数字水印的设计与实现

湖南涉外经济学院毕业设计（论文）题目DWT域数字图像水印技术的研究与实现作者学部电气与信息工程学部专业通信工程学号指导教师黄彩云二〇一一年五月十日湖南涉外经济学院毕业设计（论文）任务书电气与信息工程学部通信工程系系（教研室）主任:（签名） 2010 年 12 月 18 日学生姓名: 学号: 专业: 通信工程1 设计（论文）题目及专题： DWT域数字图像水印技术的研究与实现2 学生设计（论文）时间：自 2011 年 1 月 8 日开始至 2011 年 4 月 25 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：[1] 陈武凡.小波分析及其在图像处理中的应用[J].科学出版社,2002, [2] 何东健.数字图像处理[J].西安电子科技大学出版社,2003，[3] 陈书海，傅录祥.实用数字图像处理[J].科学出版社,2005. [4] 陈桂明.应用MATLAB语言处理数字信号与数字图像[J].北京科学出版社,2000. [5] 汪小帆,戴跃伟,茅耀斌.信息隐藏技术方法与应用[J].北京机械工业出版社,2001.4 设计（论文）应完成的主要内容：就对目前数字水印技术的发展状况，包括数字水印的基本特征及分类，数字水印处理系统的基本框架以及目前的一些主要算法进行了论述。

最后围绕数字水印的两个最重要的特点——隐蔽性和鲁棒性进行考虑，设计并实现了一个完整的水印系统。

5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：(1) 撰写设计报告；(2) 设计报告要求字数达2万字，提供电子版和文字版；(3) 设计报告包括目录、中英文摘要、关键词、方案选择及确定、技术要求、设计过程及参数计算、软件流程图及源程序、调试方法及步骤、小结等；(4) 提供电路原理图，要求用A0或A1图纸描绘。

6 发题时间： 2010 年 12 月 18 日指导教师：（签名）学生：（签名）湖南涉外经济学院毕业设计（论文）指导人评语[主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价]指导人：（签名）年月日指导人评定成绩：毕业设计（论文）评阅人评语[主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价]评阅人：（签名）年月日评阅人评定成绩：毕业设计（论文）答辩记录日期：学生：江堃学号： 200703402205 班级：通信工程0702 题目：DWT域数字图像水印技术的研究与实现提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价]答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：摘要随着计算网络和多媒体技术的快速发展，特别是Internet的普及，信息安全问题日益突出。

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。

第 22卷第 11期2023年 11月Vol.22 No.11Nov.2023软件导刊Software Guide基于Linux系统的地理信息数字水印系统设计与实现邹秀珍1，胡宇宸2，朱长青2（1.南京吉印信息科技有限公司，江苏南京 210013；2.南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏南京 210097）摘要：地理信息作为国家基础建设的关键数据，对其进行版权保护的重要性不言而喻。

然而，现有地理信息数字水印系统均基于Windows系统进行开发，无法实现软件的自主可控及满足在Linux操作系统上实现地理信息版权保护的需求。

因此，基于开源的地理空间数据抽象库（GDAL），采用Java语言、Swing框架开发了适用于Linux系统的地理信息数字水印系统，并从系统设计、关键技术、系统实现等方面介绍系统及其实现细节。

该系统由水印嵌入、水印检测、日志管理、权限管理4个部分组成，针对不同的地理信息数据格式分别设计了数字水印算法，在实现过程中解决了读写ESRI FileGeodataBase（FileGDB）数据的问题。

实验表明，该系统的不可感知性强、算法鲁棒性较高，可抵抗常见的攻击，弥补了当前地理信息版权保护软件在Linux系统中的空白，真正实现了GIS软件的自主可控，为推动GIS软件国产化作出了积极贡献。

