黃?，? 唐振華 覃團(tuán)發(fā)

摘 要： 提出一種基于雙隨機(jī)相位加密的全息水印算法。首先應(yīng)用雙隨機(jī)相位調(diào)制對(duì)原始水印進(jìn)行加密產(chǎn)生全息水印圖;然后將原始圖像進(jìn)行一級(jí)離散小波變換（DWT）獲得低頻子圖，對(duì)低頻子圖進(jìn)行分塊的離散傅里葉變換（DFT）得到幅度譜;其次分別對(duì)幅度譜和全息水印圖進(jìn)行奇異值分解（SVD）;最后將全息水印圖的奇異值加權(quán)嵌入到幅度譜的奇異值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法對(duì)旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等幾何攻擊具有較強(qiáng)的魯棒性。

關(guān)鍵詞： 雙隨機(jī)相位; 全息水印; 低頻子圖; 離散小波變換; 離散傅里葉變換; 奇異值分解

中圖分類號(hào)： TN919?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）12?0032?04

Abstract： A holographic watermarking algorithm based on double random phase encryption is proposed. The double random phase modulation is applied to encrypt original watermarks and generate holographic watermark images. Then the one level discrete wavelet transform （DWT） is performed for the original image to obtain the low?frequency subgraph. The partitioned discrete Fourier transform （DFT） is performed for the low?frequency subgraph to obtain the amplitude spectrum. The singular value decomposition （SVD） is performed for the amplitude spectrum and holographic watermark image. The singular values of the holographic watermark image are weighted and embedded into those of the amplitude spectrum. The experimental results show that the algorithm has strong robustness for geometric attacks such as rotation， translation and zooming.

Keywords： double random phase; holographic watermark; low?frequency subgraph; DWT; DFT; SVD

0 引 言

數(shù)字全息技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)制作全息圖，它利用計(jì)算機(jī)取代傳統(tǒng)的光電儀器直接模擬實(shí)現(xiàn)全息圖的記錄以及重現(xiàn)。全息圖記錄了物體的全部信息，即振幅和相位信息，從一部分全息圖可再現(xiàn)原物體的像，因此全息圖像很適合作為水印圖像，可提高水印算法的抗干擾能力。目前數(shù)字全息技術(shù)在數(shù)字水印技術(shù)方面的應(yīng)用已得到不少學(xué)者的關(guān)注[1?6]。全息圖具有不可撕毀性，即全息圖任意部位的裁剪，都能重構(gòu)原信息。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，將原始水印生成數(shù)字全息圖可以提高全息水印算法對(duì)抵抗剪裁等幾何攻擊的能力。包觀笑等提出一種基于結(jié)構(gòu)相似性指數(shù)的抗旋轉(zhuǎn)攻擊數(shù)字全息水印算法[7]，該算法能有效抵抗1°～360°的旋轉(zhuǎn)攻擊。謝勇等提出一種抗旋轉(zhuǎn)的彩色圖像全息水印防偽算法[8]，該算法能抵抗-90°～90°角度的旋轉(zhuǎn)攻擊。這兩種算法都存在一個(gè)共同的問題就是水印檢測(cè)之前均需要旋轉(zhuǎn)校正才能提取出水印，使用比較麻煩。李國明等提出一種基于離散傅里葉變換域嵌入二值全息圖的數(shù)字水印算法[9]，該算法對(duì)幾何攻擊具有一定的魯棒性，其存在的不足之處是檢測(cè)前需先將原始圖像進(jìn)行攻擊相同的幾何變換，在保證圖像對(duì)準(zhǔn)的情況下才能進(jìn)行水印檢測(cè)。

本文在研究全息水印算法的基礎(chǔ)上，提出一種基于雙隨機(jī)相位加密的全息水印算法。該算法能夠抵抗任意角度的旋轉(zhuǎn)攻擊，檢測(cè)之前不需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正就可以把水印檢測(cè)出來。

