I 混沌在数字图像水印系统中的应用研究
摘要
数字通信、网络以及计算机技术的不断发展和日趋成熟，促进了多媒体技术的迅速普及和应用，但随之也带来了一系列的问题，多媒体版权的保护问题已经成为目前讨论的热点问题之一。数字水印技术就是在这种环境下应运而生的。该技术是通过在原始数据中嵌入秘密信息——水印（watermark）来证实该数据的所有权或者用于未经授权的篡改验证。它主要通过在媒体信息中嵌入标记信号（数字水印），为多媒体信息在防伪、防篡改、认证、保障数据安全和完整性等方面提供有效的技术手段。近年来，人们开始寻求多媒体信息保护的新方法。这其中，基于混沌的数字水印技术显示出了其独到的优势，有可能成为新的多媒体保护的有效手段。
本文围绕混沌的优良特性及其在数字水印技术中的应用展开研究，主要内容包括混沌的基本概念，特性和混沌在数字图像水印中的应用。本文给出了一种基于混沌的图像数字水印算法,利用混沌系统产生的混沌信号作为数字水印信息,并在DCT变换域中有选择地嵌入水印,再经DCT逆变换得到水印图像。数值实验结果表明,该算法具有较强的透明性和鲁棒性,水印检测结果准确,对给定的几种图像处理攻击有抵抗性。由于混沌信号具有似噪声、宽频谱等特性,因此引入混沌信号,使得水印产品的安全性得到进一步提高。
关键词：数字水印，混沌系统，DCT
II Chaos in the application of digital image watermarking system
ABSTRACT
With the fast development of digital communication, network and computer technology, multimedia application becomes popular. However, it also brings some problems, such as pirate, illegal copy etc. Copyright protection has become a key problem for multimedia.The digital watermarking technique emerges with the tide of the times under this kind of environment. The technique announces the copyright or detects the tamper by embedding the secret information一watermark into the original data.It can provide efective protection for digital media forgery,falsification, authentication, security and intactness by embedding a special mark(digital watermarking) into multimedia data. In recent years, people began to seek new ways of multimedia information protection. Among them, the digital watermarking technique based on chaotic showed its unique advantages, likely to become the new multimedia protect effective means.
This paper focus on its excellent characteristics of chaos in the application of digital watermarking technology launched research, main content includes the basic concept of chaos, properties and chaos in the application of digital image watermarking.The paper gives a kind of digital image watermarking algorithm bases on chaos, using the chaos system to produce a chaotic signal as digital watermarking information, and in the DCT transform domain watermark selectively, then after DCT inverter change get watermark image. Numerical experiments show that this algorithm has stronger robustness and transparency, watermark detection results are accurate, for given several image attacks have resistance. Because of chaotic signal noise, wide frequency spectrum is like features, thus introducing chaos signals, makes the security of watermark products being further improved.
KEY WORDS: Digital Watermarking,Chaotic systems,DCT
III
目录
摘要 ..................................................................... I ABSTRACT.............................................................. II 1 绪论 . (1)
1.1数字水印的研究背景及意义 (1)
1.2数字水印的现状 (1)
1.3数字图像水印的技术方案 (2)
1.4数字水印的应用 (2)
1.5混沌数字水印的研究进展 (3)
1.6论文安排 (4)
2 信息隐藏及数字水印技术 (5)
2.1数字水印隐藏技术 (5)
2.2数字水印技术 (6)
2.2.1数字水印的概念 (6)
2.2.2数字水印的分类 (6)
2.2.3数字水印的一般特性 (7)
2.3数字水印的基本框架 (8)
2.3.1数字水印的嵌入 (8)
2.3.2水印的提取和检测 (9)
2.4数字水印攻击与评价 (9)
2.5本章小结 (11)
3 混沌在数字水印中的应用研究 (12)
3.1混沌概述 (12)
3.1.1混沌的基本概念 (12)
3.1.2混沌的特性 (12)
3.2混沌在数字水印中的应用 (13)
3.2.1直接用作数字水印 (13)
3.2.2基于混沌的数字图像加密技术 (13)
3.2.3混沌数字水印中存在的问题 (13)
3.3本章小结 (16)
4基于DCT的图像水印算法研究 (17)
4.1基于DCT域的混沌数字图像水印技术 (17)
4.1.1离散余弦变换变换定义 (17)
IV
4.1.2离散余弦变换变换的特点 (17)
4.2人类视觉系统（HVS）特性 (19)
4.2.1HVS简单功能模型 (19)
4.2.2视觉模型 (19)
4.2.3HVS的应用 (19)
4.3二维DCT块大小和嵌入位置的选择 (20)
4.4数字水印系统的实现 (20)
4.4.1混沌序列 (20)
4.4.2水印的嵌入 (20)
4.4.3水印的提取和检测 (20)
4.5攻击实验 (23)
4.5.1剪裁攻击 (23)
4.5.2噪声攻击 (23)
4.5.3JPEG压缩 (23)
4.6实验结果 (24)
4.7本章小结 (26)
5 总结与展望 (27)
5.1全文总结 (27)
5.2研究展望 (27)
致谢 (29)
参考文献 (30)
混沌在数字图像水印系统的应用研究 1
1 绪论
1.1 数字水印的研究背景及意义
多媒体技术及互联网的迅速发展使得数字媒体数据的广泛传播变得非常容易，但是随之而出现的问题也十分严重，如：作品侵权更加容易，使用逐渐强大的多媒体软件工具能够很容易地对原始图像或多媒体数据进行方便、完美地编辑和修改,降低了媒体数据本身的可信度。因此，媒体数据的真实性、完整性等就成了人们所关注的问题之一，数据媒体的安全存储和传输也变得越来越重要。因此如何既充分利用因特网的便利，又能有效地保护知识产权，已受到人们的高度重视。一系列数字化技术本身的可复制和广泛传播的特性所带来的负面效应，已成为信息产业健康持续发展的一大障碍。目前，数字媒体信息的安全、知识产权保护和认证问题变得日益突出，且已成为数字世界中一个非常重要和紧迫的课题。
密码技术是信息安全技术领域的主要传统技术之一。现有数字内容的保护多采用加密的方法来完成，即首先将多媒体数据文件加密成密文后发布，使得其在传递过程中出现的非法攻击者无法从密文获取机要信息，从而达到版权保护和信息安全的目的。但这并不能完全解决问题，一方面加密后的文件因其不可理解性而妨碍多媒体信息的传播；另一方面多媒体信息经过加密后容易引起攻击者的好奇和注意，并有被破解的可能性，而且当信息被接收并进行解密后，所有加密的文档就与普通文档一样,将不再受到保护，无法幸免于盗版。换言之，密码学只能保护传输中的内容，而内容一旦解密就不再有保护作用了。因此，迫切需要一种替代技术或是对密码学进行补充的技术，它应该在内容被解密后也能够继续保护内容。这样，人们提出了新兴的信息隐藏的概念——数字水印(digital watermarking)。数字水印技术[1]是目前信息安全领域的一种新技术，是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术，创作者的创作信息和个人标志通过数字水印系统以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒体中，如：序列号、标记等，人们无法从视觉上感知水印，只有专用的检测器或计算机软件才可以检测出隐藏的数字水印。
在多媒体信息中加入数字水印可以确定版权所有者、认证多媒体来源的真实性、识别购买者、提供关于数字内容的其它附加信息、确认所有权认证和跟踪侵权行为。它在篡改鉴定、数据的分级访问、数据跟踪和检测、商业和视频广播、Internet数字媒体的服务付费、电子商务认证鉴定等方面具有十分广阔的应用前景。自1993年以来，该技术已经引起工业界的浓厚兴趣，并日益成为国际上非常活跃的研究领域。
1.2 数字水印的现状
陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 2
