On Security of Compressed Gray Scale Image Using Joint Encryption and Data Hiding

ABSTRACT

This paper proposes a novel scheme that integrates quality access control and tracking of illicit distribution of digital image(s) in a single platform. The goal is achieved by (1) modulating some of the valuable Discrete Cosine Transform (DCT) coefficients of the compressed data followed by (2) embedding a binary watermark (fingerprint) as tracking information using Quantization Index Modulation (QIM). The data modulation process serves the purpose of access control so that an unauthorized user is unable to enjoy proper visual quality. On the other hand, embedded watermark tracks illicit distribution. The coefficients to be modulated are selected pseudo randomly using a secret key (K). Before embedding, the watermark is encoded by applying convolution coding that reliably identifies colluder(s) involved in time varying (intelligent) collusion operation. Simulation results have shown the validity of the above claims without affecting compatibility with standard JPEG coding scheme.     

A novel blind watermarking approach for medical image authentication using MinEigen value features

Developing new watermarking approaches that consider special features of medical images become increasingly necessary. This paper proposes a new watermarking approach to ensure medical images authenticity, using MinEigen value features, chaotic sequence, and Quantization Index Modulation (QIM) in the spatial domain. The idea is to choose the 3?×?3 non overlapping blocks around MinEigen values points, then embed the watermark bits in these blocks using a novel blind way based on chaotic sequence and QIM. The proposed technique is purely blind and fast in terms of execution time. Experimental results demonstrate that the proposed approach is robust against all DICOM JPEG compression attacks while keeping high imperceptibility.

     

Normalized blind STDM watermarking scheme for images and PDF documents robust against fixed gain attack

Multimedia Tools and Applications - Spread Transform Dither Modulation (STDM), a special case of Quantization Index Modulation (QIM), has been widely used in digital watermarking. STDM has good...     

Blind digital watermarking in PDF documents using Spread Transform Dither Modulation

In this paper, a blind digital watermarking scheme for Portable Document Format (PDF) documents is proposed. The proposed method is based on a variant Quantization Index Modulation (QIM) method called Spread Transform Dither Modulation (STDM). Each bit of the secret message is embedded into a group of characters, more specifically in their x-coordinate values. The method exhibits experiments of two opposite objectives: transparency and robustness, and is motivated to present an acceptable distortion value that shows sufficient robustness under high density noises attacks while preserving sufficient transparency.     

音频DFT域量化水印性能研究

为研究基于量化音频DFT域的水印算法性能,分析了该算法的原理,给出了一种简便的嵌入和提取公式,重点分析了算法的透明性、鲁棒性等性能,指出了算法的缺陷。首先,利用均方误差定义得出了嵌入失真公式,认为透明性与量化步长的平方成正比,而且当载体系数较小时容易引起听觉失真;其次,依据信息提取原则推导了加性高斯白噪声和幅度规整攻击下的误比特率,认为算法抗噪性能只与量化步长有关,而算法抵抗幅度规整攻击的性能很差;最后,通过仿真实验验证了以上公式的正确性。     

基于自适应奇异值调制的抗转码视频隐写算法

近年来,随着网络和多媒体处理技术的飞速发展,互联网视频用户数量呈爆炸性增长之势,目前视频流量已占网络总流量的一半以上,这为以视频为载体的隐蔽通信提供了很好的应用背景。但是另一方面,几乎所有的视频网站都会对上传视频进行转码处理,转码后载体视频的码率、图像组GOP （Group of Pictures）结构、量化参数QP （Quantization Parameters）等关键压缩参数都会受到无法预知的影响,这极大地限制了当前绝大多数基于压缩域嵌入的视频隐写算法的应用。要利用视频网站对应的有损转码信道进行隐蔽通信,关键在于设计能抵抗转码攻击的高鲁棒性,并具有足够安全性的隐写方法。针对这一问题,本文提出了一种面向小波变换域,结合奇异值分解SVD （Singular Value Decomposition）和量化索引调制QIM （Quantization Index Modulation）的自适应鲁棒隐写方法。该方法基于目标网站的转码特性仿真实现本地编码器,在编码的过程中完成嵌入。嵌入在视频帧亮度分量的DWT （Discrete Wavelet Transform）域进行,通过采用自适应量化步长QIM的方法对分块最大奇异值进行调制达到嵌入消息的目的。另外,提出一种间隔修正的嵌入策略,很好地抑制了嵌入引起的视频闪烁效应。实验结果表明,提出方法提升了含密载体视频经过不同程度的转码后的秘密消息生存率,同时很好地保持了视觉质量和压缩效率。     

