影像品質。

(a) PSNR = 27.39 dB (b) PSNR =37.14 dB (c) PSNR = 15.81 dB 圖 4.7：隨機挑選三解之嵌入浮水印後之影像，(a)為解一，(b)為解二，(c)為解三

表 4.10 為對三個嵌入浮水印後的影像進行攻擊測試的結果。

表 4.10：三張嵌入浮水印的影像分別受各種攻擊後，擷取出來的浮水印及其品質

解一 解二 解三

Non-attack

Q = 1 Q = 0. 9998 Q = 0.9969

JPEG

Q = 0.9920 Q = 0.9289 Q = 0.9944

高斯白 雜訊

Q = 0.9210 Q = 0.5593 Q = 0.9927

胡椒鹽 雜訊

Q = 0.7800 Q = 0.3057 Q = 0.9807

低通濾波

Q = 0.5801 Q = 0.1055 Q = 0.9297

中值濾波

Q = 0.8002 Q = 0.2073 Q = 0.9673

均值濾波

Q = 0.4181 Q = 0.0893 Q = 0.8951

高斯濾波

Q = 0.8874 Q = 0.3167 Q = 0.9772

修整平均 濾波

Q = 0.0671 Q = 0.0551 Q = 0.5800

銳利化

Q = 0.3580 Q = 0.1049 Q = 0.8346

直方圖 等化

Q = 0.2531 Q = 0.0610 Q = 0.9391

重調尺寸

Q = 0.7165 Q = 0.0933 Q = 0.9499

外圍裁切

Q = 0.1617 Q = 0.0578 Q = 0.7694

橫向裁切

Q = 0.3510 Q = 0.0329 Q = 0.3761

旋轉

Q = 0.1067 Q = 0.1016 Q = 0.6821

Contrast -20

Q = 0.9950 Q = 0.9787 Q = 0.9766

抖色處理

Q = 0.2035 Q = 0.0568 Q = 0.6993

翻轉

Q = 0.9999 Q = 0.9998 Q = 0.9969

二值化處 理

Q = 0.0626 Q = 0.0070 Q = 0.3854

分別從表 4.7、表 4.8、表 4.9 的四個頻率域所擷取出的浮水印中，挑選出品質較 好的數據，並與我們提出的方法之數據彙整成表 4.11。從中我們可得知，在影像 品質具有一定水準的狀況下，即人眼難以察覺到其變化的情況，我們提出的方 法，對於大部分的攻擊都較 M&S[37]的方法具有較優越的強韌性。

表 4.11：本論文與 M&S[37]之數據比較

Ours_1 Ours_2 Ours_3 解一 解二 解三 PSNR 34.58 39.28 42.0 27.39 37.14 15.81 Non-attack 0.9998 0.9974 0.9878 1 0.9998 0.9969

JPEG 0.9949 0.9936 0.9731 0.9920 0.9289 0.9944 高斯白雜訊 0.9456 0.9129 0.9211 0.9210 0.5593 0.9927 胡椒鹽雜訊 0.8574 0.7983 0.2743 0.7800 0.3057 0.9807 低通濾波 0.9704 0.9182 0.3397 0.5801 0.1055 0.9297 中值濾波 0.9807 0.9645 0.9543 0.8002 0.2073 0.9673 均值濾波 0.9598 0.9057 0.0164 0.4181 0.0893 0.8951 高斯濾波 0.9536 0.9259 0.8368 0.8874 0.3167 0.9772 修整平均濾波 0.3406 0.0216 0.4223 0.0671 0.0551 0.5800 銳利化 0.5562 0.5227 0.3980 0.3580 0.1049 0.8346 直方圖等化 0.9032 0.9481 0.8943 0.2531 0.0610 0.9391 重調尺寸 0.9909 0.9820 0.9450 0.7165 0.0933 0.9499 外圍裁切 0.7855 0.7271 0.6387 0.1617 0.0578 0.7694 橫向裁切 0.8309 0.9490 0.8958 0.3510 0.0329 0.1084

旋轉 0.8619 0.8055 0.7090 0.1067 0.1016 0.6821 Contrast -20 0.9959 0.9963 0.9868 0.9950 0.9787 0.9766 抖色處理 0.5750 0.5459 0.6498 0.2035 0.0568 0.6993 翻轉 0.9982 0.9508 0.9367 0.9999 0.9998 0.9969 二值化處理 0.8739 0.9446 0.8925 0.0626 0.0070 0.3854

表 4.12 為三組實驗的平均執行時間。我們可從中得知，本論文所提出的方法，

為了要求得更穩定且更優越的解答，而必須提高演化代數進而達到目的。因此，

執行時間比 M&S[37]的方法多了三倍以上。如何縮短執行時間，將是我們日後 必須探討的問題之一。

表 4.12：三組實驗之平均執行時間比較表

Ours SOGA M&S[37]

演化代數 1000 代 1000 代 200 代

平均執行時間 194.14 分鐘 190.57 分鐘 55.71 分鐘