关键词：版权保护；地理信息；数字水印；软件设计；Linux操作系统DOI：10.11907/rjdk.231737开放科学（资源服务）标识码（OSID）：中图分类号：TP316.81 文献标识码：A文章编号：1672-7800（2023）011-0009-09Design and Implementation of Digital Watermarking System for GeographicInformation Based on Linux SystemZOU Xiuzhen1， HU Yuchen2， ZHU Changqing2（1.Nanjing Geomarking Information Technology Co.，Ltd， Nanjing 210013， China；2.Key Laboratory of Virtual Geographic Environment of Ministry of Education， Nanjing Normal University， Nanjing 210097， China）Abstract：As the key data of national infrastructure， the importance of copyright protection of geographic information is self-evident. Howev‑er， the existing digital watermarking systems for geographic information are all developed based on Windows operating system， which cannot realize the independent control of the software and meet the demand of copyright protection of geographic information on Linux operating sys‑tem. Therefore， based on the open-source Geospatial Data Abstraction Library （GDAL）， this paper develops a geographic information digital watermarking system for Linux operating system by using Java language and Swing framework， and introduces the system and its implementa‑tion details from the aspects of system design， key technologies， system implementation， etc. . The system consists of four parts： watermark embedding， watermark detection， log management， and permission management， and it designs digital watermarking algorithms for different geographic information data formats and solves the problem of reading and writing data in ESRI FileGeodataBase （FileGDB） in the process of implementation. The experimental results show that the system is imperceptible and the algorithm is robust against common attacks. The imple‑mentation of this system makes up for the blank of the current geographic information copyright protection software in Linux system， truly real‑izes the autonomy and control of GIS software， and makes a positive contribution to promoting the localization of GIS software.Key Words：copyright protection； geographic information； digital watermarking； software design； Linux operating systems收稿日期：2023-07-10基金项目：国家自然科学基金项目（42071362）；国家重点研发计划项目（2022YFC3803600）作者简介：邹秀珍（1988-），男，硕士，南京吉印信息科技有限公司工程师，研究方向为地理空间数据安全；胡宇宸（1999-），男，南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室硕士研究生，研究方向为地理空间数据安全；朱长青（1962-），男，博士，南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室教授、博士生导师，研究方向为空间数据安全、空间数据不确定性等。

目录1.数字水印技术的概述 (2)1.1数字水印的概述 (2)1.2数字水印的典型算法 (3)2.可实现数字水印技术的实用工具——Matlab (4)2.1概述 (4)2.2算法中常用的Matlab函数介绍 (5)3.离散余弦变换（DCT）算法及水印实现 (6)3.1DCT变换公式 (6)3.2二维DCT的性质 (7)3.3DCT变换水印的实现 (8)3.4离散余弦变换水印提取算法 (10)4.数字水印的性能评估和攻击 (14)4.1数字水印的性能评估和基准 (14)4.2图像水印的攻击 (16)4.3DCT算法水印实现的攻击实验 (16)5.总结 (19)1.数字水印技术的概述1.1数字水印的概述伴随着计算机网络的发展，信息媒体的数字化为信息的存取提供了巨大的便利，显著提高了信息表达的效率和准确性。

但是同时也带来了一些负面影响,一些别有企图的个人和团体在没有得到原作者的同意的情况下复制和传播有版权的数据文件或作品。

所以，数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证等问题变得日益突出，变成一个急需解决的议题。

密码技术是信息安全技术领域的主要传统技术之一，但是此方法有缺点：一是加密后的文件因不可理解性从而妨碍信息的传播。

二是一旦被解密后，文件就不再受保护。

所以，需要一种代替技术或者是对密码学进行补充的技术，这时，数字水印技术便被提出了。

数字水印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数据完整性的新型技术，原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，从而使人们无法从表面上感知水印，只有专用的检测器或软件才可以检测出隐藏的数字水印。

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。

数字水印技术基本特征主要有：鲁棒性、不可见性、不可检测性、自恢复性。

数字水印的主要应用领域有版权保护、盗版跟踪、图像认证、票据防伪、标题与注释、拷贝保护。

数字水印按特性划分分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印；按水印所附载的媒体划分分为图像水印、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；按检测过程划分分为明文水印和盲水印；按内容划分分为有意义水印和无意义水印；按用途划分分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印；按水印隐藏的位置划分分为时（空）域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印。

基于Matlab的数字水印设计――基于DCT域的水印实现沈阳理工大学数字图像处理课程设计摘要数字水印（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；DCTI沈阳理工大学数字图像处理课程设计目录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)II沈阳理工大学数字图像处理课程设计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。

课程设计任务书学生姓名：蒋立豪专业班级：通信1303班指导教师：李瑞芳工作单位：信息工程学院题目: 数字水印算法设计初始条件：设计任务：学习掌握一种数字水印算法，选择两幅图像分别作为版权图像和水印图像，采用水印嵌入算法成生含水印图像。

