小波域数字水印设计与实现

1、毕毕 业业 设设 计计 题 目： 小波域数字水印设计与实现 学生姓名： 学号： 学 院： 系 名： 专 业： 指导教师： 通信工程 目 录 摘 要.1 Abstract.2 前 言.3 第 1 章 绪论.4 第 2 章 数字水印的基本理论.5 2.1 数字水印概念及基本特征.5 2.2 数字水印系统的构成6 2.3 数字水印的分类8 2.4 数字水印的作用9 2.5 数字水印的基本原理.9 2.6 数字水印的作用.10 第 3 章 MATLAB 软件介 绍.12 3.1 MATLAB 简 介.12 3.2 用 MATLAB 研究数字的优 点14 3.3 算法中常用的 MATLAB 函数介 绍1

2、5 第 4 章 基于 JPEG 编码算法的水印技术.16 4.1 JPEG2000 简介.16 4.1.1 JPEG2000 的新特征及其应用领域.17 4.1.2 JPEG2000 的基本框架和实现.17 4.1.3 JPEG 的压缩原理.18 4.1.4 JPEG 达到的压缩效果.21 4.2 基于组块选择的水印 DCT 算法.21 4.2.1 算法简述.21 4.2.2 组块的选择.21 4.2.3 算法的优缺点.23 4.3 一种基于图像子块的 DCT 域水印算 法.23 4.4 仿真实验.25 第5章 图像数字水印的性能评估和击.29 5.1 图像数字水印的性能评估和基准.29 5.

3、1.1 影响水印健壮性的因素.29 5.1.2 视觉质量的定量描述.30 5.1.3 水印性能评估的描述.31 5.1.4 性能评估和基准测试的一般步骤.32 5.1.5 标准和未来的测试基准.32 5.2 图像水印的攻击.33 5.2.1 水印攻击的目的及方法.33 5.2.2 水印攻击的分类.34 5.2.3 性能评估中所使用的攻击.36 结束语.37 参考文献.38 致 谢.40 附 录.41 小波域数字水印设计与实现 摘 要 数字水印作为一种将特殊信息嵌入媒体数据的技术，近年来已成为国内外研究的热点 并有着广泛的应用前景。通常数字水印被应用于数字图像、音频、视频以及其他媒体 产品上以进

4、行版权保护和验证多媒体数据的完整性。在介绍数字水印的提出和研究现 状的基础上，并对其基本原理、算法和特点进行了阐述，同时对水印的分类和攻击进 行了深入分析，并详细指出了数字水印技术的应用领域。本文提出了一种基于 DCT（离 散余弦变换）的水印算法，该算法主要进行了以图像子块作为嵌入基本单元的水印技 术研究，通过建立系数掩蔽模型实现水印嵌入强度的自适应调整。实验结果表明，该 算法嵌入的水印具有较好的鲁棒性1。 关键词：数字水印；小波变换 ；JPEG 压缩；离散余弦变换 Wavelet Domain Design and Implementation of Digital Watermark Ab

5、stract Digital watermarking，the technology of embedding special information into multimedia data，is a topic that has recently gained increasing attention all over the worldThe watermark of digital images，audio, videoAnother media product in general has been proposed for resolving copyright ownership

6、 and verifying the integrity of content. The advance present research situation of watermark techniques are first introduced in this writing, and then the basic concepts and algorithms and characteristics are expatiatedFor Further understanding，the watermark techniques from the classified and assaul

7、t of watermark techniques are analyzed in detail. In this paper，a novel meaning binary image digital watermarking algorithm based on DCT is proposedThe sub-block of the original image is the basic inserting unit, inserting strength of watermarks is based on the self-adaptive coefficient masking mode

8、l. Experiment results show this algorithm of embedded watermarking had a better robustness1 Key words： Digital watermark；wavelet transform；DCT.；JPEG compression 前前 言言 随着数字水印技术的发展，数字水印的应用领域也得到了扩展，数字水印的基本 应用领域是版权保护、隐藏标识、认证和安全不可见通信。 当数字水印应用于版权保护时，潜在的应用市场在于电子商务、在线或离线地分 发多媒体内容以及大规模的广播服务。数字水印用于隐藏标识时，可在医学、

9、制图、 数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。数字水印 的认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的安全不可见通信将在国防和 情报部门得到广泛的应用。 多媒体技术的飞速发展和 Internet 的普及带来了一系列政 治、经济、军事和文化问题，产生了许多新的研究热点。 信息隐藏技术可以应用的范围很广，作为证件来讲，每个人需要不只一个证件， 证明个人身份的有：身份证、护照、驾驶证、出入证等；证明某种能力的有：各种学 历证书、资格证书等。国内目前在证件防伪领域面临巨大的商机，由于缺少有效的措 施，使得“造假”、“买假”、“用假”成风，已经严重地干扰了正常的经济秩

10、序， 对国家的形象也有不良影响。通过水印技术可以确认该证件的真伪，使得该证件无法 仿制和复制。 数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值，如遥感图像的拍摄日期、经/纬 度等。没有标识信息的数据有时甚至无法使用，但直接将这些重要信息标记在原始文 件上又很危险。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原始文件上是 看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。这种方法已经被国外一些公开的遥 感图像数据库所采用。 数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战 尤 其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。网 络情报战是信息战的重要组成部