迄今为止，数字水印已经成为一个研究热点[2]。不但有大量的研究性的论文出现，而且在短短几年内出现了数十家从事水印研究及应用的公司，有些公司已经推出了自己的数字水印产品及相关软件，如Digmarc，JK_PGS，SysCop，Suresign，同时也有Stirmark，Unzign等水印攻击产品问世。日本电气公司、日立制作所、先锋、索尼和美国商用机器公司正联合开发同统一标准的基于数字水印技术的DVD影碟防盗版技术。由欧洲委员会资助的几个国际项目也正致力于水印技术的研究。TALISMAN的目标是为欧盟成员国的服务提供者提供一个标准版权保护机制，以保护数字化产品，防止大规模商业盗版和非法拷贝，TALISMAN的预期产品是通过标记和水印方法得到一个视频序列保护系统。OCTALIS的主要目标是建立一个全球范围的解决方法，通过它能够公平的进行数据存储控制和进行有效的版权保护，并能在大规模实验系统上证明其有效性。欧盟希望使其成员国在数字作品电子交易方面达成协议。其中的数字水印系统可以提供对复制品的探测追踪，在数字产品转让之前，作品创作者可以嵌入创作标志水印；作品转让后，媒体发行者对存储在服务器中的作品可嵌入发行者标志；而在出售作品拷贝时，还有加入销售标志。德国几年前就已经在利用数字水印保护和防治伪造电子照片的技术上取得突破，该技术在德国用于个人身份证的伪造。
1.3 图像数字水印的技术方案
在数据库中存储在国际互联网上传输的水印图像一般会被压缩[3]，有时达到很高的压缩比。因此，数字水印算法所面临的第一个考验就是压缩。JPEG和EZW（Embedded Zero-Tree Wavelet）压缩是最常见的两种压缩方法。JPEG是基于离散余弦变换域的压缩方法，而EZW是基于小波变换域的压缩方法。前人的研究证明采用与压缩算法相同的变换域水印方法，对于压缩的稳健性较强。因此，我研究图像文件水印算法主要集中在变换域算法及利用人眼视觉特性上。
数字水印的嵌入要求即要考虑视觉透明性，又要保证嵌入水印后图像的稳健性，这两个方面存在着矛盾[4]。保证视觉透明性，就要将水印嵌入到人眼不敏感区，也就是嵌入到图像的高频分量中。而多数图像处理方法对于图像高频部分的损坏程度较高，如有损压缩、高频滤波等。水印很容易在经历图像处理的过程中丢失。这样，则无法保证图像数字水印的稳健性。如果要获得很好的稳健性，数字水印应加在人眼敏感的低频部分，图像的大部分能量集中在低频部分，如果对于低频部分进行处理，水印固然会失去，而图像也没有了利用价值，然而，水印的嵌入会对图像的质量有非常大的影响，这又无法保证视觉透明性。
数字水印算法的实现基本分为三个部分：水印生成，水印的嵌入和水印的检测，后面将分别描述。
1.4 数字水印的应用
混沌在数字图像水印系统的应用研究 3
数字水印技术虽然是近几年才出现的，但其应用前景和应用领域将是巨大的，目前数字水印技术的应用主要包括一下几个方面[5]:
(l)版权保护(eopyright proteetion)
数字作品的所有者可用密钥产生一个水印，并将其嵌入原始数据，然后公开发布他的水印版权作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时，所有者即可利用水印检测方法从盗版作品或水印版权作品中获取水印信号作为依据，从而保护所有者的权益。
(2)防止非法复制
在媒体的放录设备的设计中应该应用图像水印技术，当放录设备工作时，检测媒体上是否有水印存在，以决定该媒体应不应该被放录，从而拒绝非法拷贝媒体的流行和使用。同样的原理可用于广播、电视、计算机网络在线多媒体服务中的听、看、访问权限的控制。目前，日本电气公司、日立制作所、先锋、索尼和美国商用机器公司等正联合开发统一标准的基于数字水印技术的DVD影碟防盗版技术。
(3)图像认证(image authentieation)
认证的目的是检测对数据的修改[6]。可用“易损水印(Fragile watermarking)”来实现图像认证。在所有的数字水印应用中，认证水印具有最低级别的鲁棒性要求。
(4)电子商务中的网页保护和票据防伪
今后，数字水印技术还可能成为保护网页，防止非法篡改和盗用的一种有效手段。电子票据的水印技术也将得到更多的研究。
(5)保密通信
可以把需要传递的秘密信息嵌入可以公开的图像中。由于嵌入秘密信息的图像在主观视觉上并未发生变化，察觉到秘密信息的存在是不大可能的。从这个意义上讲，传输秘密信息的信道也是秘密的，这将有效地减少遭受攻击的可能性。同时，由于息的嵌入方法是秘密的，如果再结合密码学的方法，即使攻击者知道秘密信息的存在，要提取和破译该信息也是十分困难的。例如将生物特征信息隐藏在一幅图像中，使其在网络上安全地传输，从而保证利用生物特征信息进行身份识别与认证的可靠性。
(6)判断视频流是否被篡改
越来越多的视频流在网上流传，使我们获取信息和学习知识变得更加方便快捷，如视频会议、网络课堂等。然而一些不法分子可能会对这些信息进行篡改或破坏，造成信息的错误传输。脆弱数字水印技术可以判断这些视频流是否遭到破坏。
(7)多语言电影系统和电影分级
利用图像水印技术，可以把电影的多种语言配音和字幕嵌入到视频图像中携带，在保证图像质量不受影响的情况下节省了声音的传输信道。与此类似，把电影分级信息嵌入到图像中，可以实现画面放映的控制，从而实现电影分级。
1.5 混沌数字水印的研究进展
陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 4
自1961年美国气象学家洛伦兹提出“蝴蝶效应”[7]以来，混沌理论已经得到人们的广泛关注。人们对混沌现象经过近几十年的深入研究，已经取得了许多突破。目前，混沌理论已广泛应用于物理、天文、化学、生物、医学、气象等自然科学学科。由于对初值条件非常敏感，以及混沌序列具有类似噪声的宽频谱特性，因此利用不同初值经过简单的非线性迭代就可以产生数量众多、保密性好、非周期、不相关、类随机而又确定可再生的混沌序列，其相关性与Gaussian序列相似。混沌系统的这些特性己经成功地用于信息加密，并能产生用于DS-CDMA通信系统的具有优良性能的扩频序列，也出现了混沌理论用于数字水印的相关报道。自从G.V oyatzis等首次利用图像空间域的邻域关系嵌入混沌水印以来，人们己经提出了许多混沌水印算法，主要分为直接嵌入和间接嵌入。本文主要研究把混沌序列作为水印信息直接嵌入。
1.6 论文安排
本文将混沌理论应用于数字图像中，提出了一些新的水印算法和解决方案。其主要研究成果及内容安排如下：
第一章是绪论，首先简要介绍了数字水印概念的提出、发展现状和应用前景，并指出了目前对数字水印技术的理论研究并对混沌数字水印水印作了简单的介绍，从而阐明了的研究意义，最后说明了本文内容安排。
第二章对数字水印的技术的分类，一般特性，数字水印的基本框架和对数字水印的攻击作了简单的介绍，并对其与密码学之间的关系进行了比较研究。
第三章是混沌在数字水印中的应用研究。首先介绍了混沌理论的基础知识，包括其发展历史、研究意义、基本概念及其应用概况、混沌的识别等。然后研了混沌理论在数字水印中的应用概况，并着重讨论了基于混沌加密的数字水印技术。
第四章是基于混沌的数字水印算法研究[8]，在图像的DCT域内，用混沌序列作为水印信息，进行数字图像水印。
第五章是总结与展望，总结本文的工作并展望未来的研究方向。
混沌在数字图像水印系统的应用研究 5
2 信息隐藏及数字水印技术
2.1 数字水印隐藏技术
数字图像信息隐藏技术主要研究基于数字图像的信息隐藏技术，针对数字图像二维空间(或基于数字视频的三维空间)，将需要保密的信息隐藏于公开的图像中。它充分利用数字图像本身所具有的迷惑性，来达到伪装保密信息，从而逃避可能的攻击者实现秘密信息的传递。
隐藏技术主要由两部分组成:(l)信息嵌入算法。它利用密钥实现秘密信息的隐藏。(2)隐蔽信息提取/检测算法(检测器)。它利用密钥从隐蔽载体中检测/恢复秘密信息。在密钥未知的前提下，第三者很难从隐密载体中得到或删除、甚至发现秘密信息。如图2-1是信息隐藏的一般模型。
图2-1 信息隐藏一般模型
信息隐藏的例子层出不穷，从中国古代的藏头诗到中世纪欧洲的栅格系统，从古希腊的蜡板藏书到德国间谍的密写术等这些典型的例子。多媒体技术的广泛应用，为信息隐藏技术的发展提供了崭新的领域。1996年5月30日一6月l日，在英国剑桥大学牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学研讨会，标志着一门新兴的交叉学科一信息隐藏学的正式诞生。信息隐藏学作为隐蔽通信和知识产权等的主要手段，正得到广泛的研究与应用。
Adelson把人类视觉系统对对比度的敏感程度与数字图像的空间频域相对应，利用空间频域的高频带隐藏信息。Benderl改进了Adelson的方法，采用混沌序列对保密信息进行加密，然后实现信息的隐藏。但是，这里算法的缺陷是，它们不能忍受通用信号处理操作对载体信号引入的失真，如噪声叠加，有损压缩等。Lippman提出了使用信号的色度，在国家电视标准委员会的色带信道中隐藏信息的方法。该方法可以隐藏大量的
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信息，但是依然无法抵御录制、压缩等操作带来的能量损失。Bender和Pitas各自提出了在数字图像的像素亮度的统计模型上隐藏信息的方法。该方法采用伪随机数技术选择若干对象数，通过调节每对像素的亮度对比来隐藏保密信息，并且保证这种调节不影响图像的整体视觉效果。
信息隐藏学是一门新兴的交叉学科，在计算机、通信、保密等领域有着广阔的应用背景，信息隐藏技术也正得到广大的科技工作者的研究。数字水印技术，作为数字媒体版权保护的有效手段，也作为信息隐藏学的一个重要分支，己得到广泛的研究和一定的应用。
2.2 数字水印技术
2.2.1 数字水印的概念
多媒体信息安全中传统的加解密系统并不能很好地解决版权保护、信息防伪问题。因为，虽然经过加密后只有被授权持有解密密钥的人才可以存取数据，但是这样就无法向更多的人展示自己的作品；而且数据一旦被解开，就完全置于解密人的控制之下，原创作者没有办法追踪作品的复制和二次传播。数字水印技术是信息隐藏在多媒体领域的重要应用。
数字水印（digital watermark）技术，是指在数字化的数据内容中嵌入不明显的记号。被嵌入的记号通常是不可见或不可察的，但是通过一些计算操作可以检测或者提取。水印与源数据（如图象、音频、视频数据）紧密结合并隐藏其中，成为源数据不可分离的一部分，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来。
2.2.2 数字水印的分类
（1）按水印特性划分
按水印的特性可以将数字水印分为健壮数字水印和脆弱数字水印。健壮数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，它要求嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理;脆弱数字水印主要用于完整性保护，脆弱水印必须对信号的改动很敏感，人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。
（2）按水印所附载的媒体划分