采用水印提取算法，提取出嵌入水印。

并对水印算法的鲁棒性进行测试。

（1）掌握一种数字水印的嵌入与提取算法原理；（2）编写出水印嵌入算法的matlab程序，并给出水印嵌入前后的版权图像，并对嵌入效果进行分析说明；（3）编写出水印提取算法matlab程序，并给出水印原图和提取出的水印图像，并对水印的提取效果进行分析说明；（4）进行水印的抗攻击实验，噪声攻击，剪切攻击，缩放攻击，压缩攻击等。

测定提取前后水印的峰值信噪比(PSNR)和相关性(NC)；时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要 (I)Abstract (II)1 MATLAB概述 (1)1.1 MATLAB的优点 (1)2 数字水印概述 (2)2.1 数字水印技术的应用领域 (2)2.2 数字水印的基本特点 (4)2.3 数字水印的分类 (5)2.4 数字水印技术的研究动态 (7)3 典型的数字水印算法 (8)3.1 空域算法 (8)3.2 变换域算法 (8)3.3 压缩域算法 (10)3.4 NEC算法 (11)3.5 生理模型算法 (11)4 DCT算法的概述 (12)4.1. 离散余弦变换(DCT)的定义 (12)4.2 离散余弦变换(DCT)水印嵌入算法 (14)4.3 离散余弦变换(DCT)水印提取算法 (14)4.4 离散余弦变换(DCT)水印算法原理框图 (14)5 抗攻击实验 (16)5.1 水印嵌入和提取 (16)5.2 抗攻击实验 (19)5.2.1 噪声攻击 (20)5.2.2 滤波攻击 (21)5.2.3 压缩攻击 (22)5.2.4 剪切攻击 (23)5.2.5 旋转攻击 (24)6 小结与体会 (26)参考文献 (27)附录 (28)随着计算机通信技术和互联网的迅速发展，数字多媒体的传播业越来越方便快捷。

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。

数字水印的原理与应用介绍数字水印是一种嵌入在数字媒体中的不可见信息。

它可以用来保护版权、防止盗版，以及提供追踪和识别功能。

数字水印可以嵌入在图像、音频和视频等媒体中，并且无法被察觉到，只有特定的解码器才能提取出嵌入的信息。

原理数字水印的核心原理是利用人类对媒体的感知有限性，隐藏额外的信息。

一般来说，数字水印的嵌入过程包括以下几个步骤：1.特征提取：根据媒体的特性，提取出一些不易察觉的特征，如图像的颜色、音频的频谱等。

2.信息嵌入：将需要隐藏的信息嵌入到媒体的特定位置，如图像的像素值、音频的频域等。

3.传输和存储：将嵌入了水印的媒体传输或存储起来。

4.解码：在需要提取出水印信息的时候，使用特定的解码器进行解码，提取出隐藏的信息。

应用数字水印的应用非常广泛，以下列举了几个常见的应用场景：1. 版权保护数字水印可以用来保护数字媒体的版权。

通过在媒体中嵌入唯一的标识信息，可以防止盗版和非法传播，一旦发现侵权行为，可以通过解码水印来追踪侵权者。

2. 防伪认证数字水印可以用来对产品进行防伪认证。

在产品的包装或标签上嵌入水印信息，消费者可以使用特定的解码器来验证产品的真伪，防止购买到假冒产品。

3. 隐私保护数字水印可以用来保护个人隐私。

在个人照片或视频中嵌入水印信息，可以在需要的时候进行身份验证或追踪，防止不当使用。

4. 数据完整性验证数字水印还可以用来验证数据的完整性。

在数据传输过程中，可以嵌入水印信息来检测数据是否被篡改或损坏。

优势和局限性数字水印相比传统的物理水印具有以下优势：•不可见性：数字水印是不可见的，不会对原始媒体造成视觉或听觉上的影响。

•鲁棒性：数字水印对一定程度的变形、压缩和加噪声等操作有一定的鲁棒性，在嵌入信息之后仍然可以提取出水印信息。

•可扩展性：在数字水印的嵌入过程中，可以灵活控制嵌入的信息量和嵌入的位置。

然而，数字水印也存在一些局限性：•容量限制：由于数字媒体的特性和人类感知的有限性，数字水印的容量是有限的。