11、分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。 迄今为止，学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思维模式，然而， 经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛 应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的 视觉、听觉冗余，可以进行各种时（空）域和变换域的信息隐藏，从而实现隐蔽通信4。 第章第章 绪绪 论论 数字水印技术的研究大约始于 1994 年，已有不少著名大学和研究机构投入相当大 的人力、物力和财力，致力于该项技术的研究，并取得了一定的成果，包括美国的麻 省理工学院、Purdue 大学、英国的 Ceorage Maso

12、n 大学、瑞士洛桑联邦工技院、美国 的 NEC 研究所、美国的 IBM 研究所等。一些公司已推出了一些数字水印软件产品等。 各研究机构正努力设计出更高效安全、更通用、更强抗攻击能力的数字水印产品。 我国在该领域的研究尚为普及，虽已引起数十家大学和研究机构的关注（如北京 邮电大学，哈尔滨工业大学，中科院自动化研究所和国防科大等）但到目前为止还基 本没有成熟的技术或商业化软件可供投入市场。随着数字化产品在中国的普及， Internet 在中国的迅猛发展以及电子商务的快速发展，数字水印技术将会拥有更加广阔 的应用前景，这也是国产化软件走向世界的捷径。目前，数字水印还没有形成统一的 国际标准4。 近年

13、来数字水印技术的研究和发展都很迅猛，其研究方向也呈多元化，归纳起来 大致有如下几个方向： 首先很多研究着在试图使水印处理技术与编码算法的统一起来。数字产品的发布 和使用通常要经过编码和传输。传统的水印处理往往与压缩编码算法分开。目前许多 科研机构在研究如何在编码的过程中嵌入水印并提出了许多嵌入方法（研究隐藏算法 的同时当然也包含了检测算法） 。这样做的优点在于使水印对该编码算法具有鲁棒性， 尽量减少无意的水印攻击。 其次，许多组织力图于建立国际统一标准的水印处理算法。目前国际上的水印处 理算法尚未形成统一的标准。形成标准已经成为所有研究水印者的共同目标。然而， 由于形成国际标准的算法要求必须具

14、有优越性、通用性，健壮性和有效性，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。其中基于 DCT 变换和小波变换的 水印处理技术是各国争相研究的热点，形成标准的可能性最大。 再次，很多公司和研究机构着力与将水印处理技术商业化并应用于其他领域如军 事和国防领域，用于传送秘密的军事命令、验证军事命令、信息的真实可靠性，并探 索该领域的新技术和新理论，这对与国防现代化建设和未来的信息化、网络化战争有 重大意义9。 【原文已删除，如需完整论文，加 QQ：】 【通信工程本/专科毕业论文修改与拟稿组】 结结 束束 语语 数字水印是近几年来出现的数字产品版权保护技术，是当前国际学术界的研究热 点。

15、该文论述了如下几个问题：（1）数字水印的提出及研究现状；（2）数字水印的 基本理论知识；（3）数字水印的嵌入和检测算法；（4）数字水印的攻击实验。 本次毕业设计遇到了比较多的问题，首先是对数字水印一点都不了解，此外对 MATLAB 软件的应用不是很熟悉。总的来说，感觉水印的嵌入和提取相对来说比较简 单，但水印攻击刚开始不知道怎么做，后来在同学的帮助下只做了几个比较简单的水 印攻击测试。 数字水印技术最早是作为一种版权保护技术被提出来的，随着数字水印技术研究 的深入，其应用领域己经有了很大的扩展，尽管人们都在努力发展和完善数字水印技 术，但水印技术仍然没有完全成熟和广为人们理解，而且还有很多问题

16、没有得到解决。 尽管水印技术难在短期内取得突破，但是鉴于水印技术的广泛的应用价值，有必要对 水印技术作一番深入研究。 【原文已删除，如需完整论文，加 QQ：】 【通信工程本/专科毕业论文修改与拟稿组】 参考文献 1 黄继武,程卫东.DCT域图像水印嵌入对策和算法.电子学报, 2008,28(4):5760 2 陈明奇.数字水印的攻击方法.电子与信息学报, 2001, 23(7):705711 3 李永全.基于MATLAB的DCT域数字水印技术实现.信息技术, 12(4):6671, 2005 4 贾志城.数字水印技术J.工业科技. 34(4):4243,2005 21 I. J. Cox, M

17、. L. Miller and J. A. Bloom. Digital Watermarking. Morgan Kaufmann, 2002 22 R.Barnett. Digital Watermarking: Applications, techniques and Challenges. Electronics and Communications Engineering Journal, 1999, 11(4):173183 23 F.M.Boland. J.J.K.O.Ruanaidh, C. Dautzenberg. Watermarking Digital Images fo

18、r 致 谢 经过了几个月的努力，毕业设计终于来到了尾声。首先对指导老师 X 老师和帮助 我的同学表示感谢。毕业设计可以说是大学的最后一堂课，它可以让人学到很多东西， 也可以培养一个人的动手能力。毕业设计的完成同时也宣告了我的大学生活就要结束 了。四年前刚入学时的画面还历历在目，如今就要离开学校了，心中不免感慨万分。 四年的大学生活是奋斗的、拼搏的过程，生活中和学习中的点点滴滴都关系到我们的 未来。 在这次毕业设计中，我确实学到了许多课堂上学不到的东西，比如 WORD 的各种 技巧，数字水印的一些简单的设计与实现方法，从毕业设计的过程中我更加深刻地体 会到“态度决定结果”和“事在人为”的道理，确实很多不懂的东西只要自己想去了 解想去接触，问题就会得到解决。毕业设计让我得到了很多的启示，相信这会是我以 后人生路上的一笔宝贵财富。 再次感谢 X 老师