按水印所附载的媒体，数字水印分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。
（3）按检测过程划分
按水印的检测过程将数字水印分为明文水印和盲水印。明文水印在检测过程中需要原始数据，而盲水印的检测中需要密钥，不需要原始数据。一般明文水印的健壮性比较强，但其应用受到存储成本的限制。目前数字水印大多数是盲水印。
混沌在数字图像水印系统的应用研究7
（4）按水印内容划分
按数字水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身也是某个数字图像（如商标）或数字音频片段的编码;无意义水印则只对应于一个序列号。有意义水印如由于受到攻击或其他原因致使解码后的水印破损，人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。但对于无意义水印来说，如果解码后的水印序列有若干码元错误，则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。
（5）按水印用途划分
不同的应用需求造就了各有千秋的水印技术。比如:版权保护、票据防伪、篡改提示和隐藏标识等。
（6）按水印隐藏的位置划分
按数字水印的隐藏位置划分为时（空）域数字水印、变换域数字水印。时（空）域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，而变换域水印则包括在DCT域、DFT域和小波变换域上隐藏水印。
2.2.3 数字水印的一般特性
为了更好地实现数字媒体的真伪验证、安全存储、保密传输等目的，一般认为在数字媒体中嵌入的数字水印应具有如下的特性：
（a）鲁棒性：也称作稳定性或抗攻击性，是指数字水印信号在经历多种无意或有意的信号处理或攻击后，仍能保持其完整性或仍能被准确鉴别的特性。可能的信号处理和攻击包括信道噪声滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。
（b）不可见性：又称为知觉透明性，数字水印的嵌入不应引起原数字作品的视觉/听觉质量下降，即不向原始载体数据中引入任何可察觉的附加数据。这样的数字水印将难以用统计的方法发现和篡改。
（c）安全性：水印的安全性指水印的嵌入过程（嵌入方法和结构）应该是秘密的，嵌入的水印是统计上不可检测的。数字水印中的信息应是安全的，难以被篡改或伪造，同时，有较低的误检测率。数字水印的安全性主要通过密码学中的密码算法和密钥来实现。使用密码算法和密钥，可以提供两层保护：第一，未经授权者不能提取出水印信号；第二，未经授权者即使提取出水印，但在没有密钥的情况下，也不能读出水印信息。数字水印技术的安全性的要求在很大程度上取决于数字水印技术的最终应用。
（d）低复杂性：数字水印的嵌入和提取算法应该比较容易实现，计算复杂度较低，在某些应用场合（如视频水印）下，甚至要求水印算法的实现满足实时要求。
（e）可证明性：数字水印所携带的信息应该能够被唯一地、确定地鉴别，从而能够为己经受到版权保护的数字产品提供完全的和可靠的所有权归属证明的证据。数字水印算法应该能够正确识别出被嵌入到保护对象中的有关信息，例如经过注册的用户的编
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码、产品的标识或者其它任何有意义的文字图像等，并且能在需要时将其提取出来作为证据。
（f）水印的容量和负荷：这两个术语目前尚无一致的明确定义，水印容量一般指可以在载体中嵌入的信息量，而负荷则表示在一定量的载体数据中可以嵌入的信息量。水印的容量或负荷和水印的鲁棒性、不可见性之间相互影响。水印算法应该根据具体情况在三者间作出折衷。
2.3 数字水印的基本框架
目前许多文献讨论有关数字水印技术的问题,数字水印的框架[9]一般包括三个基本方面：水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或检测。数字水印算法实际上是通过对水印载体内容的分析、嵌入信息的预处理、信息嵌入点的选择、嵌入方式的设计、嵌入调制的控制等几个相关技术环节进行合理优化，寻求满足不可感知性、安全可靠性、稳健性等诸条件约束下的准最优化来设计的。而作为水印信息的重要组成部分——密钥，则是每个设计方案的一个重要特色所在。往往在信息预处理、嵌入点的选择和调制控制等不同环节采用密钥。
2.3.1 数字水印的嵌入
从图像处理的角度来看，嵌入水印信号可以视为在强背景下叠加一个弱信号，只要叠加的水印信号强度低于HVS（人眼视觉系统）的对比门限，人眼就无法感到信号的存在。
系统的输入是水印信息、原始的数字图像和一个可选的公钥或者私钥。水印信号可以是数字序列、图像等信息。其生成一般有两类方法：一类是独立的与原始载体无关的水印标记；另一类则是依赖于原始载体数据内容的水印。数字水印算法通常都要与加密/解密算法相结合，密钥可以用来加强安全性，利用密钥可禁止水印的非法提取，避免未授权方恢复和修改水印。水印嵌入系统可以使用一个密钥，也可以使用几个密钥的组合。这样，即使非授权用户能够提取出水印，但是在没有密钥的情况下，也无法读出水印信息，从而可以为原始载体提供双层的保护。当水印算法与私钥或公钥结合时，嵌入水印的技术通常分别称为秘密水印技术和公开水印技术。水印嵌入系统的输出是加载了水印信息的水印化信息。具体过程如图2-2。
混沌在数字图像水印系统的应用研究9
图2-2 数字水印的嵌入
2.3.2 水印的提取与检测
水印检测和提取系统的输入是待检测图像信息、私钥或公钥，以及原始水印和（或）原始载体信息。输出的是提取出的水印信号，或者某种可信度值。在水印验证过程中，通过计算检测到的水印信号与己知水印信号的相似度或相关性，可以判断待测媒体信息中是否含有己知的水印信号。水印的提取和检测过程如图2-4。
图2-4 数字水印的提取
2.4 数字水印攻击与评价
数字水印必须很难（希望不可能）被清除[10]。当然从理论上讲，只要具有足够的知识，任何水印都可以去掉。但是如果只能得到部分信息，如水印在图像中的精确位置未
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知，那么破坏水印将导致图像质量的严重下降。特别的，一个实用的水印算法应该对信号处理、通常的几何变形（图像或视频数据），以及恶意攻击具有鲁棒性[4]。它们通常包括:
（a）图像压缩：图像压缩算法是去掉图像信息中的冗余量。水印的不可见性要求水印信息驻留于图像不重要的视觉信息中，通常为图像的高频分量。而一般图像的主要能量均集中于低频分量上。经过图像压缩后，高频分量被当作冗余信息清除掉，因此有的文献将水印嵌入图像的最显著的低频分量中或使用带低通特性的水印，虽然这可能会降低图像的质量。目前的一些水印算法对现有的图像压缩标准（如JPEG和MPEG）具有较好的鲁性，但对今后有更高压缩比的压缩算法则不能保证也具有同样好的鲁棒性。
（b）滤波：图像中的水印应该具有低通特性，即低通滤波（如均值滤波和中值滤波）应该无法删掉图像中的水印，事实上当前很多针对水印的攻击行为是用滤波完成的，（c）图像量化与图像增强：一些常规的图像操作，如图像在不同灰度级上的量化、亮度与对比度的变化、直方图修正与均衡，均不应对水印的提取和检测有严重影响。
（d）几何失真:几何失真包括图像尺寸大小变化、图像旋转、裁剪、删除或增加图像线条以及反射等等。很多水印算法对这些几何操作都非常脆弱，容易被去掉。因此研究水印在图像几何失真的鲁棒性也是人们所关注的。虽然目前己经提出的水印算法能够解决上面给出的部分操作，但能够解决所有的鲁棒性问题的算法还未见诸文献。
对数字水印方法的攻击是盗版者或者未经授权者通过各种诸如信号处理手段，对数字水印进行有意或无意的提取、去除和破坏等。因此，对数字水印的攻击方法的研究对科学的评估一个水印算法的优劣，以及对数字水印方案的设计都是必不可少的工作。
以下是几种常见的数字水印攻击方法[5]：
（a）去除攻击（Removal Attacks）：目的在于在保证被攻击作品的质量的前提下，完全去除其中的水印信号，使之不能被提取和检测出来。其中一种最简单的去除攻击的方法就是基本攻击（Basic Attacks），包括加噪、压缩、剪切、滤波、量化、再调制、均衡等等;另一种去除攻击是合谋攻击（Collusion Attacks），就是一种采用几个带有不同水印的相同载体版本拷贝进行的攻击，比如采用统计平均的方法可以产生一个检测不出水印的载体版本。
（b）几何攻击：又称作表示攻击，也称作同步攻击（Synchronization Attacks），其目的在于破坏相关性或者检测同步信号，使得提取和检测水印变得不可能，其典型是Oracle攻击。
（c）密码攻击（Cryptographic Attacks）：目的在于水印方案中的安全方法，寻找去除水印信息或者嵌入假水印的方法。
（d）协议攻击（Protocol Attacks）：也叫解释攻击，是针对整个数字水印应用的概念进行的攻击方法。通常有两种:一种是可逆水印（Invertible Watermarks）攻击，这是通过试图产生假的原始数据或者假的嵌入水印数据来制造混乱的攻击方法，对此有两种对
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策:采用不可逆水印方案和采用时间戳技术；另一种是拷贝攻击（Copy Attacks ），其目的是通过将一个数据载体中的水印拷贝到另一个数据信号中，从而使版权保护中标志身份的水印失信。
2.5 本章小结
本章概述了隐藏技术和数字水印技术的一些基本理论。系统地阐述了数字水印的概念、特性、基本框架、详细分类。其中包括水印信息的嵌入、提取和检测框图。并介绍了数字水印的各种攻击和评价方法。
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3 混沌在数字水印中的应用研究
混沌是确定性系统由于非线性变量之间的相互作用而产生的貌似随机性现象，即所谓确定的随机性。它最主要的特征是对初始条件的极端敏感性、内随机性、遍历性、周期点的稠密性等。它是非线性系统所独有且广泛存在的一种非周期运动形式，其覆盖面涉及到自然科学和社会科学的几乎每一个分支。混沌学与量子力学、相对论一起被誉为20世纪三大物理发现之一，被称为物理界的第三次大革命，它再一次猛烈冲击了牛顿确定论的思想体系。它的发现为决定论和随机论之间架设了一座桥梁，改变了人们以前对随机性和确定性的认识，被认为是当代科学中革命性的成就之一。本章首先介绍了混沌理论的相关基础知识，然后研究了混沌在数字水印中的应用前景以及基于混沌加密的数字水印算法。
3.1 混沌概述
3.1.1 混沌的基本概念
下面介绍混沌的定义以及混沌理论研究中涉及的一些基本概念：
（a）混沌:目前尚无通用的严格的定义，一般认为，将不是由随机性外因引起的，而是由确定性方程(内因)直接得到的具有随机性的运动状态称为混沌。
（b）相空间:在连续动力系统中，用一组一阶微分方程描述运动，以状态变量(或状态向量)为坐标轴的空间构成系统的相空间。系统的一个状态用相空间的一个点表示，通过该点有唯一的一条积分曲线。
