基于离散余弦变换的数字图像水印算法及其MATLAB实现

论文独创性声明本人所呈交的论文,是指导教师的指导下,独立进行研究和开发工作所取得的成果。

除文中已特别加以注明引用的内容外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担.特此声明。

论文作者（签名)：20 年月日摘要随着计算机网络的迅速发展,包括数字图像在内的数字媒体得到了广泛的应用,数字媒体的数据逐渐成为人们获取信息的重要来源，但随之而来出现了一系列如随意复制、编辑、非法传播数字图像的信息安全问题,数字媒体的版权保护问题变的日益突出,数字图像水印技术由此应用而生，已成为信息安全领域的一个研究热点.本文比较系统地研究了数字水印技术在静止图像中的应用问题。

首先介绍了数字水印技术的发展背景，然后对数字水印的原理、特点、分类、典型算法、应用领域以及评价标准等等进行了简要的分析。

其次，本文主要是针对目前现有数字图像水印算法实现过程比较复杂，其中重点讨论关于DCT的数字图像水印技术的嵌入，提取和水印的攻击测试等.最后对数字图像水印的特征进行分析总结。

最终通过Matlab这一工具来实现其具体的过程.通过实验对比分析得到该种算法具有一定的可行性以及较好的鲁棒性。

关键词：数字图像水印，信息安全，DCT算法,Matlab.AbstractWith the rapid development of computer network，digital media, including digital image has been widely used，digital media data gradually become an important source of obtaining information，but there's a series of such as free to copy, edit，illegal dissemination of digital image information security，copyright protection of digital media has become increasingly outstanding, digital image watermarking technology and the application, has become a research hotspot in the field of information security。

湛江师范学院本科毕业论文（设计）开题报告论文题目数字水印技术的matlab实现二级学院专业年级开题日期学号姓名指导教师1.本课题研究意义：数字水印是近年来出现的数字产品版权保护技术。

可以标识作者、所有者、使用者等，并携带有版权保护信息和认证信息，目的是鉴别出非法复制和盗用的数字产品，作为密码学的加密和置乱技术的补充，保护数字产品的合法拷贝和传输。

随着网络信息化进程的加速，对数字产品版权保护技术的要求日益迫切。

因此，数字水印一经提出就成为热点问题，出现了许多数字水印方案，也有许多公司已推出了数字水印的产品。

但总的来说，数字水印的研究要以计算机科学、密码学、通讯理论、算法设计和信号处理等领域的理论为基础的。

然而数字水印技术涉及到大量图像处理算法、数学计算工具等，用普通编程工具实现上述算法将要花费大量的时间。

MATLAB语言是MathWorks公司推出的一种简单、高效、功能极强的高级语言，具有高性能数值计算能力和可视化计算环境。

因此本文基于典型的DCT（离散余弦变换）数字水印算法过程，详细介绍用MATLAB实现数字水印的嵌入、提取和攻击测试的方法。

2.研究内容：从信号处理的角度看，在载体图像中嵌入数字水印可以视为在强背景（即原始图像）下叠加一个视觉上看不到的弱信号（水印），由于人的视觉系统（Human Visual System，HVS）分辨率受到一定的限制，只要叠加信号的幅度低于HVS的对比度门限，HVS就无法感觉到信号的存在，因此，通过对载体对象作一定的调整，就有可能在不引起人感知的情况下嵌入一些信息。

一.数字水印的嵌入二.水印的提取与检测在某些水印系统中，水印可以被精确地提取出来，这一过程被称作水印提取。

例如在完整性确认的应用中，必须能够精确地提取出嵌入的水印，并且通过水印的完整性来确认多媒体数据的完整性。

如果提取出的水印发生了部分的变化，最好还能够通过变化的水印的位置来确定原始数据被篡改的位置。

基于离散余弦变换的数字图像水印技术研究作者：黄俊霞来源：《计算机光盘软件与应用》2013年第24期摘要：数字水印是一种全新的数字产品保护技术，是信息隐藏技术的一种，这种技术将数字水印嵌到各种数字产品中，最终达到保护信息安全的目的。

数字图像水印算法分空域和变换域，其中变换域具有更好的视觉效果和鲁棒性，其中基于离散余弦变换（DCT for Discrete Cosine Transform）的数字图像水印算法就是最常用一种，它具有鲁棒性强、隐蔽性好的特点。

