摘要
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。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、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。
本文主要是根据所学的数字图象处理知识，在MATLAB环境下，通过系统编程的方式，建立并实现基于DCT域的数字水印加密系统。该系统主要包含数字水印的嵌入与提取，仿真结果表明，数字水印算法具有有效性、可靠性、抗攻击性、鲁棒性和不可见性，能够为数字媒体信息在防伪、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保障。
关键词：数字水印；MATLAB；DCT
目录
1 课程设计目的 (1)
2 课程设计要求 (2)
3 数字水印技术基本原理 (3)
3.1 数字水印基本框架 (3)
3.2 算法分类 (3)
3.2.1 DCT法 (4)
3.2.2 其他方法 (4)
3.3 实际需要考虑的问题 (4)
3.3.1 不可见性 (4)
3.3.2 鲁棒性 (5)
3.3.3 水印容量 (5)
3.3.4 安全性 (5)
4 基于DCT变换仿真 (6)
4.1 算法原理 (6)
4.1.1 准备工作 (6)
4.1.2 选取8*8变换块 (7)
4.1.3 边界自适应 (7)
4.1.4 DCT变换与嵌入 (7)
4.1.5 恢复空域 (8)
4.2 嵌入算法扩展 (8)
4.2.1 RGB彩色图像三个矩阵的划分 (8)
4.2.2 八色彩色水印 (8)
4.3 水印的提取 (9)
4.4 仿真程序 (9)
5 结果分析 (14)
结束语 (16)
参考文献 (17)
1 课程设计目的
数字水印技术是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。
在数字水印技术中，水印的数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾。从主观上讲，理想的水印算法应该既能隐藏大量数据，又可以抗各种信道噪声和信号变形。然而在实际中，这两个指标往往不能同时实现，不过这并不会影响数字水印技术的应用，因为实际应用一般只偏重其中的一个方面。如果是为了隐蔽通信，数据量显然是最重要的，由于通信方式极为隐蔽，遭遇敌方篡改攻击的可能性很小，因而对鲁棒性要求不高。但对保证数据安全来说，情况恰恰相反，各种保密的数据随时面临着被盗取和篡改的危险，所以鲁棒性是十分重要的，此时，隐藏数据量的要求居于次要地位。
数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的知觉系统觉察或注意到。水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等，可用来识别文件、图像或音乐制品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权。
与加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但它可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。总的来说，数字水印可以携带有版权保护信息和认证信息，保护数字产品的合法拷贝和传播。
2 课程设计要求
利用所学的数字图像处理技术，建立并实现基于DCT的数字水印加密系统，利用MATLAB软件系统来实现水印的嵌入和提取，并对算法的不可见性、鲁棒性进行测试。
具体要求：
（1）熟悉和掌握MATLAB程序设计方法；
（2）学习和熟悉MATLAB图像处理工具箱；
（3）学会运用MATLAB工具箱对图像进行处理和分析；
（4）能对图像jpg格式进行打开、保存、另存、退出等功能操作；
（5）利用所学数字图像处理技术知识、MATLAB软件对图像进行水印的嵌入和提取；
（6）在程序开发时，清楚主要实现函数目的和作用，需要在程序书写时做适当注释说明，理解每一句函数的具体意义和使用范围；
（7）每个程序都必须做到功能仿真成功，运行结果以图片的形式粘贴到报告中。
3 数字水印技术基本原理
3.1 数字水印基本框架
一个数字水印系统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。数字水印的嵌入和提取的一般过程基本框架如图3.1，图3.2所示。
图3.1 水印嵌入的一般过程基本框架
图3.2 水印检测的一般过程基本框架 3.2 算法分类
根据水印实现方法不同，数字水印可分为空（时）域数字水印和频域数字水印。
空域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信号，而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。
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，比较两者的区别，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。
频域法有以下优点：嵌入的水印信号能量可以分布到空域的所有像素上，有利于保证水印的不可见性；视觉系统（HVS ）的某些特性（如频率的掩蔽特性）可以更方便地结合到水印编码过程中；频域法可与国际数据压缩标准兼容，从而水印生成算法(G) 数字水印（W ）
原始载体数据(J) 水印嵌入算法（E ） 私钥/公钥(K)
嵌入水印后的数据（I W ） 待检测数据(I W ) 水印检测算法（D ） 私钥/公钥(K)
估计水印（W ）/相似度检测（Sim ） 数字水印(W)/原始数据（I ）
实现在压缩域（compressed domain）内的水印编码。
3.2.1 DCT法
对原始信号做DCT的算法：Cox和Piva等人提出的DCT技术的经典之作。Cox利用随机数发生器产生标准正态序列作为水印信息对图像进行整体DCT变换后，选取除去DC系数之外部分较低频率系数叠加水印信息;Piva则修改整幅图像的中频部分。
对原始信号分块后，再作DCT的算法：Hsu和Wu把图像进行8*8分块，将一个二进制序列作为水印放入DCT的中频区；有些学者则计算整个图像的DCT，把一个实数序列嵌入DCT的中频系数上。选择中频区的好处是一方面尽量减少嵌入信息对图像主观视觉的影响；同时，尽量避免有损压缩对水印信息可能带来的损失。
还有一种DCT方法就是把水印信息嵌入到高频系数上，但是采用这种方法，抗压缩性非常差。
3.2.2 其他方法
其它变换域还有Fourier-mellin域、Fourier变换域、分形或WP（Wavelet Package）等。以上的变换域算法计算量都非常大，编程实现这些变换和逆变换也需要好好下一番功夫，由此造成研究人员把大量的时间和精力浪费在与水印算法研究无关的问题上。
3．3 实际需要考虑的问题