（c）混沌运动:是确定性系统中局限于有限相空间的高度不稳定的运动。所谓轨道高度不稳定，是指近邻的轨道随时间的发展会指数地分离。由于这种不稳定性，系统的长时间行为会显示出某种混乱性。
（d）分形和分维:分形是n维空间一个点集的一种几何性质，该点集具有无限精细的结构，在任何尺度下都有自相似部分和整体相似性质，具有小于所在空间维数n的非整数维数。分维就是用非整数维——分数维来定量地描述分形的基本性质。
（e）不动点:又称平衡点、定态。不动点是系统状态变量所取的一组值，对于这些值系统不随时间变化。在连续动力学系统中，相空间中有一个点x0，若满足当t→∞时，轨迹x(t)→x0，则称x0为不动点。
（f）吸引子:指相空间的这样的一个点集s(或一个子空间)，对s邻域的几乎任意一点，当t→∞时所有轨迹线均趋于s，吸引子是稳定的不动点。
（g）奇异吸引子:又称混沌吸引子，指相空间中具有分数维的吸引子的集合。该吸引集由永不重复自身的一系列点组成，并且无论如何也不表现出任何周期性。混沌轨道
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就运行在该吸引集中。
（h）分叉和分叉点:又称分岔或分支。指在某个或某组参数发生变化时，长时间动力学运动的类型也发生变化。这个参数值(或这组参数值)称为分叉点，在分叉点处参数的微小变化会产生不同性质的动力学特性，故系统在分叉点处是结构不稳定的。
3.1.2 混沌的特性
混沌系统普遍具有以下性质：
（1）对初始条件的敏感依赖性
这是混沌系统的典型特征。意思是初始条件的微小差别导致事情最后结果的极大差别，或者起初小的误差产生灾难性的后果。气象学家洛伦兹根据牛顿定律建立了温度和压强，压强和风速之间的非线性方程组，他将方程组在计算机上模拟，因嫌那些参数的小数点后的位数太多，输入烦琐，便舍去了几位，尽管舍去部分微不足道，可是结果却大大出乎意料地大相径庭。
（2）极为有限的可预测性
混沌现象是确定性系统的一种内在随机性，它的确定性是因为它内在的原因而非受外界干扰而产生的；随机性是指不规则的，不能预测的行为，称这种混沌为非平衡混沌，股票市场所处的混沌状态就是非平衡混沌；系统处于平衡状态时所呈现的杂乱无章的混乱状态，称为平衡态混沌，如分子热运动。无论哪种状态，当系统进入混沌过程后，系统或表现为整体的不可预测性或表现为局部的不可预测性最终的结果都是不确定的、随机的。
（3）系统内部的有序性
任何混沌系统其内部的结构都是有序的。这种有序性表现为，第一，混沌内部有结构，而且在不同层次上结构具有相似性，即所谓的自相似性。罗辑斯蒂映射中当参数超过3时，其解的轨迹出现分岔，而且一分再分，分岔点出现得越来越快最后成为混沌。但将混沌区的任何小部分放大，看起来与整个图相似；第二，不同系统之间跨尺度的相似值，即所谓的普适性，普适性具体表现为复杂形状尺度变换现象，即物体在不同尺度观察时，它们所持有的不规则性（即分维）是完全不变的如街角卷起垃圾的阵风与龙卷风都是空气骚动而形成的连续分布，生物肌体中血管的分支、神经纤维的分支、气管的分支等，这些分支在越来越小的尺度上具有自相似性，混沌系统中的这种尺度的自相似性形状称为分形，如Peano曲线，Koch曲线（又称雪花曲线）。混沌与分形就象孪生兄弟，提到混沌，自然就要涉及分形，反之，亦然。而分形亦如混沌，有着广泛的应用和极其重要的价值，正如Weiner N所说:“明天，不熟悉分形的人，将不能认为是科学上的文化人”。
3.2 混沌在数字水印中的应用
陕西科技大学毕业论文（设计说明书）14
自从混沌理论问世之后，它已经在许多学科领域内发挥作用，被用于解决各领域内的实际问题。例如：混沌保密通信、混沌控制理论、混沌计算机图形学、混沌医学、混沌经济学等。在信息安全领域，混沌现象的神奇特征也引起了广大研究者的极大关注，自从英国数学家Matthews明确提出用混沌系统来产生序列密码及后来Pecora和Carroll 提出混沌自同步方法以来，混沌同步保密通信和混沌加密在国际学术界得到了广泛的研究。目前，混沌密码学和混沌保密通信已成为近年来竞争最为激烈的混沌应用研究领域之一。混沌加密主要是基于混沌系统所具有的独特性质：对初值极端的敏感性和具有高度的随机性，将混沌理论应用于密码学上，具有保密性强，随机性好，密钥量大，更换密钥方便等优点，此外在抗干扰性、截获率、信号隐蔽等方面同样具有潜在的优势。
作为网络信息安全的新兴方向，数字水印的研究发展迅猛。目前大多数文献把Gaussian伪随机序列作为水印嵌入到图像的变换域(DCT、DFT、DWT)或空间域中[11]。由于混沌系统可以提供数量众多、非相关、类似随机而又确定可再生的信号，因此利用混沌序列作为水印信号，具有易于生成、数量极多以及初始条件敏感的优势，将混沌序列的初始值作为嵌入和检测提取信号的密钥不仅简单而且实用。自从G.V oyatzis等首次利用图像空间域的邻域关系嵌入混沌水印以来，人们已经提出了许多混沌数字水印方法。这方面的文献越来越多，逐步成为混沌应用研究的又一个热点。
混沌序列的主要优点是：(1)通过改变混沌系统参数及初始值可以得到数量巨大的序列,并且序列长度是任意的；(2)混沌序列没有周期，类似于一个随机过程，因此具有很好的保密性；(3)混沌序列的产生和复制很方便，只要给出一个混沌迭代公式和一个初值，就能产生一个混沌序列。目前发表的混沌水印算法的文献，按基于的混沌动力学模型不同来分类，有logistic映射、Tent-Map映射等，其中应用最多的是logistic映射；按图像的嵌入位置分类，分为空间域算法和变换域(DCT、DFT、DWT)算法；按水印特性分类，分为鲁棒水印和易损水印。从各类文献来看，混沌水印非常适合作为各类水印算法的水印序列，当然这些方法也存在以下不足之处：(1)它们均是基于某种特定的混沌动力学模型，而利用混沌预测技术已经能够成功地取出隐藏的水印信息。(2)由于有限字长效应的影响，混沌序列实际上并不是完全的非周期序列。因此如何增加混沌序列复杂度和减少有限字长效应的影响是提高数字水印算法抗破译性的主要问题。而且目前的文献大多是从仿真实验来说明所提出水印算法的有效性，而理论上的证明较少，各类混沌水印之间的比较也较少。随着研究的深入，不仅更多更好的混沌水印算法将会出现，而且理论上的证明会更加趋于严密，混沌在数字水印中的应用必将会越来越广泛。
3.2.1 直接用作数字水印
以前人们对水印信号的选用很简单，基本上都是采用由0、1所组成的由一般随机数生成方法所得到的二进制伪随机序列，不具备随机序列对初值敏感这一特性。并且一些伪随机序列(如m序列等)具有周期性和规律性，可以人为地产生和复制。m序列的自
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相关性很好，但互相关性不够好，因此不利于水印的正确检测;且m序列数量有限，不利于大规模应用。
表3-1列出了混沌水印信号与其它一些水印信号在水印生成速度、复杂度、水印数目方面的比较，可知混沌水印信号在这些方面具有明显的优势。在水印长度方面，由于m序列具有固定周期，如果作为数字水印大规模应用，必然要重复使用，不适合用作公钥。而数字水印的发展是需要建立共公密钥的。另外，一维混沌映射方程极其简单，用来产生水印信号极为方便，运算复杂度低。这些特性使得混沌水印信号在大规模应用中具有独特的优势。
表3-1 混沌水印信号与其他水印信号的比较
3.2.2 基于混沌的数字图像加密技术
随着人们对混沌系统的深入研究，利用混沌序列加密图像的方法将会越来越多。基于混沌的二维水印图像加密就是利用混沌模型对图像进行某种变换，使得变换后的图像与原始图像存在视觉差异，从而实现图像加密。这里的视觉差异可以是颜色、亮度或轮廓等定性或定量的差异。按照变换的方式，混沌加密可分为像素值变换和像素坐标变换两种方法。像素值变换是将混沌序列与图像的像素直接进行某种相关运算，由于混沌序列具有伪随机性，使得变换后的图像亦表现出伪随机性，从而实现图像加密。像素坐标变换的实现相对复杂，它是利用二维混沌映射，将图像中的每个像素的原始坐标(x,y)映射到新坐标(x',y')，从而得到加密图像。图像解密则要利用混沌映射的逆映射将新坐标(x',y')映射到原始坐标(x,y)。
3.2.3 混沌数字水印中所存在问题
目前，将混沌理论应用于数字水印技术中还处于早期阶段，还有一些重要的基本题有待于解决。归纳起来，混沌数字水印技术所存在的主要问题有以下几点：（a）理想的混沌系统其状态是无限不重复的，但由于计算机有限字长效应的影响混沌序列实际上并不是真正的非周期序列，混沌序列经过一定次数的迭代后也会退化周期序列，因此如何减小有限字长效应的影响，是一个亟待解决的问题。
（b）近几年，随着预测学和电子对抗技术的发展，一些混沌映射可通过相空间重的方法被精确的预测，如果已知几个明文─密文对，一些混沌映射也容易被预测。经究
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发现，高维超混沌系统的保密性相对于低维混沌系统来说保密性要强一些。因此，何得到很多不易预测且易实现的混沌映射是混沌技术应用于数字水印领域的难点。
（c）在利用混沌系统加密数字水印过程中，与传统的加密系统相比，未深入考察钥空间的设计问题，加密系统性能的理论还不成熟，系统安全性只能靠有限的数值仿算法来检验。
（d）加密后的水印信号和原来信号的相关性如何?怎样对混沌数字水印进行最优测判断提取出的水印信号与原始水印信号相似性的阈值？虽然现在许多文献中采用了算相似函数，但很少能从理论上分析阈值的选择，所以很难衡量各个算法的性能，有要建立一种与水印鲁棒性相匹配的客观标准。
（e）目前大多数的混沌水印是针对静止灰度图像的，只有少数涉及到视频信号，管针对静止灰度图像的水印算法可以推广到视频或彩色图像上，但视频信号和彩色图有其本身特点，混沌在它们中的应用也具有某些固有的视觉特性。虽然混沌技术应用于数字水印技术还有以上一些尚待解决的问题，但混沌系统的良特性为数字水印技术的研究开辟了新的路径，有其独特的优点。
3.3 本章小结
本章主要介绍了混沌在数字图像水印系统中的应用研究，其中包括混沌的基本概念，混沌的特性，混沌的发展。将混沌信号直接作为水印信息的优点，和基于混沌的图像加密技术的简单介绍，并概括了混沌在数字图像水印系统中的应用中存在的问题。
