现代数字信号处理论文VIP

现代数字信号处理课程论文姓名：学号：现代数字信号处理课程论文目 录摘 要 .IIAbstract .III第 1 章 绪论 .11.1 引言 .11.2 本文研究的目的及意义 .11.3 数字水印技术的国内外研究现状 .2第 2 章 数字水印理论基础 .32.1 数字水印的基本概念 .32.2 数字水印的基本特征 .32.3 数字水印的基本原理 .3第 3 章 小波分析理论基础 .63.1 小波函数与小波变换 .63.2 离散小波变换 .8第 4 章 基于小波变换的数字水印算法 .104.1 算法描述 .104.2 实验结果及分析 .12第 5 章 总结与展望 .215.1 全文工作总结 .215.2 未来工作展望 .21参考文献 .22现代数字信号处理课程论文基于小波变换的数字水印技术摘 要伴随着互联网和数字多媒体技术的飞速发展，如何保护多媒体作品的版权和鉴别其真伪成为国际上研究的热门课题，数字水印作为信息隐藏技术研究领域的重要分支，是实现版权保护或跟踪侵权行为的有效方法。本文针对基于小波变换的数字水印技术，提出了一种基于小波域的二值图像水印算法。该算法选择了检测结果直观、有特殊意义的二值图像作为原始水印，并在嵌入之前进行图像置乱预处理，以提高安全性和隐蔽性，兼顾了水印的不可见性和鲁棒性，利用多分辨率分析思想进行水印的嵌入与提取。通过大量的仿真实验，证明本文算法在保证水印不可见性的同时，对常见的图像处理如 JPEG 压缩、噪声、滤波、剪切等，均有较好的鲁棒性。关键词：小波变换，数字水印，鲁棒性，不可见性the digital watermarking technology based on the wavelet transformAbstract With the rapid development of the Internet and digital multimedia technology, how to protect the copyright of multimedia works and identify true bogus becomes the international research hot topic.As an important branch of the information hiding technology research field, digital watermarking is the effective method to realizing the protection of the copyright and tracking the infringement. In this paper, based on wavelet transform the digital watermarking technology, a wavelet domain based on the binary image watermarking algorithm. The algorithm chosen the test results intuitive, with special significance in the value of the original image as a watermark and embedded in the image scrambling prior to the pretreatment to enhance the safety and concealment; watermark does not take into account the visibility and robustness, Use of multi-resolution analysis of the thinking embedded watermark and extraction. Through the simulation experiments to prove that this algorithm can not watermark visibility at the same time, the common image processing such as JPEG compression, noise, and so on, have a better robustness.Key words: wavelet transform,digital watermarking, robustion, visibility现代数字信号处理课程论文1第 1 章 绪论1.1 引言随着信息技术和计算机网络的飞速发展，数字多媒体信息包括图像、文本音视频、三维模型的存储、复制与传播变得非常方便。