在数字水印技术中，水印的数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾。从主观上讲，理想的水印算法应该既能隐藏大量数据，又可以抗各种信道噪声和信号变形。然而在实际中，这两个指标往往不能同时实现，不过这并不会影响数字水印技术的应用，因为实际应用一般只偏重其中的一个方面。如果是为了隐蔽通信，数据量显然是最重要的，由于通信方式极为隐蔽，遭遇敌方篡改攻击的可能性很小，因而对鲁棒性要求不高。但对保证数据安全来说，情况恰恰相反，各种保密的数据随时面临着被盗取和篡改的危险，所以鲁棒性是十分重要的，此时，隐藏数据量的要求居于次要地位。
3.3.1 不可见性
对于以模拟方式存储和分发的信息（如电视节目），或是以物理形式存储的信息（如报刊、杂志），用可见的标志就足以表明其所有权。但在数字方式下，标志信息极易被修改或擦除。因此应根据多媒体信息的类型和几何特性，利用用
户提供的密钥将水印隐藏到一系列随机产生的位置中，使人无法察觉。图3.3左侧为原始图像，右侧为嵌入水印后的图像。
图3.3 原始图像与嵌入水印后的图像对比
3.3.2 鲁棒性
水印必须对一般的信号处理操作（如滤波、平滑、增强、有失真压缩等）、删除攻击、迷惑攻击等具有鲁棒性。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多媒体信息的质量。
3.3.3 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，或是购买者的序列号。这样在发生版权纠纷时，创建者或所有者的信息用于标示数据的版权所有者，而序列号用于标示违反协议而为盗版提供多媒体数据的用户。
数字水印在多媒体信息安全中的另一个重要应用就是内容的真实性鉴定（即认证）。当多媒体内容发生改变时，具有较强的敏感性的易损水印（Fragile watermarking）会随之发生一定程度的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。
3.3.4 安全性
水印的安全性要求未授权者不能发现数字作品中含有水印信息。或者算法安全性仅仅依赖于密钥而不依赖于算法的保密性。因此在没有密钥的情况下，未授权者即使知道含有水印信息和知道水印算法，也不能提取出水印信息或者破坏水印信息。另外算法还应该能够抵抗合谋攻击。
由于水印特性的要求对应用的依赖型很强，恰当的评价准则和具体的应用有关。
4 基于DCT变换仿真
4.1 算法原理
离散余弦变换（Diserete Cosine Transform）简称DCT变换。离散余弦变换是傅立叶变换的一种特殊情况，在傅立叶级数展开式中，如果被展开的函数是实偶函数，那么其傅立叶级数中只包含余弦项，再将其离散化可导出离散余弦变换，因此余弦变换与傅里叶变换一样有明确的物理意义，DCT变换避免了傅里叶变换中的复数运算，它是基于实数的正交变换。
DCT变换域数字水印算法的基本原理是将空域图像变成频域，然后将水印信息嵌入其直流项之中，最后将频域转换成空域以完成图片的水印的嵌入。其主要思想是：在DCT变换域上选择中、低频系数叠加水印信息，因为人眼的感觉主要集中在中、低频段，攻击者破坏水印时，不可避免地会引起图像质量的严重下降，而且一般的图像处理也不会改变这部分数据。再者，由于JPEG、MPEG 等压缩算法的核心是在DCT变换域上进行量化，故通过巧妙的融合水印和量化过程，可以使水印抵御一定的有损压缩。此外，DCT变换域系数的统计分布有比较好的数学模型，可以从理论上估计水印的信息量。基于DCT变换的数字水印在逆变换时会散布在整个图像空间中，故水印不像空间域技术那样易受到裁剪、低通滤波等攻击的影响，具有鲁棒性高、隐蔽性好的特点。
4.1.1 准备工作
首先要读入一幅待嵌入的原始图片I=f1(x,y)以及一幅水印图M=f2(x,y)。由于DCT法需要给原图像进行8*8分块，所以为了便于将一个二进制序列作为水印放入DCT，最好让原图像的行x与列y象素数可以被8整除。如果不能整除需要将x/8与y/8的结果进行取整，其取法遵循向下取整原则。在整除的情况下，对于水印图像，它的行宽不得大于x/8列长不得大于y/8。取x和y均为256即256*256象素，水印图为32*32象素。由此可以看到，整个原图可以划分为x*y/64=1024个变换块如图4.1。
图4.1 划分变换块
每个块的位置计为（m,n），那么所取的水印图像的每一个象素点可以对应一个变换块进行嵌入。
4.1.2 选取8*8变换块
下面将原图像的每个8*8块分别作DCT变换，在此之前我们需要知道每个块中所包含象素点的坐标。通过图4.1我们不难总结出规律，即：所取（m,n）快中的左上点的行坐标为x=(m-1)*8+1而左上点的列坐标为y=(n-1)*8+1如图4.2。
图4.2 像素点坐标
由此又可推出该块中所有象素点的坐标，用MATLAB的语句来表示可以写成block_dct1=I(x:x+block-1,y:y+block-1)，这样block_dct1矩阵用来表示该块所有象素的值。之后对该块进行DCT变换，从而将空域图像8*8块矩阵变为频域8*8块矩阵。
4.1.3 边界自适应
所谓边界自适应，也就是需要根据图像块的边缘信息密度自适应地调整嵌入强度，由于边界处的高频分量较高，相对低频分量不明显，所以在地频分量中嵌入的水印图像的强度应当比较大。同理在非边界区域嵌入的强度应当比较小。在这里我们取常量Alpha1=0.02作为非边界区的嵌入强度；Alpha2=0.1作为边界区的嵌入强度。关于区图像边界的问题可以通过MATLAB函数edge实现，这里另
BW=edge(I,'prewitt')其中BW表示边缘图像的矩阵。要说明的是，首先边缘图像是二值图像，白色处表示原图像的边界。其次，edge函数中的I必须是灰度图像，如果I取的是彩色图像的话，就必须先将彩色图像变成灰度图像再取边界。
4.1.4 DCT变换与嵌入
首先，要检测变换块是否含有边界，可以将边界图像与原图相对应位置的象素块提出，将块中所有象素的值（只含0，1）求和的方法检测它是否含有边界，不妨设置一个阈值等于3，即该块中含有三个或以上的边界点就认为该块含有较多的边界信息，通过边界自适应的原理应当将较大的强度值嵌入。
然后，需要将每一个8*8块进行DCT变换，并将变换后的直流分量与强度值和水印图像相应点象素的信息相乘。在这里需要指出的是为了保证提取算法的简单可以令水印图像象素的值减一个比较小的值。
这一步用MATLAB来实现可以用block_dct1=dct2(block_dct1)分别将8*8块进行二维DCT变换，block_dct1(1,1)=block_dct1(1,1)*（1+Alpha*(mark(m,n)-0.1)）其中的mark表示水印图像的象素值，将它嵌入块的直流项中。
4.1.5 恢复空域
将嵌入后的块分别进行反DCT变换，并且按顺序存回I矩阵，这时的I就是嵌入水印后的图像。
4.2 嵌入算法扩展
上面的方法一般只能对一幅灰度图像嵌入一幅二值图像，在下面将进行彩色图像嵌入三幅二值图像或一幅8色彩色图像的方法。
4.2.1 RGB彩色图像三个矩阵的划分