数字水印技术综述 （湖北武汉 430070） 摘要：介绍了数字水印技术的基本原理。并对其特点、分类、攻击技术及应用领域进行了阐述。同时对数字水印的各种算法进行了分类研究与深入分析。最后指出数字水印今后的研究方向。 关键词：数字水印；水印原理；水印算法；水印应用 Overview on Overview on Digital Watermarking Technology ( Wuhan, Hubei 430070, China) Abstract：The basic concepts of watermark techniques are first introduced，and then the characteristics、classification、attacking techniques and application and applications first expatiated．For further understanding．the watermark technique from the various aspects aye classified and some conventional watermark techniques and algorithms are analyzed in detail．Finally，research direction of digital watermark technology is pointed out． Key words：digital watermarking；watermarking principle；watermarking algorithms ；watermarking application； 0数字水印 随着Internet与数字媒体技术的飞速发展，信息安全问题日益突出，因此，数字媒体的版权保护与信息完整性保证已逐渐成为人们迫切需要解决的一个重要问题，数字水印技术就是在这种需求下迅速发展起来的。 数字水印是通过一定的算法，在图像、视频、音频等多媒体数据中嵌入一个可以标示其知识产权的水印信息。水印信息可以是文字、商标、印章或序列号等可以识别作品的作者、来源、版本、拥有者、发行人或合法使用人对数字产品的拥有权。水印信息通过特殊的方式，可以从宿主信号中提取出水印或是检测出它的存在性。水印不占用额外的带宽。是原始数据不可分离的一部分，并且它可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来。 1数字水印的特征 一般认为数字水印应具有以下特征（1）鲁棒性水印信号在经历多种无意或有意的信号处理后，仍能保持其完整性或仍能被准确鉴别的特性。（2）知觉透明性数字水印的嵌入不应引起数字作品的视/听觉质量下降，即不向原始载体数据中引入任何可知觉的附加数据。（3）内嵌信息量(水印的位率) 数字水印应该能够包含相当的数据容量，以满足多样化的要求。（4）安全性水印嵌入过程(嵌入方法和水印结构)应该是秘密的嵌入的数字水印是统计上不可检测的，非授权用户无法检测和破坏水印。对于通过改变水印图像来消除和破坏水印的企图，水印应该能一直保持存在，直到图像已严重失真而丧失使用价值。（5）实现复杂度低数字水印算法应该容易实现。在某些应用场合(如视频水印)，甚至要求水印算法的实现满足实时性要求。（6）可证明性数字水印所携带的信息能够被唯一地、确定地鉴别，从而能够为已经受到版权保护的信息产品提供完全和可靠的所有权归属证明的证据。 2 数字水印的分类 2.1按照嵌入的位置 按照嵌入的位置可分为：(1)空域数字水印：空域数字水印的嵌入是通过直接修改图像的灰度值或是强度值来完成的。(2)变换域数字水印：变换域的数字水印是将图像进行某种变换，通过修改变换域系数来达到嵌入水印的目的。
数字图像处理课程报告——图像处理在数字水印中的应用 姓名：蒋运文 学号：12212842 专业：通信与信息系统 指导老师：沈伟教授 2013.06
一、研究背景及意义 数字图像处理方法的研究源于两个主要应用领域：其一是为了便于人们分析而对图像信息进行改进，其二是为使机器自动理解而对图像数据进行存储、传输及显示。 数字图像处理技术已经在各个领域上都有了比较广泛的应用，图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大，本文主要介绍数字图像处理技术在信息安全领域的数字水印中的应用。 在信息安全领域，数字图像还承担着作为法庭证据的责任，其真实性和完整性直接影响到执法结果，随着互联网的发展,人们越来越容易从互联网上获取数字多媒体信息,而与此同时,数字多媒体信息 的版权、保密等问题也变得日益突出起来。本文在介绍数字水印技术的相关概念、特点和分类的基础上,分析了实现数字水印的步骤,并对数字图像处理技术在数字水印中的应用进行了研究。 人们由于不同的应用需求造就了不同的水印技术，数字水印技术则是其中最新的一种，数字水印是把主要内容隐藏在图像，声音中，水印与内容结合在一起。这大大改善了传统水印的肉眼即可分辨性，数字水印在不同的环境同时也具有不同的特征性质，它还能够被特定的机器所识别，正是其具有的这些优点，越来越多的各个领域的人们开把把眼光看向它。数字图像水印可以用于鉴别信息真伪、认证身份、图像保护、版权保护、隐藏信息、以及做标记等等方面。数字图像不
仅包含信息量大，而且其传输和处理极其方便，成为人们获得信息的一种重要来源，所以数字图像水印也是应用得非常广泛的一项技术。 二、数字水印的衡量标准 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很强的抵抗性 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； 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。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。主要用于版权保护的数字水印易损水印（Fragile Watermarking），主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息。当内容发生改变时，这些水印信息会发生相应的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。 三、数字水印的分类 数字水印的分类方法很多，下面按主要特征对其作一简单概述:从含水印图象中的水印是否可见分为可见水印和不可见水印两大类。当前学者们主要致力于研究不可见水印，即水印是不可被感知的，这也是本文的研究重点。为了保证水印嵌入引起的改变不被感知，需要
毕业设计开题报告 基于DCT的图像数字水印技术的研究
基于DCT的图像数字水印技术研究 国内外研究现状： 20世纪80年代，索尼和菲利浦公司首次提出了数字媒体版权保护的方案SCMS(Serial copy management system)，数字水印技术也是在继数字隐藏技术后提出的一种数字媒体版权保护方案，发展到现在不仅仅局限于版权保护，也延伸到商务交易中的票据防伪、声像数据的隐藏标识和篡改提示、隐蔽通信及其对抗等领域。随着电子政务的广泛应用，其安全性问题也日益突出，电子政务所涉及的相当多的信息都带有机密性，除黑客攻击．病毒感染等来自网络的安全威胁外，也易受到来自系统应用的假冒用户登录、非法篡改等数据安全的威胁。我国现有的电子政务网络基础设施和系统安全解决方案大多是通过防火墙、入侵检测、漏洞扫描、网络隔离等技术和设备来保障系统的安全，这在一定程度上可以保证电子政务信息系统的安全，但仍存在着安全漏洞，我们在电子政务的建设中，除了必要的网络安全技术外，还必须重视对数字信息安全认证的问题。 数字水印技术为上述问题提供了一个有效的解决方案，是目前多媒体信息安全研究领域的一个热点。该技术采用信息处理技术把版权信息、认证信息等秘密信息，即水印，嵌入到原始数据中去，但不影响原内容的价值和使用，水印信息可以是产品的序列号、版权所有者的标志等认证信息。通过特定的算法恢复和检测被嵌水印后，可有效地分析信息失真的情况，判断信息是否被篡改，为版权所有者提供信息被盗版的有利证据。因此，一个实用的数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和不可见性。 所谓数字水印技术，就是将代表数字媒体著作权人身份的特定信息、用户指定的标志或序列码等，按照某种方式嵌入被保护的信息中，在产生版权纠纷时，通过相应的算法提取出该数字水印，从而验证版权的归属，确保媒体著作权人的合法利益，避免非法盗版的威胁。被保护的信息是任何一种数字媒体，如软件、图像、音频、视频或一般性的电子文档等。数字水印是嵌在数字产品中的数字信号，水印的存在要以不破坏原数据的欣赏价值、使用价值为原则。
数字水印技术：概念、应用及现状 一、引言 随着信息时代的到来，特别是Internet的普及，信息的安全保护问题日益突出。当前的信息安全技术基本上都以密码学理论为基础，无论采用传统的密钥系统还是公钥系统，其保护方式都是控制文件的存取，即将文件加密成密文，使非法用户不能解读。但随着计算机处理能力的快速提高，这种通过不断增加密钥长度来提高系统秘密级别的方法变得越来越不安全。 另一方面，多媒体技术已被广泛应用，需要进行加密、认证和版权保护的声像数据也越来越多。数字化的声像数据从本质上说就是数字信号，如果对这类数据也采用密码加密方式，则其本身的信号属性就被忽略了。最近几年，许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线，尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密，并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。 二、认识数字水印 数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 数字水印技术的基本特性: 1. 鲁棒性(robustness)：所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。 2.安全性(security):指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会被破坏。 3.透明性(invisibility):利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。 ***典型的数字水印系统模型： 图 1为水印信号嵌入模型，其功能是完成将水印信号加入原始数据中；图 2为水印信号检测模型，用以判断某一数据中是否含有指定的水印信号。
