陈亚男 殷柯欣 朱建启 包芳

摘要：针对多媒体图像版权保护，提升抵抗强剪切攻击能力，提出一种基于非负矩阵分解NMF（Non-negative Factorization）和改进的Sobel算子特征提取的零水印方案。方案以抗强剪切攻击为核心，采用Fibonacci变换和混沌序列置乱技术对水印进行加密预处理;对原始图像进行NMF分解，得到系数矩阵并注册在版权中心;采用改进Sobel算子边缘提取算法构造特征向量，并與水印异或得到原始图像的版权信息。实验结果表明，当剪切面积达到96.50%以上，方案都能有效抵抗强剪切攻击，同时对缩放、加噪、滤波、JPEG压缩等攻击具有良好的鲁棒性。

关键词：零水印;强剪切;NMF;Sobel算子边缘检测;鲁棒性

中图分类号：TP309        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）25-0015-04

Abstract： For copyright protection of multimedia resources and the ability enhancement of zero watermark algorithm to resist strong shearing attack， this paper proposes a zero watermark scheme based on NMF and improved Sobel Operator edge detection. In this scheme， the anti-strong shear attack is the core. Fibonacci transform and chaotic sequence scrambling technology are used to preprocess the watermark. The original image is decomposed with NMF， and the coefficient matrix is registered in the copyright center. The improved Sobel Operatoredge detection is used to construct the feature vector; which is then operated with watermark by XOR operation to obtain the copyright information from the original image. The experimental results show that when the shearing area reaches to 96.50%， the scheme can extract the watermark information well， and also has good robustness against scaling， noise， filtering， JPEG compression， and other attacks.

Key words：zero watermark; strong shearing; NMF; Sobel Operator edge detection; robustness

1引言

随着网络迅速发展，数字图像等多媒体版权保护成为亟待解决的难题[1]。鲁棒性数字水印技术能有效进行版权保护和图像认证，已成为国际学术界的研究热点。目前，鲁棒性数字水印技术的研究取得很大进展，但是针对抗几何攻击的水印算法仍是多媒体信息安全领域的一个研究难点[2]。

抗几何攻击的鲁棒性数字水印算法从实现技术上可分为两种 [3]：第一种是在像素、频率或者其他变换系数中嵌入信息实现水印效果。第二种是基于图像内容的局部化数字水印方法。如文献[4]提出基于小波变换和支持向量机与主成分分析相结合的一种水印方案，能抵御平移、缩放、剪切、旋转和常见图像处理操作等攻击。文献[5]针对现有的抗几何攻击水印算法的嵌入能力不足和剪切鲁棒性弱等问题，提出一种基于局部信息的图像归一化和Gaussian-Hermite不变矩的算法。……