由于所有的RGB彩色图像都是由红绿蓝三个颜色组成的，在存储中这三个图像也是分为3个矩阵存储的，那么我们就可以将每个矩阵视为一个灰度，并且每个灰度图像中都可以分别潜入一个水印图像。
1、彩色图像的边缘图像
由于edge函数中的I必须是灰度图像，所以要想用GRAY=rgb2gray(I)语句将彩色图像变成灰度图像，再将灰度图像GRAY取其边界图像。
2、彩色图像分层
在MATLAB中，将彩色RGB图像读入I后，不同于灰度图像，I矩阵是一个三维矩阵它可以表示为I（a，b，c）其中当c=1时，I（a，b，1）表示彩色图像中红色分量的矩阵，同样的，I（a，b，2）、I（a，b，3）分别表示彩色图像中绿色
和蓝色分量的矩阵。在分层嵌入的时候，表示原图像矩阵就需要加入第三维分量c的值，否则MATLAB会默认c=1。
这里需要注意的是，在新图像的生成的时候，要将R、G、B三个矩阵全部存入输出的矩阵，否则会缺色。
4.2.2 八色彩色水印
类似于上面的原理，作为水印的彩色图像也分为R，G，B三层，每层可以作为一幅水印图像分别嵌入原图像的矩阵中。提取的时候只要将提取出的三个水印图像存入一个三维矩阵即使一幅彩色图像。
但是这里要注意的是所用的水印图像的R、G、B分量分别只有0、1两个值。所以如果使用的彩色图像不当将会影响嵌入效果，甚至无法提取。
4.3 水印的提取
这里的水印提取方法可以看作是嵌入的反变换，由于在频域的8*8块的直流量中乘上了与水印信息有关的系数，那么同样我们可以通过原图像与水印图像8*8块直流分量的值相除得到的商即是与水印图像相关的值，由于嵌入时水印图像值只含0、1，而且我们在这个值得后面又减了一个小的常数，因此将除得的商减去1记为cc，这样就可以在嵌入的水印值为0的时候cc<0，反之在嵌入的水印值为1的时候cc>0。这样就可以绘制出水印图像。
4.4 仿真程序
%定义常量
size=256; %图像大小：256*256
block=8; %块大小：8*8
%决定了水印图片不大于32*32
blockno=size/block; %每行块的个数
LENGTH=size*size/64; %总块的个数1024
Alpha1=0.03; %非边界处的强度因子
Alpha2=0.1; %边界处的强度因子
T1=3; %域值为三个边界点
I=zeros(size,size); %原始图像
BW=zeros(size,size); %原始图像的边缘图
block_dct1=zeros(block,block);
mark=imread('D:\水印图','bmp'); %沈阳理工大学字样彩色水印图
mark1=logical(mark(:,:,1));
mark2=logical(mark(:,:,2));
mark3=logical(mark(:,:,3));
figure(1)
subplot(2,2,1);
imshow(mark);title('水印图像');
%显示原图
subplot(2,2,2);I=imread('D:\原始图','bmp'); %读入彩色图像
imshow(I);title('原始图像:I');
%显示prewitt为算子的边缘图
GRAY=rgb2gray(I); %变灰度要用三位数，即彩色图片
BW=edge(GRAY,'prewitt'); %取边界，用于边界自适应
subplot(2,2,3);imshow(BW);
title('原始图像的边缘');
%嵌入水印
for m=1:blockno; %到第（m,n）个块
for n=1:blockno;
x=(m-1)*block+1; %该块的起始像素
y=(n-1)*block+1;
block_dct1=I(x:x+block-1,y:y+block-1); %取该块所有像素
block_dct1=dct2(block_dct1); %变换
%第二维
block_dct2=I(x:x+block-1,y:y+block-1,2); %取该块所有像素
block_dct2=dct2(block_dct2); %变换
%第三维
block_dct3=I(x:x+block-1,y:y+block-1,3); %取该块所有像素
block_dct3=dct2(block_dct3); %变换
BW_8_8=BW(x:x+block-1,y:y+block-1); %取边缘的对应块像素
if m<=1|n<=1;%m或n小于等于1时，
T=0;
else
T=sum(BW_8_8); %列取和
T=sum(T); %对整个BW_8_8中的数字取和
%取和
end
if T>T1; %如果改为<则意味着高频区嵌入了低能量，低频区嵌入了高能量。所以在低频区嵌入的过高能量会是不该看出的水印显示出来
%因此这里表示着边缘自适应性
Alpha=Alpha2; %0.1
else
Alpha=Alpha1; %0.03
end
block_dct1(1,1)=block_dct1(1,1)*(1+Alpha*(mark1(m,n)-1)); %对直流进行嵌入
block_dct2(1,1)=block_dct2(1,1)*(1+Alpha*(mark2(m,n)-1)); %第二层
block_dct3(1,1)=block_dct3(1,1)*(1+Alpha*(mark3(m,n)-1)); %第三层
block_dct1=idct2(block_dct1); %变回空域
block_dct2=idct2(block_dct2); %第二层
block_dct3=idct2(block_dct3); %第三层
I(x:x+block-1,y:y+block-1)=block_dct1; %贴回原图像
I(x:x+block-1,y:y+block-1,2)=block_dct2; %第二层
I(x:x+block-1,y:y+block-1,3)=block_dct3; %第三层
end
end
%显示嵌入水印后的图像
subplot(2,2,4);imshow(I);title('嵌入水印后的图像');
imwrite(I,'D:\输出图.bmp','bmp');
figure(2);subplot(2,2,1);imshow(mark(:,:,1));title('原水印的第一层');
subplot(2,2,2);imshow(mark(:,:,2));title('原水印的第二层');
subplot(2,2,3);imshow(mark(:,:,3));title('原水印的第三层');
imwrite(I,'D:\压缩图.jpg','jpg','quality',90); %压缩
%通过原图片对比提取水印
I=imread('D:\原始图.bmp','bmp');
J=imread('D:\输出图.bmp','bmp');
K=zeros(32,32,3); %水印图片为32*32
for q=1:blockno;
for p=1:blockno;
x=(p-1)*block+1;
y=(q-1)*block+1;