数字水印技术概论 【摘要】本文就数字水印科学保护技术展开探讨，通过原理定义论述、领域背景介绍与应用探讨，明晰了技术核心应用价值。对促进数字水印技术的继续深化拓展，发挥对电子信息相关数据产品的可靠安全保护职能，有积极有效的促进作用。 【关键词】数字水印;应用;保护 0.前言 信息时代，各类信息化数字技术扩充发展，针对丰富数字信息的安全保护需求也日益扩充。基于数字文档可方便快捷的复制、篡改与盗取，因而令其产权保护面临一定困难。同时数字图像具有一定适应性特征，可供用户任意设计更新并为己所用。为此应科学探究一种良好的数据可靠加密保护技术，进而有效应对不良信息篡改、窃取、盗用问题。本文基于这一目标引入水印数字技术探讨，该技术通过印记图形加密有效保护版权信息，形成印记图形同原始保持一致，基于一定标准形成水印图像，进而探究非法复制信息、相关违规产品的不良流通应用。该技术核心特征在于潜入模式，是通过视觉设想推理阐释实效的科学方式。 1.数字水印技术概述 1.1数字水印技术原理内涵 数字水印技术是一类进行数据产品安全保护、信息内容科学检测，通过嵌入模式将相关序列代码或用户定义标识引入信息中，并可基于相关算法进行水印提取，进而实施保护信息版权检验的科学技术方式。可有效维护产权人享有的产品版权利益，杜绝非法盗版问题。数字水印技术所保护的对象可以是媒体，数据文档、工具软件、视频音频资料、信息图像等丰富内容，包括生成水印、相关嵌入过程、综合信息测试与提取水印等实践环节。 数字水印核心原理在于通过针对宿主进行标识信息嵌入形成水印，令其具备无法感知的良好属性，进而确保信息数据安全性。同时需要遵循相应感知规则，令水印信息具有充分冗余性，即可通过分段数据实现恢复。 1.2数字水印具体类别 数字水印基于出发点各异性，令其种类划分各不相同，并体现了一定的联系渗透属性。依据水印特征，可将其划分成健壮与脆弱水印。前者可服务于数字作品资源中进行著作权相应表述，通过水印嵌入可满足综合编辑实践需求。后者则可实现数据完整统一保护，基于对更新信号的敏锐反映性，可依据其水印状况进行数据信息安全程度分析判别。依据水印媒体，可将其分为图像、视频、音频水印、文本与网格水印形式。而基于检测流程，数字水印则包括明文与盲水印等。前者检测进程要利用原始信息，后者则应利用密钥。 基于水印不同内容，可将数字水印定义为有意义以及无意义形式。前者即水印自身同时代表数字图像或音频数据编码，而后者则仅仅代表序列号。 1.3数字水印技术服务应用领域 数字水印技术基于优质属性、科学原理，在数字化、信息化社会建设与市场经济发展中体现了较大的应用潜能，可在电子商务领域、多媒体技术服务、广播媒介中发挥综合优势。数字水印技术具备良好的版权保护功能，基于来源信息与版权内容嵌入，有效预防不良侵权行为，体现良好安全的版权保护能效，当然其实践应用对数字水印提出了显著的鲁棒性要求。同时，数字水印技术科有效实现
数字图像处理 课程设计报告 课设题目：数字水印 学院：信息科学与工程学院 专业：电子与信息工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2013 年12月27日
目录 一. 课程设计任务 (1) 二. 课程设计原理及设计方案 (2) 三. 课程设计的步骤和结果 (10) 四. 课程设计总结 (18) 五. 设计体会 (20) 六. 参考文献 (21)
一. 课程设计任务 设计内容及要求： 为保护数字图像作品的知识产权，采用数字水印技术嵌入水印图像于作品中，同时尽可能不影响作品的可用性，在作品版权发生争执时，通过提取水印信息确认作品版权。通常情况下，水印图像大小要远小于载体图像，嵌入水印后的图像可能遇到噪声、有损压缩、滤波等方面的攻击。因此，评价水印算法的原则就是水印的隐藏性和抗攻击性。根据这一要求，设计水印算法。 （1）、查阅文献、了解数字水印的基本概念。 （2）、深入理解一种简单的数字水印嵌入与提取方法。 （3）、能够显示水印嵌入前后的载体图像。 （4）、能够显示嵌入与提取的水印。 （5）、选择一种以上攻击方法，测试水印算法的鲁棒性等性能。 - 1 -
二. 课程设计原理及设计方案 2.1数字水印技术 数字水印技术是一种将特制的不可见的标记,利用数字内嵌的方法隐藏在数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中, 用以证明原始作者对其作品的所有权, 并作为鉴定、起诉非法侵权的证据, 同时通过对水印的探测和分析, 验证数字信息的完整可靠性, 从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。数字水印是永久镶嵌在其它数据( 宿主数据) 中具有可鉴别性的数字信号或模式, 而且不影响宿主数据的可用性。数字水印技术是利用人类视觉系统(HVS) 的冗余, 通过一定的算法在数字信息中加入不可见标记, 但不影响数据的合理使用和价值, 并且不能被人的知觉系统觉察到, 起到证明作品的版权归属的作用。除非对数字水印具有足够的先验知识, 任何破坏和消除水印的企图都将严重破坏图像质量。 不同的应用对数字水印的要求不尽相同, 一般认为数字水印应具有如下特点: 安全性:数字水印中的信息应是安全的, 难以被篡改或伪造, 同时有较低的误检测率。只有被授权者能够检测、恢复和修改水印。能充分可靠地证明所有者对特定产品的所有权。 隐形性:数字水印应是不可知觉的, 即数字水印的存在不应明显干扰被保护的数据, 不影响被保护数据的正常使用。 密匙唯一性: 不同的水印密匙不应产生相同的水印, 即对于一种水印只有唯一的检测方法才能对其进行检测和抽取。 稳健性(鲁棒性):指水印算法有较强的抗攻击能力, 即水印信息经过一些常见的改变后仍具有较好的可检测性。这些改变包括常见的图像处理、几何变换和几何失真等。 自恢复性:即水印信息经过一些操作或变换后,可能会使原图产生较大的破坏, 如果仅从留下的片段数据便能恢复出水印信息, 而且恢复过程无须原始图像。 - 2 -
（重庆邮电大学2014-2015学年第一学期）信息隐藏技术课程 期末大作业 学号： 2011211650 2011211651 姓名：曾湘宇黄明雄 班级： 0441102 成绩评定：
数字水印技术综述 摘要 现今数字时代的到来，多媒体数字世界丰富多彩，数字产品几乎影响到每一个人的日常生活。如何保护这些与我们息息相关的数字产品，如版权保护、信息安全、数据认证以及访问控制等等，就被日益重视及变得迫切需要了。借鉴普通水印的含义和功用，人们采用类似的概念保护诸如数字图像、数字音乐这样的多媒体数据，因此就产生了“数字水印”的概念。所谓“数字水印”是往多媒体数据中添加的某些数字信息，比如将在数码相片中添加摄制者的信息，在数字影碟中添加电影公司的信息等等。与普通水印的特性类似，数字水印在多媒体数据中（如数码相片）也几乎是不可见的，也很难被破坏掉。因此数字水印在今天的计算机和互联网时代大有可为。数字水印技术还有很多其它用途，并且其应用领域还在不断扩大。要完整地说明数字水印应用的未来还不可能，但是业界对数字水印技术在复制保护和纸质媒介上的应用有了越来越大的兴趣，比如用比如水印技术保护钞票、支票、发票等等。除了技术发展，市场营销和商业规划也极为重要，并且需要有深度的分析与战略计划。技术推广和普及也必不可少，以保证市场为接受数字水印技术做好准备： 关键词：数字水印，水印攻击，FCM算法，应用，前景
目录 第一章前言 (2) 1.1问题背景 (2) 1.2问题分析 (2) 1.3小组分工 (3) 第二章数字水印技术 (4) 2.1为什么要用数字水印? (4) 2.3数字水印的起源 (6) 2.3发展历史 (6) 2.4国内外研究现状 (7) 2.5数字水印的概念 (7) 2.6数字水印的要素 (9) 2.7数字水印的优点 (10) 2.8数字水印的应用 (11) 2.8.1数字版权保护（DRM） (11) 2.8.2多媒体认证和篡改检测 (11) 2.8.3数字指纹和盗版追踪 (12) 2.8.4拷贝控制和访问控制 (12) 2.8.5广播监视 (12) 2.8.6商务交易中的票据防伪、电子印章 (12) 2.8.7隐蔽通信及其对抗 (13) 第三章常见的水印攻击方法 (14) 3.1基本攻击 (14) 3.2共谋攻击 (14) 3.3几何攻击 (14) 3.4马赛克攻击 (14) 3.5解释攻击(又称IBM攻击) (15) 3.6合法性攻击 (15) 第四章数字水印的算法 (16) 4.1空间域水印算法 (16) 4.2变换域水印算法 (16) 4.3 NEC算法该算法 (17) 4.4其他一些水印算法 (18) 4.5一个简单的数字水印算法 (19) 第五章总结与前景展望 (23) 总结 (23) 数字水印的未来 (23) 参考文献 (234)
数字图像水印技术 人类视觉系统的灵敏度相比听觉系统较低。水印技术主要利用了灵敏度和掩蔽效应。灵敏度：频率灵敏度（对于图像中水平和垂直的线和边缘最敏感，而对于成45度的线和边缘最不敏感）、频谱被感知为色彩（人眼对于彩色的感知，其最低一级是由三个单独的颜色通道组成的，人眼对于这三个颜色的反应中，对蓝色通道明显比其余两个通道要低。所以一些彩色水印处理系统将大部分的水印信号嵌入到彩色图像的蓝色通道中）、时间频率被感知成运动或闪烁（当频率超过30Hz时人眼的灵敏度下降的非常快）、亮度灵敏度（人眼对于亮度越高的信号越不敏感）。掩蔽效应：频率掩蔽（某一频率成分的存在能够掩蔽人类对于作品中另一频率成分的感知）、亮度掩蔽（局部亮度特征能够掩盖对比度的变化）。 数字图像水印系统的基本要求：鲁棒性（抵抗常见图像处理操做的能力，也就是含水印图像经历无意修改而保留水印信息的能力）、透明性（不明显干扰被保护的图像数据）、安全性（抵抗恶意攻击的能力，能承受一定程度的人为攻击，从而水印信息不会被删除、破坏、窃取）、数据容量、盲检测和自恢复性（盲检测是指水印的检测和提取不需要原始图像的参与。自恢复性指图像经过一些操作和变换后，会产生较大的失真和破坏，但是可以从留下的片段数据仍能恢复水印信号，而且恢复的过程不需要原始图像的参与）、确定性（水印所携带的信息能够被唯一的确定鉴别） 数字图像水印的处理过程主要包括水印生成、嵌入和检测三个步骤。前面二三四章已经基本讲述了。 图像内容的认证：精确认证（脆弱水印、嵌入签名、可擦除水印）、选择性认证（半脆弱水印、嵌入半脆弱签名、叙述型水印）。 图像水印系统的评测：数字水印生成算法的测试（水印生成算法的性能主要包括不可逆性以及在给定信道容量下水印的信息量）、数字水印嵌入散发的测试（主要包含水印图像质量评价和鲁棒性评测）、数字水印检测/提取算法（观察虚警好漏检的概率）。 对含有水印图像质量的评价：逼真度和品质、主观度量、基于像素的度量、基于人类视觉系统进行建模度量。
介绍了数字水印技术的基本原理 随着信息技术和计算机网络的飞速发展，人们不但可以通过互联网和ＣＤ－ＲＯＭ方便快捷地获得多媒体信息，还可以得到与原始数据完全相同的复制品，由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题。因此，数字多媒体产品的水印处理技术已经成为近年来研究的热点领域之一。 虽然数字水印技术近几年得到长足发展，但方向主要集中于静止图像。由于包括时间域掩蔽效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立，视频水印技术的发展滞后于静止图像水印技术。另一方面，由于针对视频水印的特殊攻击形式的出现，为视频水印提出了一些区别于静止图像水印的独特要求。 本文分析了ＭＰＥＧ－４视频结构的特点，提出了一种基于扩展频谱的视频数字水印改进方案，并给出了应用实例。 １视频数字水印技术简介 １．１数字水印技术介绍 数字水印技术通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的感知系