基于四元数模型和奇异值分解的图像水印算法

将四元数离散余弦变换（QDCT）和奇异值分解（SVD）相结合,提出了一种在彩色图像中嵌入水印的新方法。首先,借助Arnold置乱对二值水印进行预处理,应用四元数理论将彩色图像进行分块QDCT和SVD;然后,利用Logistic映射随机抽取一批图像块实现水印的嵌入。实验表明,该方法具有较强的抗JPEG压缩能力,对各种噪声和滤波等具有较好的鲁棒性。     

基于贝叶斯网络的压缩语音信息隐藏检测

压缩语音量化索引调制（QIM）信息隐藏方法中,最近邻投影点QIM（NPP-QIM）方法具有较高的嵌入效率和隐蔽性。针对现有的隐写分析方法对NPP-QIM方法检测准确率不高的问题,提出了一种基于贝叶斯推理的检测方法以提高检测准确率。首先,利用矢量量化（VQ）码字（VQ₁、VQ₂、VQ₃）构建了码字时空转移网络（CSTN）;接着,以码字转移指数对CSTN进行化简得到隐写敏感码字时空转移网络（SS-CSTN）;然后,基于SS-CSTN进一步构建了码字贝叶斯网络（CBN）;最后,使用Dirichlet分布作为先验分布学习网络参数,实现对QIM信息隐藏的检测。实验结果表明,在嵌入率为100%、时长为10 s时,与索引分布特征（IDC）方法和梅尔频率倒频系数（DMFCC）方法相比,提出CBN方法的检测准确率分别提高了25个百分点和 37个百分点;在时间性能方法,检测一段10 s的语音时间约为21 ms,能够实时检测。     

基于IWT和HVS的彩色图像盲水印算法

针对目前大多数图像水印技术是关于灰度图像并且基于离散小波变换的研究,提出了一种基于整型小波变换（Integer Wavelet Transform,IWT）将彩色数字水印嵌入到彩色宿主图像中的算法。采用YCbCr色彩空间的Y分量嵌入水印,利用人类视觉系统特性（Human Visual System,HVS）实现彩色水印嵌入位置的自适应确定;彩色水印的提取不需要原始水印和原始宿主图像。实验证明,嵌入水印后的图像具有很好的不易觉察性,并且对常见的图像处理操作具有很强的鲁棒性。     

基于量化索引调制的抗共谋指纹改进方案

在基于量化索引调制(QIM)嵌入技术的数字指纹系统中,量化步长越大,系统抗共谋攻击的性能越差。针对上述情况,提出一种改进的抗共谋指纹方案。在嵌入指纹前将随机抖动信号加入到宿主信号,由此增强指纹信号的连续性,提高系统的抗共谋攻击性能。实验结果表明,采用改进方案的QIM指纹系统检测率更高。     

Robust image watermarking using sample area quantization

Digital watermarking is a way to protect the intellectual property of digital media. Among different algorithms, Quantization Index Modulation (QIM) is one of the popular methods in designing a watermark system. In this paper, a sample area quantization method is proposed for robust watermarking of digital images. First, the samples of the host signal form a polygon and low frequency wavelet coefficients of the carrier image is considered as the host sample. A watermark digit is embedded by quantizing the area of the polygon. Then, in order to minimize the distortion, the watermarked samples are obtained as close as possible to the host samples by solving an optimization problem while maintaining the quantized area at its fixed value. The optimization problem is solved using the gradient descend method. Finally, a maximum likelihood detector is designed to extract the watermark digits, assuming a Gaussian distribution for the host signal samples. The performance of the proposed method is theoretically obtained in terms of error probability in the presence of additive white Gaussian noise. Theoretical results are verified using simulation with artificial signals. The proposed method is compared to the state-of-the-art method under different attacks including: noise addition, JPEG compression, filtering, and geometrical attacks. The results confirm that the proposed method outperforms the other ones in terms of error probability against different attacks. The results also show that in the trade-off between robustness, distortion and capacity, by decreasing capacity the two other factors could be improved simultaneously.

     

基于四元数的双彩色图像盲水印算法

提出一种基于四元数的双彩色图像盲水印算法。对载体图像和水印图像分别进行离散四元数傅里叶变换后,对水印图像频域的低频、中频和高频系数做混沌置乱处理,并利用脉冲编码调制方法,在载体图像的低频、中频和高频嵌入置乱后水印的相应频带系数,通过逆离散四元数傅里叶变换得到嵌入水印的图像。实验结果表明,该算法保证水印具有较高的透明性,对剪切、叠加噪声、JPEG压缩等常见的攻击具有较好的鲁棒性。     