BLOCK1=I(x:x+block-1,y:y+block-1); %取无水印图的块
BLOCK2=J(x:x+block-1,y:y+block-1); %取带水印图的块
BLOCK1=dct2(BLOCK1);
BLOCK2=dct2(BLOCK2);
a=BLOCK2(1,1)/BLOCK1(1,1)-1;
%第二层
BLOCK12=I(x:x+block-1,y:y+block-1,2);
BLOCK22=J(x:x+block-1,y:y+block-1,2);
BLOCK12=dct2(BLOCK12);
BLOCK22=dct2(BLOCK22);
b=BLOCK22(1,1)/BLOCK12(1,1)-1;
%第三层
BLOCK13=I(x:x+block-1,y:y+block-1,3); BLOCK23=J(x:x+block-1,y:y+block-1,3); BLOCK13=dct2(BLOCK13);
BLOCK23=dct2(BLOCK23);
c=BLOCK23(1,1)/BLOCK13(1,1)-1;
if a<0
W(p,q)=0; %恢复水印图像
else
W(p,q)=1;
end
if b<0
W2(p,q)=0;
else
W2(p,q)=1;
end
if c<0
W3(p,q)=0;
else
W3(p,q)=1;
end
end
end
figure(3);
subplot(2,2,1);imshow(W);
title('从第一层提取的水印（红R）'); %0表示黑色subplot(2,2,2);imshow(W2);
title('从第二层提取的水印（绿G）');
subplot(2,2,3);imshow(W3);
title('从第三层提取的水印（蓝B）');
K(:,:,1)=W;
K(:,:,2)=W2;
K(:,:,3)=W3;
subplot(2,2,4);imshow(K);title('合并的彩图');
%检测压缩后的水印图像
J=imread('D:\压缩图.jpg','jpg');
for q=1:blockno;
for p=1:blockno;
x=(p-1)*block+1;
y=(q-1)*block+1;
BLOCK1=I(x:x+block-1,y:y+block-1); %取无水印图的块BLOCK2=J(x:x+block-1,y:y+block-1); %取带水印图的块BLOCK1=dct2(BLOCK1);
BLOCK2=dct2(BLOCK2);
a=BLOCK2(1,1)/BLOCK1(1,1)-1;
%第二层
BLOCK12=I(x:x+block-1,y:y+block-1,2);
BLOCK22=J(x:x+block-1,y:y+block-1,2);
BLOCK12=dct2(BLOCK12);
BLOCK22=dct2(BLOCK22);
b=BLOCK22(1,1)/BLOCK12(1,1)-1;
%第三层
BLOCK13=I(x:x+block-1,y:y+block-1,3);
BLOCK23=J(x:x+block-1,y:y+block-1,3);
BLOCK13=dct2(BLOCK13);
BLOCK23=dct2(BLOCK23);
c=BLOCK23(1,1)/BLOCK13(1,1)-1;
if a<0
W(p,q)=0;
else
W(p,q)=1;
end
if b<0
W2(p,q)=0;
else
W2(p,q)=1;
end
if c<0
W3(p,q)=0;
else
W3(p,q)=1;
end
end
end
K(:,:,1)=W;K(:,:,2)=W2;K(:,:,3)=W3;
figure(4);imshow(K);title('90压缩的提取');
5 结果分析
图5.1 原始图像与嵌入水印后的图像对比
原始图像与嵌入水印后的图像仅有微小的差别，人眼基本分辨不出两图像的任何不同。这说明DCT域水印算法具有较好的不可见性，基本不影响视觉质量，同时也很好的达到了透明性的要求。
图5.2 通过与原图片对比提取的水印
图5.3 分层提取的水印图像
在分层提取水印图像时，出现了部分误差，部分图像像素点出现了消失，组成彩色水印还原水印图像时，已经不能还原出原本彩色图像。
图5.4 检测压缩后的水印图像结果
由以上结果可以看出，该方法在水印嵌入和提取中方法比较简单。这个方法对于压缩攻击的抗性很低，可以说是脆弱的，很明显在90质量的压缩下已经很难分辨水印内容。
实验结果在某方面验证了该算法的有效性、可靠性、抗攻击性、鲁棒性和不可见性，能够为数字媒体信息在防伪、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保障。
结束语
数字水印在版权标识、隐藏标识和篡改提示、数据防伪上具有不可替代的作用，它将在商业、金融、军事和个人消费上带来巨大的商业利润。自1995年以来，该领域的研究工作已经取得了巨大的进展。随着数字水印技术的日趋成熟，数字水印技术将在电子商务、视频点播、远程教学和远程培训中发挥越来越大的作用。
离散余弦变换在图像处理中的作用非常重要，在本设计中，运用离散余弦变换嵌入水印。本文提出的水印算法的鲁棒性虽然不及一些需要原图的水印算法，但是相比而言不需要未加水印的原始图像，这种算法可以抵抗一些常见的攻击方法，如：旋转、剪切、低通滤波等等。实验证明此算法有较好的鲁棒性。
离散余弦变换法具有实用价值，但还是具有一定的局限性的。数字水印的方法有很多，但是每一种单独的方法都无法禁得起多种方法的图像处理，只有组合不同的方法才能达到更好的效果。
随着网络技术和多媒体技术的快速发展，多媒体信息的交流己成为人们生活中不可缺少的一部分。因此，如何保护多媒体信息的安全成为国际上研究的热门话题。数字水印技术作为国际学术界新兴的前沿研究领域在数字多媒体的版权保护方面发挥着重要作用。我相信，在未来的日子里，对水印技术理论和应用的研究一定会出现更多更好的工作。
参考文献
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本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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基于DCT的数字水印算法的研究Research of Digital Watermarking Algorithm Based on Discrete Cosine Transform
摘要 近年来，由于网络的迅猛发展，越来越多的多媒体信息已经走向数字化。人们可以从网上更加方便的取得各类信息，可以更加方便的对别人的作品进行篡改，复制等，由此带来的版权维护问题也日益严重。版权维护也越来越受到人们的关注了，数字水印技术是解决这类问题最有效的手段，所以数字水印技术现在已然成为了研究的热点。 本文是对基于DCT域数字水印算法的研究，简要介绍数字水印的发展，基本原理等，在MATLAB环境中完成两种基于DCT域数字水印算法的设计。第一种是基于DCT图像全局变换的数字水印算法，而第二种则可以认为是第一种算法的改进，是基于DCT域分块水印算法。然后对于水印系统的鲁棒性，进行一些攻击测试，有盐噪声攻击、高斯噪声攻击、旋转攻击、剪切攻击、JPEG有损压缩攻击等，对比分析哪种算法更好。虽然说该课题只不过是对现有的数字水印技术进行了一个比较简单的研究，但是让我们充分认识到了数字水印技术对我们日常生活的重要性。 关键词：数字水印DCT 攻击测试