统觉察或注意到。与传统的加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播，鉴别真伪，解决版权纠纷并为法庭提供认证证据。为了给攻击者增加去除水印的难度，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密体系来加强，在水印嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用。水印嵌入和提取的一般方法如图１所示。 １．２视频数字水印设计应考虑的几个方面 ·水印容量：嵌入的水印信息必须足以标识多媒体内容的购买者或所有者。 ·不可察觉性：嵌入在视频数据中的数字水印应该不可见或不可察觉。 ·鲁棒性?押在不明显降低视频质量的条件下，水印很难除去。·盲检测：水印检测时不需要原始视频，因为保存所有的原始视频几乎是不可能的。 ·篡改提示：当多媒体内容发生改变时，通过水印提取算法，能够敏感地检测到原始数据是否被篡改。 １．３视频数字水印方案选择
1、本选题研究的目的及意义 随着Internet的发展，数字技术、多媒体技术突破了单位性和地域性的局限，实现了网络化和全球化，使得电子商务蓬勃发展。在电子商务活动过程中，人们可以借助计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备方便、迅速地将数字信息传输到所期望的地方。但是这些数字形式的数据文件或作品在传播过程中有可能遭到恶意攻击和篡改伪造等等，此时数字水印技术，作为一种数字作品版权保护的新技术应运而生。在数字化媒体中进行数据隐藏是一个崭新的研究领域，尚未形成完整的理论和体系，因而对研究人员来说仍是一个挑战性的课题，同时它又是一种与具体应用结合比较紧密的实用技术，因此它的研究具有非常重要的理论意义和使用价值。本选题研究的目的是分析在数字图像中进行数据隐藏的理论，并选用离散小波分解的方法将其应用到数字作品版权保护中。 2、本选题国内外研究状况综述 数字水印技术的提出，使得人们将信息隐藏作为一门科学来研究，国外很多科研机构、公司等都介入到该领域的研究，如英国剑桥大学，普林斯顿研究所，MIT的林肯实验室，微软，索尼等等。另外，在IEEE和SPIE等一些重要国际会议上也开辟了信息隐藏与数字水印相关的专题技术研究。欧洲己有几项较大的工程项目都有关于信息隐藏与数字水印方面的专项研究。我国的数字水印技术的研究虽然起步较晚，但从1996年5月召开第一届信息隐藏研讨会以来，我国在该领域的研究也逐步发展起来，包括中国科学院研究生院信息安全国家重点实验室，浙江大学，西安电子科技大学在内的诸多科研机构的科学家都为此做出了贡献。从目前的研究发展来看，我国相关学术领域的研究与世界水平同步，而且有自己独特的研究思路，但这些研究大多处在应用基础理论研究和应用技术开发阶段，而且还没有商品化的软件推出，在实际领域中的应用还十分有限。但随着国内信息化程度的提高和电子商务逐渐走向实用化，信息隐藏与数字水印技术将会拥有更加广阔的应用前景。 3、本选题研究的主要内容及写作提纲 本选题研究的主要内容： 本文首先通过第一部分的绪论介绍了该课题研究的目的、意义以及国内外研究现状；第二部分根据文献介绍了数字水印技术的一些基本理论知识；第三部分写的是数字水印技术的原理，其中包括其四大关键技术：生成、嵌入、检测和攻击技术；第四部分也是本文最重要的一个部分，就是选用有意义的数字水印算法，将其应用到数字图像版权保护中，同时对选用的算法进行分析；最后第五部分是总结，总的回顾了本论文完成的主要工作以及存在的问题，和下一步要完成的任务。 写作提纲： 一、绪论 （一）引言 （二）课题研究的目的及意义 （三）数字水印技术在国内外的研究现状及应用前景 二、数字水印技术概述 （一）数字水印的基本概念 （二）数字水印技术的应用 （三）数字水印技术的特性 三、数字水印技术的原理 （一）综述 （二）数字水印系统的基本框架
中国地质大学研究生课程论文封面 课程名称 教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业 所在院系 类别:A.博士B.硕士√ C.进修生 日期: 2016 年06 月 30 日
评语 注：1、无评阅人签名成绩无效； 2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效； 3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。
摘要：随着近几年对地理信息系统的开发和研究，地理空间数据的应用得到了快速增长。地理空间数据是国民经济，国防建设中不可缺少的战略资源。特别是在网络化时代，地理空间数据容易被更改、复制和传播，地理空间数据安全问题是迫切需要解决的重要问题。数字水印技术是信息安全领域的前沿技术，在地理空间数据安全保护中具有重要作用。本文首先是对数字水印技术的基本原理以及地理空间数据的获取做了简单介绍。然后对地理空间数据数字水印技术的特点进行归纳，最后阐述了该技术的研究意义以及研究现状。 关键词：数字水印；地理空间数据；安全 一、引言 地理空间数据是描述人类赖以生存的地球的重要信息，是国家基础设施建设和地球科学研究的必要基础[1]。随着近几年研究的深入，地理空间数据被广泛应用。例如，地理空间数据可应用于汽车导航系统、带有GPS定位服务的移动通信设备、基于WEB的数字地图服务，以及采用地理信息系统（GIS）技术用于地理国情监测和灾难应急响应系统等。地理空间数据作为数据的一种，易于访问、获取、传播、复制。尤其是在当今网络化、信息化的时代背景下，违法、侵权行为屡禁不止，使得地理空间数据的安全性问题更加突出。 传统的信息安全技术主要是加密技术。该技术目前已经发展得比较成熟，在信息社会的各个领域中得到了广泛的应用。加密技术对内容的保护只局限在加密通信的信道中或其他加密状态下，一旦解密，则毫无保护可言。目前，计算机技术的飞速发展使得密码破译能力越来越强，常规密码的安全性受到了很大的威胁。因此，寻求新的安全技术，用以补足传统加密技术的缺陷显得十分重要。 数字水印技术是信息安全领域的前沿技术，并有希望成为这样一种补充技术，应用到对安全性有迫切需求的地理空间数据中。数字水印技术是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性把版权信息嵌入在数字作品本身中，因为它在数字产品中嵌入信息不会被常规处理操作去除从而起到保护数字作品版权的一种技术。数字水印技术是通过计算机以一定算法嵌入的，一般不易感知，只能通过计算机提取和检测。在发生版权纠纷时，可以通过相应算法提取出来，从而验证数字产品的版权归属，确保版权所有者的合法利益[2]。 数字水印技术一方面弥补了密码技术的缺陷，可以为解密后的数据提供进一步的保护；另一方面，数字水印技术也弥补了数字签名的缺陷，因为它可以在原始数据中一次性嵌入大量的秘密信息[3]。数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向，是一种可以在开放网络环境下保护版权、认证来源及完整性的新型技术。 二、数字水印技术简介 2.1数字水印技术的定义和特征 目前虽有许多文献讨论有关数字水印的技术问题，但是数字水印技术始终没有一个明确统一的定义。Cox等[4]把“水印”定义为“不可感知地在作品中嵌入信息的操作行为”；朱晓冬天[5]认为“数字水印技术是永久镶嵌在其他数据（宿主）中具有鉴别性行为的数字信号或者模式，而且不影响宿主数据的可用性”。 不同的应用对数字水印技术的要求不尽相同，一般认为数字水印技术应具有如下特点[6]。 1.可证明性
数字水印源码,希望对大家学习有帮助. % 由高斯正态分布序列 g1 产生36×4 的水印信 %号 w0，w0 由(0,1)组成。 clear randn('state',1106); g1=randn(36,4); for i=1:36 for j=1:4 if g1(i,j)>=0 w0(i,j)=1; else w0(i,j)=0; end; end; end; figure; imshow(w0);title('水印'); % 对水印信号 w0 进行(7,4)汉明编码,得到一 %36×7 的分组码 x0。 x0=w0; for i=1:36 s=8*x0(i,1)+4*x0(i,2)+2*x0(i,3)+x0(i,4); switch s case 0 x0(i,5)=0;x0(i,6)=0;x0(i,7)=0; case 1 x0(i,5)=0;x0(i,6)=1;x0(i,7)=1; case 2 x0(i,5)=1;x0(i,6)=1;x0(i,7)=0; case 3 x0(i,5)=1;x0(i,6)=0;x0(i,7)=1; case 4 x0(i,5)=1;x0(i,6)=1;x0(i,7)=1; case 5 x0(i,5)=1;x0(i,6)=0;x0(i,7)=0; case 6 x0(i,5)=0;x0(i,6)=0;x0(i,7)=1; case 7 x0(i,5)=0;x0(i,6)=1;x0(i,7)=0; case 8 x0(i,5)=1;x0(i,6)=0;x0(i,7)=1; case 9
x0(i,5)=1;x0(i,6)=1;x0(i,7)=0; case 10 x0(i,5)=0;x0(i,6)=1;x0(i,7)=1; case 11 x0(i,5)=0;x0(i,6)=0;x0(i,7)=0; case 12 x0(i,5)=0;x0(i,6)=1;x0(i,7)=0; case 13 x0(i,5)=0;x0(i,6)=0;x0(i,7)=1; case 14 x0(i,5)=1;x0(i,6)=0;x0(i,7)=0; case 15 x0(i,5)=1;x0(i,6)=1;x0(i,7)=1; end; end; % 对 x0 进行行向位扩展，得到一个由(-1,1)组成 %的扩展序列 y。cr 为扩展因子。 cr=256; for i=1:252 if x0(i)==1 y(i,1:cr)=1; else y(i,1:cr)=-1; end; end; y(253:256,:)=0; % 以下产生伪随机序列 p。为此先设定密钥(1114) %并产生高斯正态分布序列g2，再由g2产生由(-1,1) %组成的伪随机序列 p。 randn('state',1114); g2=randn(256,256);<
