常見的浮水印的技術

Spatial domain

最低位元法 Least significant bit (LSB)：

Least significant bit embedding 是藉由 M_sequence 來改變電子

浮水印的表現，作法如下：第一步：將影像資料轉換為 8bit 的二 進位明文，舉例如果灰色圖素的值是 90 轉換結果值將為

01011010。第二步：選擇圖素的 Least significant bit 插入

watermark 一個位元轉換成新的資料，舉例說明如果我們想要嵌 入一個”1”在灰色值 90 的圖素裡我們將得到一個新的圖素資料 91 它的二進位是 01011011。

當我們執行 L S B 數位浮印技術我們可以得到的好處是非常的 簡單快速而且容易製作，加入浮水印的位元設在圖片區塊位元的 最低位元,是不易被人眼所觀察出來的。但是相對的它的缺點是 容易被雜訊及幾何改變的破壞，容易被刪除，安全性不高。

頻域轉換法

(frequency transform)

Discrete cosine transform (不連續餘弦轉換) ：

不連續餘弦轉換是屬於區段基礎的處理，自從大部分影像及圖像 壓縮藉由 JPEG， MPEG 或 H.261/263 標準來處理，這些方法是

利用 DCT 的基礎技術，使用 DCT 來作電子浮水印處理是相當的 合宜，當我們利用 DCT 轉換作浮水印嵌入，一個圖檔會被分割 成兩個變動大小的同質性區塊，使用 DCT 作浮印處理的好處是 具有非常強韌性的資料而且不會降低視覺的品質。作法如下：1.

計算 DCT 包含於 N*N 個 BLOCK。2.選擇一對互相作用的 KEY 依照下列的規則嵌入 watermark

嵌入 1 當 X>Y，嵌入 0 當 X<Y

目前最新進的展頻技術是利用 DCT watermarking。

Wavelet transform(微波轉換)：

在應用數位微波轉換之後原始資料將被轉換成數個波段，這些波 段包括低-低波段，低-高波段，高-低波段，高-高波段，利用微波 轉換來作浮印處理我們可以得到的好處是強化 MPEG 的程式及 重作和多重嵌入浮印處理的能力。

展頻 Spread spectrum

目前在電信通訊及人造衛星系統都使用展頻技術來增加資料安全的 能力及消除雜訊人為干擾，自從資料能夠應用延展技術相對的資料復 原比率也相對增加，舉例：我們傳送一個”1”如果我們接收到的也是

一個”1”，我們可以說這傳送是正確的，如果將”1”延展 3 次變

成”111”，這時接收到的可能是”011”，”101”，”110”，”111”，藉由多 數或最大可能性的原理我們得到原來正確的資料也是”1”，最近幾年 來展頻技術已經應用在浮水印處理技術上，無論如何最常使用的一個 方法是利用直接展頻，在這裡我們建議兩個新的處理方法叫做區段展 頻，主要是應用在區塊的處理，另外一個叫做重複展頻，是利用複製 的特性，藉由以上兩種方法我們可以增加嵌入資訊的品質，減少嵌入 的體積，更能增加復原的能力。

Direct sequence spread (直接序列展頻) ：

下面的例子直接說明序列展頻的作法，步驟一：假設 watermark 的資料流是”1011001”，原始圖檔資料流是”00101001(41)，

01010100(84)，00111010(58)，10000111(135)，00011111(31)，

10001000(136)，00000000(0)，11111111(255)，

10101111(175)，…..”，在此藉由展頻技術將 watermark 嵌入在影 像的資料裡面。步驟二：將 watermark 的資料流”1011001”延展 3 次可得”111000111111000000111”。步驟三：如果選擇 least

significant bit 的方法去嵌入將可得到”00101010(42)，

01010101(85)，00111011(59)，10000111(135)，00011111(31)，

10001001(136)，00000001(1)，11111111(255)，

10110000(176)，…”。步驟四：將嵌入的資料取出我們可得到”1，

1，1，0，0，0，1，1，0…”。步驟五：應用多數理論的原則來 還原原始的 watermark 得到的是”1，0，1，1，0，0，1”。

Block spread spectrum (區塊展頻技術) ：

區塊展頻技術是應用在區塊及周期性的遞歸處理上，如果利用 least significant bit 將 logo X 嵌入在圖檔 Y 裡面，這個資料的容 量等於圖檔圖素的總合，典型的區段展頻 least significant bit 資 料嵌入的作法如下步驟，步驟一：假設 logo X 是 I*J，圖像資料 Y 的容量是 M*N，I，J << M，N(最好>32 次)。步驟二：展開 X 的容量 I*J 變成二位元的資料流，得到 I*J*8 位元資料 X’。步 驟三：將圖像資料 Y 分割成(M*N)/(I*J*8)個區塊，我們叫做 Y’

區塊陣列。步驟四：每一個 Y’的區塊陣列圖素的 least significant bit 位置上嵌入 X’資料，一次一個 bit，順序是 Y’[1，1]，Y’[1，

2]…Y’[k，n-k]。

以上的方法是利用區段展頻結合 least significant bit，圖檔的容量 剛好等於圖素的總合，在這裡，圖檔將被區分為多少個區塊呢?

這個答案將根據不同的 logo 和不同的圖檔特性來決定。

Duplication spreading (重複展頻) ：

重複展頻的基礎只是應用反覆的嵌入處理，將 logo 展開的二位 元資料流嵌入圖檔的每一個圖素裡，重複執行，直到圖檔的最後 一個圖素。作法如下，步驟一：假設 logo X 的容量是 I*J，圖檔 Y 的資料容量是 M*N，在這裡 M，N >= I，J。步驟二：展開 logo X 成為二位元的資料，得到結果是 I*J*8 位元資料流 X’。步驟 三：將 X’嵌入圖檔 Y 順序是 Y[1，1]，Y[1，2]…Y[M，N]，按 照順序重複 X’直到 Y 檔案結束為止。

應用重複展頻技術可提高資料還原及安全性，此方法僅較優於直 接序列展頻。

展頻方法的比較 ：

在直接序列展頻，浮水印的資料是不能回歸而且沒有周期性的性質，

因此可靠度是比較令人不滿意的。在區段展頻方面，最重要的好處是 不論 logo，watermark 或嵌入資料將很平均的被展開在原始影像檔 裡，而且分佈的很完美。應用重複展頻資料的安全度可被增加，但是 嵌入的資料不能分散的很均勻，它的效果比區段展頻技術較差。