Abstract In recent years,with the rapid development of the network,more and more multimedia information has been digitized.People can obtain various kinds of information from the Internet more convenient, the work of others will be altered and copied more convenient, copyright protection issues are also increasingly serious. People are more and more concerned about copyright protection, digital watermarking technology is the most effective means to solve these problems, so the digital watermarking technology has become a hot topic now. This article is to study based on DCT-domain digital watermarking algorithm, introduced the development of digital watermarking and the basic principles etc,completed two design schemes based on DCT-domain digital watermarking algorithm in MATLAB environment. The first one is based on digital image watermarking algorithm global transformation of DCT, while the second one can be considered to improve the first algorithm, which is based on DCT-domain block watermarking algorithm. Then for the robustness of the watermarking system, we performed some attack test, salt noise attack, Gaussian noise attack and spin attack, cropping attack, JPEG compression attack, in order to prove which is better. Although the subject is a relatively simple research for the existing digital watermarking technique , but it let us aware of the importance of digital watermarking technology in our daily life. Key words:Digital watermarking DCT Robustness Attack test
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。
摘要 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。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、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。 本文主要是根据所学的数字图象处理知识，在MATLAB环境下，通过系统编程的方式，建立并实现基于DCT域的数字水印加密系统。该系统主要包含数字水印的嵌入与提取，仿真结果表明，数字水印算法具有有效性、可靠性、抗攻击性、鲁棒性和不可见性，能够为数字媒体信息在防伪、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保障。 关键词：数字水印；MATLAB；DCT
目录 1 课程设计目的 (1) 2 课程设计要求 (2) 3 数字水印技术基本原理 (3) 3.1 数字水印基本框架 (3) 3.2 算法分类 (3) 3.2.1 DCT法 (4) 3.2.2 其他方法 (4) 3.3 实际需要考虑的问题 (4) 3.3.1 不可见性 (4) 3.3.2 鲁棒性 (5) 3.3.3 水印容量 (5) 3.3.4 安全性 (5) 4 基于DCT变换仿真 (6) 4.1 算法原理 (6) 4.1.1 准备工作 (6) 4.1.2 选取8*8变换块 (7) 4.1.3 边界自适应 (7) 4.1.4 DCT变换与嵌入 (7) 4.1.5 恢复空域 (8) 4.2 嵌入算法扩展 (8) 4.2.1 RGB彩色图像三个矩阵的划分 (8) 4.2.2 八色彩色水印 (8) 4.3 水印的提取 (9) 4.4 仿真程序 (9) 5 结果分析 (14) 结束语 (16) 参考文献 (17)
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
数字水印技术及其应 用综述3