毕业论文开题报告 数学与应用数学 数字图像的水印嵌入研究 一、选题的背景与意义 信息技术和计算机网络的飞速发展，数字媒体信息的交流已成为当今时代人们生活不可或缺的一部分，信息媒体的数字化极大地提高了信息的存取效率，Intenet的普及又为数字信息在世界范围内的迅速传递开辟了便捷的途径．目前，数字音频、数字图像和数字视频等各种数字作品在网络上的发布比比皆是．然而，开放的网络环境和便捷的信息处理技术，也导致了信息安全和数字作品的版权保护问题日趋严重，如何解决网络环境中数字媒体的版权保护和信息安全已经引起各行业的普遍关注．近几年国际上提出了一种全新的信息安全领域的技术，即数字水印技术．“数字水印的概念最初是由Caronni于1 993年提出来的，并应用于图象，引起了电子出版界、学术界的极大兴趣，同时被广泛应用于视频、音频等其他数字媒体．由于它在版权保护、真伪鉴别、秘密通信和隐含标注等领域有着广泛的应用前景，因此日益成为一个非常重要的研究领域．新兴的边缘学科数字水印技术作为信息隐藏技术研究领域的重要分支，被认为是解决上述问题的最具潜力的技术之一，也正成为信息安全领域的一个研究热点。 然而数字水印技术处在起步阶段，许多技术还不成熟。目前虽然已经提供了不少水印嵌入的方法，但是都或多或少存在一些不太令人满意的地方，很多问题和方法有待进一步的研究和解决． 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题 数字水印急速的发展方兴未艾，目前提出了许多算法，作为保护数字产品版权等方面提供了重要依据，但技术的不成熟给数字水印的嵌入提出了挑战。 本课题主要是研究数字水印在数字图像中的嵌入、检测提取的方法，分析各种算法的水印特性，如隐蔽性、鲁棒性、安全性、确定性、水印容量、错警率等，综合各种算法的优缺点改进或提出新算法，进行水印特性的比较，提出此算法的优缺点，适用范围。 三、研究的方法与技术路线 对于数字水印，前人进行了大量的研究，并且不断的丰富。本课题主要通过理论分析与实证相结合，文献研究法，数量研究法等等方法在前人算法文献的基础上不断改进创新，以期获得比较好的算法，为数字水印提供更好的嵌入技术。
《数字水印技术综述》 姓名余博涵 学号 11114010117 院系信息学院 专业计算机科学与技术 班级 A1111
目录 摘要 -------------------------------------------------------------- I Abstract ---------------------------------------------------------- II 1 引言 ------------------------------------------------------------- 1 2 数字水印的特征 --------------------------------------------------- 2 3 数字水印的分类 --------------------------------------------------- 2 3.1图像水印---------------------------------------------------- 2 3.2音频水印---------------------------------------------------- 3 3.3视频水印---------------------------------------------------- 3 3.4 文本水印---------------------------------------------------- 4 3.5 网格水印---------------------------------------------------- 4 3.6软件水印---------------------------------------------------- 5 4 数字水印的基本框架及评价标准 ------------------------------------- 5 4.1 基本框架---------------------------------------------------- 5 4.2 评价标准---------------------------------------------------- 7 5 数字水印的应用 --------------------------------------------------- 7 5.1 版权保护---------------------------------------------------- 7 5.2 广播监视---------------------------------------------------- 8 5.3 声像数据的隐藏标识------------------------------------------ 8 5.4 隐蔽通信---------------------------------------------------- 8 6 数字水印技术研究展望 --------------------------------------------- 8 7 结论 ------------------------------------------------------------- 9参考文献： -------------------------------------------------------- 11
2011年05月 科教纵横 数字图像水印技术及其算法的研究 文/曾玲 摘 要：随着信息技术和计算机网络通讯技术的迅速发展，数字图像水印技术得到了越来越多的关注，然后其研究刚刚起步，需要解决的问题也还很多。本文首先介绍了数字水印的概念，并在此基础上数字水印的生存、嵌入及检测三个方面阐述了数字水印技术的基本内容，并对数字水印技术的算法进行了归纳与讨论。 关键词：数字水印；嵌入；算法 中图分类号：X796 文献标识码：A 文章编号：1006-4117（2011）05-0217-01 信息技术和计算机网络通讯技术的迅速发展，加快了信息的交流和沟通，然而也带来了一系列的新问题。如非法复制传播就给社会造成了巨大的经济损失。因此，如何保护数字产品的安全及完整是一个急需解决的问题。随着计算机运行能力的不断加强，以密码学理论为基础的传统信息安全技术已经变得越来越不可靠。数字水印技术就是在这种情况下为加强信息安全而出现的一种新型的信息安全技术。然而，数字水印技术的研究还刚刚起步，因此，开展数字水印技术的研究具有十分重要的理论与现实意义。 一、 数字水印的概念 Tanaka等人于1990年最早提出了数字水印技术。经过二十多年的发展，数字水印技术取得了许多成绩，但始终没有出现一个统一的定义。比较公认的说法是，数字水印技术是将代表作品所有者的信息，如指定的标志、身份信息、序列码等按照某种方式嵌入到被保护的信息中。这种被保护的信息的形式多种多样，可以是一般性的电子文档，也可以是视频、音频或图像。水印通常隐藏与原始数据之中，在受到攻击后才会显现出来。 二、 数字水印的基本内容 数字水印的产生、嵌入及检测是通用的数字水印算法的三个基本方面。 1、数字水印的产生。实际上，数字水印产生的过程就是将原始版权信息、认证信息及保密信息等一系列的有关信息生成水印信号的过程。当然，水印信号必须嵌入到原始载体中，其生成过程也必须在密钥的控制下进行。 2、数字水印的嵌入。通过什么方法，以及在载体数据的什么位置嵌入水印是数字水印嵌入需要重点考虑的问题。水印嵌入的过程实际上是将水印信息、载体数据及密钥通过嵌入算法，转化为水印数据的过程。水印信息与原始载体数据是输入信号，原始载体可以为视频、音频、文本等，密钥则可以用来加强水印算法的安全性。此外，水印的嵌入还必须选好嵌入位置，将水印信号嵌入到图像中后还必须对其加以调整才能得到合适的图像。 3、数字水印的检测。水印算法中最重要的是水印检测，水印检测有提取与检测两种判断方式。一般情况下，提取适用于无意义水印，以判断得到的水印与原始水印是否相符；而检测则适用于无意义水印，以判断图像中是否存在制定的水印。此外，虚警与漏检是水印提取与检测过程中常发生的两种错误，因此，在水印算法设计中，应根据不同的水印系统，综合选择不同的指标以求取得最佳平衡。 三、数字水印的特点 不同的领域对水印算法的要求也不尽相同，其特点也有所差别。但是不同的水印技术仍存在着一些共性。 1、鲁棒性。鲁棒性是指图像经过有损压缩、噪声干扰、伸缩等处理操作后仍能检测到水印的能力。数字水印必须能够抵抗水印受到的攻击，也就是说，水印方案的设计必须考虑图像处理的鲁棒性。 2、不可见性。不可见性主要体现在视觉上，即观察者无法觉察经过水印嵌入的图像，且攻击者也难以通过统计方法发现并删除水印。一般来讲，当嵌入的水印不能引起人眼注意时，就说明该水印具有不可见性的特点。 3、安全性。安全性的关键性在于密钥。在不知道密钥的情况下，非法用户是不能破解一个安全的嵌入算法的。也就是说，非法用户在不知道密钥的情况下，及时非常了解其提取算法，也不可能正确恢复嵌入信息。嵌入水印必须具有安全性，以防止非法用户的发现及销毁。 四、常见的数字水印算法 1、时域、空域数字水印技术。为了实现水印的嵌入，时域/空域方法修改像素的某个分量值。Tirkel等人最早提出了空域嵌入技术的经典算法——最低有效位LSB。然后，这种算法的鲁棒性较差，其水印信息很容易被破坏。Schyndel等人提出的空域技术抗JPEG压缩的鲁棒性也不是很好。Bender等人于1995年提出的“拼凑”算法则在很多方面做了改进，且其抵抗力也明显加强，还能嵌入多比特的水印。在国内，刘瑞祯和谭铁牛提出的基于奇异值分解的非盲水印算法也受到了众多学者的关注。 2、变换域数字水印技术。嵌入的信息量过少、抗信号失真的能力较差、鲁棒性不好是空间域水印算法的最大缺点。有鉴于此，近几年来，变换域数字水印技术得到了广泛的关注。该种数字水印技术要求首先对整个载体或者载体的各部分信息进行某种正交变换。与嵌入空间某些频带相对应的系数则按照嵌入算法的规则进行交换。载体的高频信息的鲁棒性较差，容易被压缩技术所剔除；而载体的低频率信息则反映载体的主要轮廓，但嵌入水印量过大会引起失真。因此，中频系数是最好的选择。变换域数字水印技术弥补了空域数字水印技术的不足，在变换域中将水印分散到全距，大大加强了抵抗攻击的能力。此外，变换域能量分布比较集中，其嵌入水印的强度通过与人类视觉体系模型的结合也得到了一定程度的加强。 3、基于内容的数字水印技术。很多学者从视觉系统的感知模型等方面进行了研究以此来保证水印的透明性，然而他们对利用图像的内容特征来嵌入水印的研究却寥寥无几。Kutter等人提出的第二代水印改变了这种状况，他们认为在感知有意义的特征区域进行水印嵌入是解决问题的关键。这些特征既可以是宿主数据抽箱的特征，又可以是语义上的特征。图像既可以边缘区域，也可以使重点区域。Bas等人提出的机遇图像特征点的水印方案进一步完善了这种观点。华先胜等人提出的局部化数字水印算法则能够通过这些特征点来定位并提取水印。 结束语：数字水印技术弥补了密码术与数字签名技术的缺陷，是一种新型的隐藏技术，能够保护数字产品的版权证明，已引起了广泛了关注，且众多的学者也对此进行了大量的研究并取得了一定的成就。然而，数字水印技术正处于起步阶段，其相关的理论体系还有待改善，其体系框架与标准也还很不城西，需要解决的问题也还很多，其实际应用仍任重而道远。 作者单位：湖南衡阳技师学院参考文献： [1]宋琪,吴林东,朱光喜等.一种基于Hvs的利用零树编码的水印算法[J].华中科技大学学报(自然科学版),2004,32(5):5—7. [2]刘瑞祯,谭铁牛.基于奇异值分解的数字图像水印[J].电子学报,2001,29(2):168—171 [3]黄继武,谭铁牛.图像隐形水印自动化学报[J].2000,26(5):645—655. [4]张志明,周学广.采用奇异值分解的数字水印嵌入算法[J].微计算机息,2006,22(7):69—71. 2011.05 217