【毕业论文】数字图像水印置乱算法研究 缩写搞

毕业论文缩写稿题目数字图像水印置乱算法研究学生张英学号20110311116专业电子信息工程指导教师李霞陕西科技大学职业教育师范学院2015年6月2日数字图像水印置乱算法研究信工111班张英指导教师李霞（陕西科技大学职业教育师范学院陕西西安710021）摘要数字水印技术属于国际上新兴的研究领域,其主要目的是为了实现数字作品的版权保护,将与作品内容相关或不相关的一些标示信息直接嵌入到作品的内容当中,但不影响原有作品的使用价值，虽然这些隐藏的信息不容易被人的知觉系统感知,但这种技术在版权保护以及盗版行为追踪中可以起到关键作用。图像置乱技术可以做为图像信息的一种加密算法。本文首先介绍了常用的几种图像置乱算法,然后讨论了基于各种变换的图形置乱算法及其周期性,最后用MATLAB70对这一算法进行了实现。关键词信息加密,图像置乱,ARNOLD变换,MATLAB实现DIGITALIMAGEWATERMARKSCRAMBLINGALGORITHMRESEARCHABSTRACTDIGITALWATERMARKANADVANCEDTECHNOLOGYINTHEINTERNATIONALCRYPTOGRAMRESEARCHFIELDITPROTECTSTHECOPYRIGHTSOFDIGITALPRODUCTIONSBYEMBEDDINGSOMEUNDISCOVEREDINFORMATIONINTOTHEDIGITALTHESESTEPSHAVENOEFFECTONORIGINALWORKSBUTTHEINFORMATION,WHICHISUNSENSIBLETOHUMANKINDSENSOR,PROVIDESAGOODSOLUTIONTOCOPYRIGHTPROTECTIONANDPIRATECOPYTRACINGIMAGESCRAMBLINGCANBEREGARDEDASONEOFTHEENCRYPTIONTECHNIQUESINTHISPAGER,WEINTRODUCEDARNOLDTRANSFORMING,THENDISCUSSEDIMAGESCRAMBLINGBASEDONARNOLDTRANSFORMINGANDITPERIODATLASTWEIMPLEMENTEDTHEARITHMETICBYMATLAB70KEYWORDSINFORMATIONENCRYPT,IMAGESCRAMBLING,ARNOLDTRANSFORMING,MATLABIMPLEMENTED1绪论11选题背景随着信息技术的迅猛发展，一方面人们对信息隐藏技术研究的逐渐深入，确实取得了可喜的成果；而另一方面人们也清楚的意识到信息攻击者所采用的攻击手段也在不断高明，能否很好地保证我们的信息安全，是一个不得不让我们担忧的问题。网络与安全本身就是矛盾的两方面，如何提高我们的信息安全性，这是现今乃至今后很长一段时间内我们所要面临的问题。信息安全技术经过多年的发展，我们对信息的保护已从密码技术发展到了隐藏技术，但在信息隐藏技术的应用过程中，人们又想到如果我们单纯地用各种信息隐藏算法对秘密信息进行隐藏保密，那么攻击者只要直接利用现有的各种信息提取算法对被截获信息进行穷举运算的话，就很有可能提取出我们的秘密信息。但如果我们在信息隐藏之前，先对秘密信息按照一定的运算规则进行置乱处理，使其失去本身原有的面目，然后再将其隐藏到载体信息里面，这样我们所要传输的信息不就更安全了吗。即使攻击者将秘密信息从载体中提取了出来，也无法分辨出经过置乱后的秘密信息到底隐藏着什么内容，于是就认为提取算法错误或该载体中不含有任何其它信息。所以，我们对秘密信息进行置乱运算是很有必要的。这也是将来我们信息隐藏技术研究的一个重要方向。本文则主要是研究如何对数字图像信息进行置乱。2本设计主要内容置乱技术将原来有一定意义的图像数据,通过一些变换,搅乱图像中像素的位置或颜色,使之变成一幅“杂乱无章”的图像,达到无法辨认出原图像的目的。通过置乱技术的应用,即使某些非法获取图像者能恢复出隐藏信号,如果不知道怎么恢复出置乱图象,仍然无法看到原始图象,这样就增强了被隐藏信号的保密性关于图像的置乱算法已有很多，从大的方面分可分空域置乱（包括位置空间和颜色空间）频率域置乱以及空频域同时置乱。由于其置乱算法没有本质的区别，这里主要从空间位置角度来研究图像的置乱变换。空间域算法具有容易实现、算法简单、运算速度快、嵌入的信息量大、能够有效地利用人类视觉系统特性等优点。3系统软件设计MATLAB和MATHEMATICA、MAPLE并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATHWORK也吸收了像MAPLE等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理技术、数字信号处理技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程等。4设计原理41ARNOLD变换ARNOLD变换是一种改变图像像素的相互位置关系，降低图像的相关性，而达到以保密图像为目的的图像加密方法。ARNOLD变换公式XXYMODN41YX2YMODN42其中，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，其实质为一种点的位置移动。42仿射变换基于仿射变换的置乱方法2维仿射变换定义了一种2维坐标到2维坐标之间的线性变换，仿射变换具有平行线转换成平行线和有限点映射到有限点的一般特性。仿射变换的一般形式XAXBYE44YCXDYF44ADBC045其中，A，B，C，D，E，F为实数，X，Y，X，Y为整数。44幻方变换幻方变换根据幻方矩阵A中的自然序号跟图像中的像素点按照行列一一对应，通过将A中元素移动到序号为MODNN1的位置实现对图像的置乱变换。以自然数1，2，3、N，N为元素的N阶矩阵11NNA（46）111I1,NNNIJIJIIJJIIJIJNAAAC其中C为常数，称A为N阶幻方。44对ARNOLD变换图像攻击处理通过前面的研究我们发现，对一幅图像进行猫脸变换后，经过一定的周期运算可以恢复出原图像，不过恢复出的图像和原图像有一些细节的区别。然而这些细节并不影响图像的整体效果。对置乱的图像进行攻击，然后通过一定的方法也可以恢复出原图像。以下介绍5种不同的攻击，分别为高斯加噪、旋转、剪切、椒盐加噪、缩放、中值滤波。效果如下图图41对置乱图像高斯加噪再恢复图42对置乱图像旋转再恢复图44对置乱图像加椒盐噪声再恢复图44对置乱图像缩放攻击再恢复5结论与展望数字图像置乱的目的在于打乱图像,使非法获取图像者很难识别图像的内容,图像置乱度就是表示图像被打乱的程度。一般来说,置乱后的图像相对于原始图像越“乱”,表明该置乱算法效率较高,保密性较高。本课题就是研究各种置乱变换从而实现图像水印加密，并利用MATLAB仿真软件实现处理效果。置乱算法是目前图像研究领域的一个热门话题,研究图像隐藏将图像置乱的方法和效果具有很好实际应用意义,数字图像置乱即是对数字图像的一种信息隐藏方法，经过ARNOLD变换置乱算法后,图像虽会变得几乎无法辨认,则使非法获取图像者无法获取清晰的原始图像,从而无法读出任何图像信息,但仍存在被破译的危险。因此,在如何提高置乱算法的安全性和有效性及在传播中的安全性等方面都有待于进