数字水印技术及其应用综述 随着Internet 网络的快速发展, 越来越多的多媒体数字产品（包括图像、音频、视频等形式的产品）在网络上发布, 人们可以非常方便快捷地从网络上获取数字多媒体产品, 因此,数字多媒体的信息安全、版权保护和完整性认证问题就成为迫切需要解决的一个重要问题。数水印( digital watermarking)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和认证来源及完整性的新型技术, 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, 该技术己经引起人们的浓厚兴趣, 并日益成为国际上非常活跃的研究领域, 受到国际学术界和企业界的高度关注, 而且数字水印技术是一门新兴的多学科交叉的应用技术, 它涉及了不同学科领域的思想和理论, 如信号处理、信息论、编码理论、密码学、检测理论、随机理论、通信理论、对策论、计算机科学及网络技术、算法设计等技术。因此, 数字水印技术的研究无论是从理论上还是从应用上都具有重要意义。 1 数字水印的特点、分类及其应用 1.1 数字水印的基本特点 数字水印的基本思想是在数字图像、音频和视频等多媒体数字产品中嵌入秘密信息, 以保护数字产品的版权,证明产品的真实性, 跟踪盗版行为或提供产品的附加信息等。数字水印系统通常具有下列几方面的特点： （1）鲁棒性即图像水印抵抗常见图像处理操作的能力, 也就是说含水印图像经历无意修改而保留水印信息的能力。一般说来, 当含水印图像经过一些基本处理（如噪声滤波、平滑、增强、有损压缩, 平移、旋转、缩放和裁剪等）后, 仍可检测出水印。 （2）透明性即不可见性, 水印的存在不应明显干扰载体的图像数据, 数字水印的嵌入不应使得原始数据发生可感知的改变, 也不能使得载体数据在质量上发生可以感觉到的失真。 （3）安全性水印算法抵抗恶意攻击的能力。即它必须能承受一定程度的人为攻击, 而使水印信息不会被删除、破坏或窃取。应该保证非授权用户无法检测或破坏水印。数字水印应该难以被伪造或者加工,并且, 未经授权的个体不得阅读和修改水印, 理想情况是未经授权的客户将不能检测到产品中是否有水印存在。 （4）数据容量水印应该包含相当的数据容量,以满足多样化的需要。 （5）可证明性在实际的应用过程 1.2 数字水印的分类 （1）依据所嵌入的载体不同, 可分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印和网络水印等。
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 通过分析现有的数字视频编解码系统，可以将目前MPEG-4视频水印的
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。
摘要 数字水印(Digital Watermarking)技术是我们生活中经常见到的信息隐藏技术。它将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统觉察或注意到。 空间数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向，另一类是频率数字水印。空间数字水印采用最低有效位(LSB)算法,通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面,调整数字图像中感知不重要的像素来表达水印的信息,以达到嵌入水印的目的。本实验是基于matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现。 关键词：信息隐藏技术；空间数字水印； LSB算法；matlab
目录 1 设计任务与目的 (1) 2 MATLAB的简介及应用 (1) 2.1 MATLAB简介 (1) 2.2 MATLAB应用 (1) 3 数字水印技术 (2) 3.1 数字水印技术的发展 (2) 3.2 水印分类 (2) 3.3 数字水印的特点 (3) 3.4 数字水印技术的基本原理 (4) 4 基于LSB的数字水印算法 (5) 4.1 LSB算法原理 (5) 4.2 LSB算法的实现 (6) 4.2.1 水印嵌入算法 (7) 4.2.2 水印提取算法 (9) 5 MATLAB软件仿真 (11) 5.1 仿真结果 (11) 5.1.1 水印嵌入仿真 (11) 5.1.2 水印提取仿真 (12) 5.2 仿真分析 (13) 结论 (14) 参考文献 (15)
基于Matlab的数字水印设计 ——基于空域的水印实现 1 设计任务与目的 (1)通过课程设计把自己在大学中所学的知识应用到实践当中。 (2)在课程设计的过程中掌握程序编译及软件设计的基本方法。 (3)深入了解利用Matlab设计基于Matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现。 (4)提高自己对于新知识的学习能力及进行实际操作的能力。 (5)锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。 2 MATLAB的简介及应用 2.1 MATLAB简介 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，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。 2.2 MATLAB应用 MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： 1)数值分析 2)数值和符号计算 3)工程与科学绘图
习题十 一、选择题 1、在以下的信息安全体现中，是指信息不泄漏给非授权的个人和实体，或供其使用的特性。 （1）保密性（2）完整性（3）可用性（4）可控制性 2、国际信息安全标准是指。 （1）TCSEC（2）ITSEC（3）CC（4）CTCPEC 3、在下列加密算法中，属于对称加密算法。 （1）DES（2）Diffie-Hellman（3）RSA（4）DSA 4、在计算机密码技术中，通信双方使用一对密钥，即一个私人密钥和一个公开密钥，密钥对中的一个必须保持秘密状态，而另一个则被广泛发布，这种密码技术是。 （1）对称算法（2）保密密钥算法（3）公开密钥算法（4）数字签名 5、下列不属于防火墙的功能。 （1）访问控制（2）查杀病毒（3）授权认证（4）加密 6、计算机病毒是一种。 （1）生物病菌（2）生物病毒（3）计算机程序（4）有害言论的文档 7、计算机病毒是指。 （1）编制有错误的计算机程序（2）设计不完善的计算机程序（3）已被破坏的计算机程序（4）以危害系统为目的的特殊计算机程序 8、下列四条叙述中，正确是。 （1）造成计算机不能正常工作的原因，若不是硬件故障就是计算机病毒 （2）发现计算机有病毒时，只要换上一张新软盘就可以放心操作了 （3）计算机病毒是由于硬件配置不完善造成的 （4）计算机病毒是人为制造的程序 9、下面列出的计算机病毒传播途径，不正确的是。 （1）使用来路不明的软件（2）通过借用他人的软盘 （3）机器使用时间过长（4）通过网络传输 10、计算机病毒在一定环境和条件下激活发作，该激活发作是指。
（1）程序复制（2）程序移动（3）病毒繁殖（4）程序运行 二、填空题 1、信息系统面临的威胁主要有两种：和。 2、信息安全研究大致可以分为、和。 3、OSI基本参考模型中包括五大类安全服务，分别 为、、 、和。 4、密码学的发展过程可以分为、和三个阶段。 5、消息认证就是验证消息的完整性，完整性包括两个方面：一 是，二是。 6、数字签名体制大致可分成两类：和。 7、黑客的攻击手段和方法可以归结为两种模式： 和。 8、根据防范的方式和侧重点的不同，防火墙可分为四大 类：、、 和。 9、按照病毒文件的传染方式可将病毒分成、、 和 。 10、计算机病毒的检测通常采用和两种方法。 三、问答题 1、以p=11，q=12来演示RSA公开密钥密码系统的工作过程。 2、简述消息认证基本原理。 3、简述数字签名技术的原理。 4、什么是信息伪装技术？包含那些具体的技术？ 5、简述黑客攻击的步骤。 6、什么是防火墙？其功能有哪些？ 7、简述入侵检测系统的组成。 8、简述计算机病毒的定义、特征及其结构。 习题十 一、选择题