1 基本理論

1.1 雙隨機(jī)相位加密

4 結(jié) 語

為了提高水印對(duì)幾何攻擊的魯棒性，本文提出一種基于雙隨機(jī)相位加密的全息水印算法。該算法利用雙隨機(jī)相位對(duì)原始水印進(jìn)行加密生成水印全息圖，在DWT?DFT?SVD域中實(shí)現(xiàn)了水印全息圖的嵌入和提取。通過Matlab軟件仿真實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的水印算法對(duì)幾何攻擊比文獻(xiàn)[11]具有更強(qiáng)的魯棒性。

參考文獻(xiàn)

[1] TAKAI N， MIFUNE Y. Digital watermarking by a holographic technique [J]. Applied optics， 2002， 41（5）： 865?873.

[2] CHANG H T， TSAN C L. Image watermarking by use of digital holography embedded in the discrete?cosine?transform domain [J]. Applied optics， 2005， 44（29）： 6211?6219.

[3] 李晨璐，孫劉杰.一種新的彩色圖像變換域全息水印算法[J].包裝工程，2013，34（9）：84?88.

LI Chenlu， SUN Liujie. New color image holographic watermarking algorithm in transform domain [J]. Packaging engineering， 2013， 34（9）： 84?88.

[4] 孔玲君，聶鵬.一種基于DWT?DCT變換域的全息水印技術(shù)[J].光電子·激光，2016，27（2）：198?202.

KONG Lingjun， NIE Peng. A holographic digital watermarking technology based on DWT?DCT transform domain [J]. Journal of optoelectronics· laser， 2016， 27（2）： 198?202.

[5] 湯娟娟，陳大慶，龔冬梅，等.基于二值約束和相位恢復(fù)算法的計(jì)算全息水印[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（15）：94?97.

TANG Juanjuan， CHEN Daqing， GONG Dongmei， et al. Computer?generated holographic watermark based on binary constraint and phase retrieval algorithm [J]. Modern electronics technique， 2014， 37（15）： 94?97.

[6] 吳清樂，彭代淵.基于離散傅里葉變換的數(shù)字全息水印[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，33（3）：752?755.

WU Qingle， PENG Daiyuan. Digital hologram watermarking based on discrete Fourier transform [J]. Journal of computer applications， 2013， 33（3）： 752?755.

[7] 包觀笑，孫劉杰，李毓彬，等.抗任意旋轉(zhuǎn)攻擊的數(shù)字水印防偽技術(shù)[J].光電子·激光，2015，26（1）：156?161.

BAO Guanxiao， SUN Liujie， LI Yubin， et al. Digital watermarking technology against arbitrary rotation attack [J]. Journal of optoelectronics· laser， 2015， 26（1）： 156?161.

[8] 謝勇，胡亞萍，譚海湖.一種抗旋轉(zhuǎn)的彩色圖像全息水印防偽方案[J].包裝學(xué)報(bào)，2014，6（4）：1?7.

XIE Yong， HU Yaping， TAN Haihu. Color image rotating distortion resistant holographic watermarking security program [J]. Packaging journal， 2014， 6（4）： 1?7.

[9] 李國明，李象霖.采用DFT域嵌入的全息水印方法[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2011，20（5）：42?46.

LI Guoming， LI Xianglin. Holographic watermarking scheme based on DFT domain embedding [J]. Computer systems & applications， 2011， 20（5）： 42?46.

[10] 孫劉杰，莊松林.雙隨機(jī)相位加密同軸傅里葉全息水印防偽技術(shù)[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27（4）：621?624.

SUN Liujie， ZHUANG Songlin. Forgery prevention based on in?line Fourier holographic watermark with double random phase encryption [J]. Acta optica sinica， 2007， 27（4）： 621?624.

[11] 張雷洪，唐波，李碧程，等.基于DWT?SVD的強(qiáng)魯棒全息水印算法研究[J].包裝工程，2013，34（21）：105?109.

ZHANG Leihong， TANG Bo， LI Bicheng， et al. Strong robustness holographic watermarking algorithm based on DWT? SVD [J]. Packaging engineering， 2013， 34（21）： 105?109.