我们在通过互联网方便快捷的获取多媒体信息的同时，还可得到与原始数据完全相同的复制品，这就带来了对数字媒体原创者的版权和经济利益如何保护以及数字媒体信息是否安全可信等诸多问题。由此引发的信息安全问题、盗版问题和版权纷争问题已成为日益严重的社会问题。因此，对多媒体内容的版权保护与内容鉴别成为我们所处的这个信息时代所急待解决的问题 1。数字水印技术是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域，是信息隐藏技术研究领域的重要分支，如今已成为多媒体信息安全研究领域的一个热点。它将具有特定意义的、与载体内容相关或不相关的标记(水印)，利用数字嵌入的方法，隐藏在载体，即数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据。数字水印的研究涉及信息论、编码理论、通信原理、信号处理、信息安全等多学科多门类。近年来数字水印技术在数字信息的版权保护与完整性认证方面得到了迅猛发展，具有良好的应用前景 2。1.2 本文研究的目的及意义数字水印技术作为一个跨多领域、多学科(数字信号处理、图像处理、模式识别、数字通信、多媒体技术、密码学、语音处理等)的技术体系，由于它与具体的应用密切相关，因此每个研究人员介入的角度、采用的研究方法和设计策略也各不相同，但都是围绕着实现数字水印的各种基本特征进行设计，这也决定了数字水印技术研究成果的多样性以及数字水印技术研究的不完善性，仍有许多技术问题需要解决 3。同时，水印认证体系的建立、法律保护等问题也是影响数字水印技术迈向实用化的因素。另外，数字水印技术发展到今天，还是没有形成完整的理论体系，因而对相关研究人员来说这是一个挑战性的课题。由于目前国际上的水印技术尚未形成统一的标准，形成一个共同遵循的标准己成为研究水印者的共同目标。然而，标准的算法必须有其优越性、通用性和有现代数字信号处理课程论文2效性，并要得到世界各国的认同，所以形成标准是一项艰巨的任务。由于小波变换的优点，使小波变换域研究水印处理技术是目前的热点，并且在该领域形成水印算法标准的可能性最大，因此本论文研究基于小波变换域的数字水印算法设计与仿真实现具有重要意义 4。1.3 数字水印技术的国内外研究现状随着计算机和网络的飞速发展，数字作品得以有效的存储和发布，同时数字作品又极易被非法拷贝、伪造或篡改，使得很多版权所有者不愿利用网络公开其作品，从而阻碍其自身发展。版权保护信息必须与被保护的数据紧密结合，同时版权保护信息的鉴别过程必须具有抗各种干扰的能力，比如噪声、压缩等 5。国外研究机构有诸如美国财政部、美国版权工作组、欧洲电信联盟、德国国家信息技术研究中心、麻省理工学院的媒体实验室、瑞士日内瓦大学、普林斯顿大学、剑桥大学、普度大学等。此外欧洲、北美以及其他的一些关于图像、多媒体研究方面的国际会议都有专门的数字水印讨论组。在实际应用方面,各项研究取得了丰硕的成果，但是，目前市场上的数字水印产品在技术上还很不成熟，距离真正的推广使用还有很大的距离。在国外数字水印技术研究快速发展的同时，我国政府和研究机构也加大了重视力度，数字水印技术在我国信息安全领域的地位和作用不断上升，更多的专家学者投入到这一研究领域当中。国家“ 863 计划 ”、“ 973 项目”、国家自然科学基金等都对数字水印的研究提供专项资金支持。国内从事信息隐藏技术研究的科研院所主要有：北京邮电大学信息安全中心、中国科学院软件研究所、中国科学院自动化研究所、中科院信息安全国家重点实验室、清华大学、浙江大学等单位。从目前的研究发展来看，我国数字水印学术领域的研究正在蓬勃开展，而且形成了自己独特的研究思路，相信随着国内信息化程度的提高、电子政务的推广和电子商务的普及，作为数字作品版权管理核心技术的数字水印技术将会拥有更加广阔的应用前景和发展空间 。现代数字信号处理课程论文3第 2 章 数字水印理论基础2.1 数字水印的基本概念数字水印（Digital Watermark）技术是将与多媒体内容相关或不相关的一些标示信息直接嵌入多媒体内容当中，但不影响原内容的使用价值，并不容易被人的知觉系统觉察或注意到 7。通过这些隐藏的信息，可以确认内容创建者、购买者，或者验证内容是否真实完整。