数字水印综合实验系统的设计与实现－－灰度图像 水印的嵌入与提取 目录前言11 概述21.1 相关知识21.2 数字水印的定义及分类31.3 数字水印技术的原理及实现的典型算法41.4 水印技术的要求，常受到的攻击71.5 水印的主要应用领域81.6 数字水印技术的国内外研究现状92 相关理论知识112.1 小波变换112.1.1 小波变换的含义112.1.2 提出小波变换的原因112.1.3 小波变换数字水印算法及其优点122.1.4 2维信号的Mallat的算法122.2 视觉系统特性研 究132.2.1 人眼的构造132.2.2 人眼的视觉特性152.3 图像的纹理特征163 水印图像预处理183.1 引言183.2 约瑟夫图像置乱193.3 置乱度与图像质量214 水印的嵌入方案244.1 水印嵌入算 法254.2 水印提取算法265 实验及实验结果275.1 水印的嵌入实 验275.2 水印的提取实验285.3 攻击实验295.3.1 缩放295.3.2 噪声295.3.3 压缩305.3.4 剪切315.4 试验结果分析总结336 软件的详细介绍346.1 功能介绍346.2 登录窗口界面346.3 主要菜 单366.4 运行实例387 结论40参考文献41致谢42数字水印综合实验系统的设计与实现----灰度图像水印的嵌入与提取摘要：随着计算机和网络技术的飞速发展，数字图像、音频和视频产品愈来愈需要1种有效的版权保护方法。数字水印技术便是解决上述问题的关键技术之1。为了让更多 的人熟悉并快速掌握数字水印技术的基本理论和算法设计过程，设计1个数字水印综合实验系统是1个很好的解决方案。本文首先介绍了数字水印技术及其原理、特点、以及目前的应用状况，然后介绍如何利用约瑟夫置乱对水印图像进行置乱处理以加强水印的安全性，最后设计了1种水印嵌入与提取方案，并在此基础上设计1个水印图像和宿主图像都采用灰度图像的数字水印实验子系统。该系统主要完成灰度水印嵌入、灰度水印提取及灰度水印鲁棒性检测等实验。关键词：数字水印；图像置乱；离散小波变换；实验 Design and realization of digital watermark synthetic experiment system-----embedding and extracting of gray-scale image watermark Abstract: With the advent of the rapidly development of computer and network technology, many media, such as digital image, audio or video etc, need an effective solution urgently. Digital watermarking is a vital technology to solve foregoing problems. In order to let more people to master this technology rapidly, a perfect solution is to design a digital watermark synthetic experiment system. This thesis first introduce the theory, characteristic and application of digital watermarking, then present how to disorder the gray-scale image watermark using Josephus disorder algorithm for enhancing the security of watermark. At last this thesis brings forward a solution of watermarking embedding and extracting and designs a digital watermark experiment subsystem, in which both watermark image and host image are gray-scale image. This subsystem mainly realizes three experimentations: gray-scale watermark embedding, gray-scale
数字水印技术及其应用 引言 随着计算机通信技术的迅速发展，多媒体存储和传输技术的进步使存储和传输数字化信息成为可能，然而，这也使盗版者能以低廉的成本复制及传播未经授权的数字产品内容，出于对利益的考虑，数字产品的版权所有者迫切需要解决知识产权（Intellectual Property Rights）的保护问题。密码学的加解密技术是保护数字产品的一种方法，它能够保护数字产品安全传输，并可作为存取控制和征收费用的手段，但它不能保证数字产品解密后的盗版问题，因此，1995年，人们提出了信息伪装技术，其中，数字水印就是近年来比较热门的数字产权保护技术，下面我们主要谈谈数字水印技术的有关问题。 数字水印的定义 综合众多学者的定义和分析已有的数字水印方案，现给出数字水印的定义：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，而且并不影响宿主数据的可用性。作为数字水印技术基本上应当满足下面几个方面的要求：（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，当宿主内容发生变法时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；（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；（3）稳健性：数字水印必须难以被除去，如果只知道部分数字水印信息，那么试图除去或破坏数字水印将导致严重降质或不可用。同时，数字水印在一般信号处理和几何变换中应具有稳健性；（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。 3 数字水印技术的基本原理 数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容中，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密（包括公开密钥、私有密钥）体系来加强，在水印的嵌入，提取时采用一种密钥，甚至几种密钥的联合使用。水印的嵌入和提取方法如图1、图2所示： 图1 数字水印嵌入过程