基于离散小波变换的QR二维条码防伪技术

基于数字水印的快速响应矩阵（QR）二维条码防伪技术的水印容量低、防伪效果差。为解决该问题,提出QR码二值图像Rand灰度化和背景图灰度化方法,以提高防伪水印容量。QR码二值图像灰度化的程度由灰度化阈值决定,并且可以根据实际应用需要灵活确定。在此基础上,设计基于离散小波变换的QR二维条码防伪水印方案,通过量化函数实现水印的嵌入和检测,利用混沌密钥生成的二维混沌序列控制水印嵌入和检测的位置。实验结果表明,该方案在确保条码信息可识别的条件下,提高了QR码防伪水印的性能。     

基于JND门限的小波域彩色图像数字水印算法

提出了一种基于小波域的彩色图像数字水印算法,先将图像从RGB色彩空间转化到YIQ色彩空间,在YIQ模型中取其亮度分量Y,依据块能量的大小选取合适的嵌入点,结合JND自适应地嵌入水印,然后再反变回RGB色彩空间。理论分析与仿真结果表明应用该算法实现的水印具有很好的不可见性和鲁棒性。     

基于人类视觉系统和离散小波变换的彩色图像水印

为了扩大数字水印的适用范围,提出一种基于人类视觉系统（HVS）和离散小波变换(DWT)的彩色图像数字水印算法。首先利用混沌加密算法把一个有意义的二值图像加密成水印;然后将彩色图像从RGB色彩空间转换到YCbCr空间,提取Y分量,对Y分量进行一级离散小波变换;最后求出低频分量LL1的视觉掩蔽值,根据视觉掩蔽值,将水印嵌入到彩色图像的Y分量的低频小波系数域上。实验结果表明,该算法具有较好的不可见性和鲁棒性。与以往的基于YCbCr颜色空间的算法相比,该算法具有更好的不可见性和鲁棒性。     

基于多变换域的彩色图像多功能水印算法

针对单水印存在功能单一的问题,提出一种基于离散小波变换（DWT）和四元数离散余弦变换（QDCT）的彩色图像多功能水印算法。首先,将彩色图像分通道置乱后进行DWT,选择低、中频子带作分块QDCT,利用部分实数系数构造系数矩阵,鲁棒性水印通过加法原则嵌入该系数矩阵的奇异值中;然后,将图像进行2×2分块的QDCT,特征脆弱水印利用QDCT的低频模值系数产生,并嵌入空域最低有效位（LSB）。实验结果表明,鲁棒性水印具有良好的抗JPEG压缩、噪声、对比度调节、剪切、旋转以及混合攻击的能力,脆弱水印对篡改敏感且具有精确的篡改定位功能。     

基于混沌的双重变换域数字图像扩频水印算法

提出了一种基于混沌的离散小波和离散余弦双重变换域数字图像扩频水印算法。算法采用二值图像作为水印,增加了嵌入的信息量。仿真结果表明,算法不仅具有较好的安全性、不可见性和鲁棒性,而且在水印的提取过程中不需要载体图像,在版权保护方面具有一定的应用价值。     

小波变换和硬C均值聚类的数字水印算法

提出一种基于硬C均值聚类的小波域数字图像水印算法。该算法利用人类视觉特性对小波域的低频子图进行硬C均值聚类,确定可嵌信息区域,在可嵌信息区域内通过交换相邻小波域系数值嵌入二值水印图像;双混沌序列的使用增强了水印系统的安全性。实验结果表明：该算法不仅具有良好的透明性,而且对叠加噪声、JPEG压缩、几何剪切,改变图像核心部分等恶意攻击具有高鲁棒性。     

一次Bézier曲线和Legendre神经网络的彩色盲水印算法

针对目前多数图像数字水印算法的载体是灰度图像,无色彩信息,水印信息是二值图像,水印信息量少,适用性差等不足,提出了一种基于一次Bézier曲线和Legendre神经网络小波变换（DWT）的彩色图像盲水印算法,载体图像和水印信息都是彩色图像。首先,将载体图像进行颜色空间转换并对载体图像的亮度分量进行DWT,然后将水印图像进行三基色分离,并对每个颜色分量同时进行Logistic混沌置乱和离散Haar小波分解。最后将每个颜色分量小波分解的四个矩阵系数按照一次Bézier曲线公式嵌入到载体图像的DWT中频子带系数中。实验结果表明,水印的透明性好,对于常见的噪声、裁剪、旋转、JPEG压缩等具有较好的鲁棒性。     

利用图像局部视觉特征的自适应盲水印

利用人类视觉特征提出了一种DCT域的自适应盲水印嵌入算法。该算法首先将载体图像划分为图像块序列,运用人类视觉特征将图像块分为三类：平滑块序列、边缘块序列和纹理块序列。对不同类块序列嵌入不同强度的水印信息,增强了水印的不可见性。实验结果表明,该算法具有较强的鲁棒性,同时能保证含水印图像的质量。