与水印相近或关系密切的概念有很多，从目前出现的文献中看，已经有诸如信息隐藏（Information Hiding ）、信息伪装（Steganography ）、数字水印（Digital Watermarking ）和数字指纹（Fingerprinting ）等概念。2.2 数字水印的基本特征（1）安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；当然数字水印同样对重复添加有有强的抵抗性。（2）隐蔽性：数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用，不会降质。（3）鲁棒性：是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。（4）水印容量：嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。尤其是隐蔽通信领域的特殊性，对水印的容量需求很大。2.3 数字水印的基本原理水印的基本原理是嵌入某些标志数据到宿主数字中作为水印，使得水印在宿主数据中不可感知和足够安全。为了保证由于水印的嵌入而导致宿主数据失真不被察觉到，必须应用某种感知准则，不管是隐性还是显形。水印算法要结合加密方法以提供其安全性，通过的水印算法包含两个基本方面：水印的嵌入和水印的提取。水印可以由多种模型构成，如随机数字序列、数字标识、文本现代数字信号处理课程论文4以及图像等。数字水印的嵌入过程如图所示：水印信号原始信号嵌入过程 含水印的信号图 2.1 数字水印嵌入过程频域法加入数字水印的原理是首先将原始信号（语音一维信号、图像二维信号）变换到频域，常用的变换一般有 DWT、DCT、DFT、WP 和分形。然后，对加入了水印信息的信号进行频域反变换（IDWT、IDCT、DFT、WP），得到含有水印信息的信号。数字水印的检测过程如图所示：原始的信号带检测的信号抽取/检测过程 抽取的水印 水印信息有/无水印结束结束图 2.2 数字水印的检测过程频域法检测水印的原理是将原始信号与待检测信号同时进行变换域变换，进行嵌入水印的逆运算，得出水印信息。如果是可读的水印，那么就此结束，如果是不可读水印，如高斯噪声，就将得出的水印与已知水印作比较，由相关性判断，待检测信号含不含水印，故水印的检测有两个结束点。下面介绍一种基于小波变换的数字水印方法。（1）第一步，将水印图象作时域上的变换，目的是对水印信息进行乱序，达到加密的效果。采用函数： ： = mod N)(KANyxk1yx其中 k 是一个控制参数，N 是矩阵的大小，（x,y）和（x ,y ）表示像素点在变换前后的位置。假设 P 表示由二值水印信息组成的一个 m n 的矩阵,对每现代数字信号处理课程论文5一个点的坐标作 变换之后，这个 m 的矩阵将变成一个 N 的矩阵，)(KANM矩阵的每个元素为 0 或 18。（2）第二步，对图像作小波变换，对于变换后得到的小波系数，选出一个起始位置在（p1,p2），大小为 N N 的系数矩阵。这个矩阵的大小与水印图像作时域变换后形成的矩阵大小是一致的。（3）第三步，在选出的系数矩阵中嵌入水印信息，即将两个 N N 的矩阵进行信息叠加，其中含有水印信息的矩阵元素为 0 或 1。TCY 提出一种信息叠加的方案： A水印信息进行时域变换后得到的大小为 N N 的矩阵；U在矩阵 A 中含有水印信息的位置的集合；B图象经过小波变换后得到的系数矩阵（N N）；S模；CB 和 U 的交集； =c(i,j)modS;),(ji),(ji对于所有属于 U 和 A 交集的点 c(i,j):如果 A(i,j)=1,并且 B(i,j) ;则 c(i,j)=c(i,j)- +T ;0),(ji1如果 A(i,j)=0,并且 B(i,j) ;则 c(i,j)=c(i,j)- +T ;2如果 A(i,j)=1,并且 B(i,j)0 ;则 c(i,j)=c(i,j)+ -T ;),(ji1如果 A(i,j)=0,并且 B(i,j)0;则 c(i,j)=c(i,j)+ -T ;2这里 T ，T 是水印嵌入的门限，安全系数包括 n,k ,p ,p ,m,N,S, T , T 。12 112水印的提取过程如下：假设 y 是从小波变换域抽取的一个 N N 的系数矩阵，起始位置为（p ,p ）； 满足： =Y（i,j）modS, D 是一个 N N 的矩阵。对 Y12),(ji),(ji中的所有点（i,j）,定义如果 /2，则 D（i，j）=1;)()21Tji如果 /2，则 D