目录 摘要 (Ⅲ) Abstract (Ⅴ) 第1章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2本文研究的目的及意义 (2) 1.3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 (5) 2.1 数字水印的基本概念 (5) 2.2 数字水印的基本特征 (5) 2.3 数字水印的基本原理 (5) 2.4 数字水印的分类 (8) 2.5 数字水印典型算法（针对图像领域） (10) 2.6 数字水印的鲁棒性问题和攻击行为 (12) 2.7 数字水印应用领域 (13) 第3章小波分析理论基础 (17) 3.1小波分析的发展历程 (17) 3.2小波函数与小波变换 (18) 3.3离散小波变换 (20) 3.4 多分辨率分析 (22) 3.5实验环境：可实现数字水印技术的高效实用工具——Matlab (24) 第4章基于小波变换的数字水印算法 (25) 4.1算法描述 (25) 4.2实验结果及分析 (28) 4.3 本章小结 (36) 参考文献 (37) 致谢 (39) 附录 (41)
基于小波变换的数字水印算法研究 摘要 数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向，是一个在开放的网络环境下，保护版权和认证来源及完整性的新型技术。 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：数字水印，小波变换，鲁棒性，不可见性，JPEG压缩
计算机科学与技术学院信科专业综合实践设计报告 专业：电子信息科学与技术 班级：信科07-4班 设计题目： VC实现数字水印的加入与提取 成员：姚万华 指导教师： 2010年10月14日
课程设计指导教师评阅书 指导教师评语： 成绩：指导教师签字： 年月日
【摘要】： 当前，数字图像技术的主要研究热点之一是数字水印的应用。本文介绍了ＬＳＢ算法的思想，利用 VC技术对数字图像水印LSB算法进行实现，并总结LSB算法的利弊，提出了可行的改进措施。 关键词：VC；图像处理；数字水印；LSB算法
一、前言 (9) 1.1背景 (10) 1.2数字水印的现状 (11) 2.3数字水印的应用 (12) 二、数字水印技术 (14) 2.1数字水印的起源、概念和基本原理 (14) 2.2数字水印的嵌入和提取 (15) 三、数字水印的典型算法 (16) 3.1最低有效位算法（LSB） (16) 3.2 Patchwork 算法 (16) 3.3纹理块映射编码 (16) 3.4 其他 (17) 四、LSB算法的VC实现 (17) 五、实验体会 (21) 参考书目： (21) 附录1：算法设计说明书 (21) 附录二：主要原程序 (23)
一、前言
1.1背景 随着网络通信的普及，许多传统媒体内容都向数字化转变，并且在电子商务中即将占据巨大的市场份额，如mP3的网上销售，数字影院的大力推行，网上图片、电子书籍销售等等。在无线领域，随着移动网络由第二代到第三代的演变，移动用户将能方便快速的访问因特网上数字媒体内容，基于有线或无线网络的数字媒体内容的影院即将是信息时代新的趋势。但是，数字媒体内容的安全问题恰恰制约着信息化进程，虽然成熟的密码学可以解决安全传递和访问控制，但是一旦解密后，数字媒体内容便可以随意的被拷贝、传播，它给媒体内容制造商造成了巨大的损失;同时，密文信息的传递也容易引起攻击者的注意。因此如何安全的传送信息就成了其中的关键，数字水印技术就成为开启这一难点的钥匙。 数字水印(digital water marking)是实现版权保护的有效办法，已成为多媒体信息安全研究领域的一个热点，也是信息隐藏技术研究领域的重要分支。它通过在原始数据中嵌入秘密信息—水印(water mark)来证实该数据的所有权。被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等。水印通常是不可见的或不可察的，它与原始数据(如图像、音频、视频数据等)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。 数字水印技术除具备信息隐藏技术的一般特点外，还有着其固有的特点和研究方法。例如，从信息安全的保密角度而言，隐藏的信息如果被破坏掉，系统可以视为安全的，因为秘密信息并未泄露;但是，在数字水印系统中，隐藏信息的丢失意味着版权信息的丢失，从而失去了版权保护的功能，这一系统就是失败的。因此数字水印技术必须具有以下特性:安全性(嵌入在宿主数据中的水印是不可删除的，且能够提供完全的版权证据)、鲁棒性(水印对有意或无意的图像操作与失真具有一定的抵抗力)以及不可觉察性(水印对人的感觉器官应是不可觉察的，或者说是透明的)。水印算法识别被嵌入到保护对象中的所有者的有关信息(如注册的用户号码、产品标志或有意义的文字等)，并能在需要的时候将其提取出来。水印可以用来判别对象是否受到保护，并能够监视被保护数据的传播、真伪鉴别以及非法拷贝控制等，这实际上是发展数字水印的基本动力。尽管版权保护是发展数字水印最重要的源动力，事实上人们还发现数字水印在真伪鉴别、隐藏通信、
信息隐藏技术教学大纲 课程代码：08 课程负责人：王丽娜 课程中文名称:信息隐藏技术 课程英文名称：Information Hiding Technology 课程类别：选修 课程学分数：2 课程学时数：36 授课对象：信息安全及相关专业本科 本课程的前导课程：高级语言程序设计、信息安全数学基础、通信原理 本课程的后续课程： 一、教学目的 本课程是信息安全专业的专业课。开设本课程的目的是使学生了解并掌握信息隐藏所涉及的基本理论和方法，具备信息隐藏和数字水印的基本能力。 二、教学要求 主要内容： 1、信息隐藏技术概论 2、隐秘技术与分析 3、数字图像水印原理与技术 4、基于混沌特性的小波数字水印算法C-SVD 5、一种基于混沌和细胞自动机的数字水印结构 6、数字指纹 7、数字水印的攻击方法、策略 8、数字水印的评价理论和测试基准 9、数字水印应用协议 10、软件水印 11、数字权益管理 基本要求： 通过对本课程的学习，对信息隐藏和数字水印所涉及的基本理论和方法有初步了解，熟悉和掌握几种主要的信息隐藏和数字水印方法与技术。 学时分配：
20学时。 有实验，另出 三、教材及主要教学参考用书 1、《信息隐藏技术与应用》，王丽娜、张焕国，武汉大学出版社，2006.8。 2、《信息隐藏技术——方法和应用》，汪小帆、戴跃伟、茅耀斌机械出版社，2001年（第1版）。 3、吴秋新等译，Stefan Katzenbeisser, Fabien A.P. Petitcolas Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking，2001年9月（第1版）。 4、《信息隐藏技术及应用》，刘振华、尹萍编，科学出版社，2002年2月（第1版）。 大纲执笔者：王丽娜 大纲审定者：
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