该系统是一种对原始图像作分块DCT变换后选取直流分量嵌入水印和提取水印的算法，利用离散余弦变换嵌入的数字图像水印具有感官上的不可见性，并且原图像信息丢失量少，根据离散余弦变换抗几何变换的性质，使水印图像能够抵抗噪声和剪切等一系列攻击。

关键词：DCT；数字图像水印；离散余弦；鲁棒性中图分类号：TP3091 数字水印技术研究的意义由于科学技术的发展，很多的数字化产品易于加工，非法的复制和拷贝也比较容易，这样严重损坏了数字产品的完整性以及数字产品作者的版权。

为了解决这一问题，因而提出了数字水印技术。

数字水印技术，从1993年Caronni正式提出数字水印到现在，无论国内还是国外对数字水印的研究都引起了人们的关注。

在国外方面，由于有大公司的介入和美国军方及财政部的支持，虽然在数字水印方面的研究刚起步不久，但该技术研究的发展速度非常快。

1998年以来，《IEEE图像处理》、《IEEE会报》、《IEEE通信选题》、《IEEE消费电子学》等许多国际重要期刊都组织了数字水印的技术专刊或专题新闻报道，SPIE和IEEE的一些重要国际会议也开辟了相关的专题。

IBM公司、日立公司、NEC公司、Pioneer电子公司和Sony公司等五家公司还宣布联合研究基于信息隐藏的电子水印。

国内方面，我国的数字水印技术，也已经取得了一定的研究成果，而且从学术领域的研究成果来看，我国的研究与世界水平相差的并不远，并且有自己的独特研究思路。

基于离散小波变换的遥感影像数字水印的实现蒋文娟;徐冬;蒙斌【期刊名称】《电脑知识与技术》【年(卷),期】2015(011)003【摘要】Digital Watermark technology is the most active topics in protection of digital information. In this paper, Discrete Wave-let Transform(DWT) is applied in a remote sensing image, and the embedding-watermark and extracted-watermark algorithms on the remote sensing image are simulated based on MATLAB. Some familiar attack tests are applied in the image that have embed-ded watermark, and the results are analyzed. Experiments have shown that the DWT algorithm proposed in this paper has good in-visibility. And it has a certain robustness against impulse noise, etc.%数字水印技术是数字信息版权保护领域的一个热点.该文将离散小波变换应用于遥感影像,并基于MATLAB仿真实现了在遥感影像中的水印嵌入提取.进行了几种常见的攻击测试,并对实验结果进行了分析.实验证明离散小波变换算法实现的数字水印具有不可见性,对椒盐噪声等攻击具有一定的鲁棒性.【总页数】3页(P185-186,213)【作者】蒋文娟;徐冬;蒙斌【作者单位】海南师范大学信息科学技术学院,海南海口571158;海南师范大学信息科学技术学院,海南海口571158;海南基础地理信息中心,海南海口570203【正文语种】中文【中图分类】TP18【相关文献】1.基于低频子带离散小波变换的数字水印技术 [J], 梁艳招2.基于离散小波变换的彩色图像数字水印分析 [J], 陈艳丽;王海涛;王娟3.基于离散小波变换的音频信号数字水印技术研究 [J], 赵翠4.基于分数阶离散小波变换的数字水印算法 [J], 刘玮5.一种高效的基于离散小波变换和最低有效位的数字水印技术 [J], 陈慧;龙飞;段智云因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

摘要：数字水印技术作为数字媒体版权保护的有效办法，近年来在国内外引起了人们极大的兴趣。

但是由于数字水印技术涉及到的知识面比较广，即使是专业人员有时也感到力不从心，那么如何选择一种有效的编程工具便成为一个亟待解决的问题。

本文从数字水印技术本身的特点、一般模型和典型算法出发，简要地介绍了一种可以快速上手的高效的实用语言——Matlab。

最后,作者给出一个用Matlab实现数字水印实例。

关键词：数字水印Matlab Visual C++6.0 DWT DCT1 引言作为传统加密系统的有效补充办法，从1993年Caronni正式提出数字水印到现在短短几年里，无论是在国内还是在国外对数字水印的研究都引起了人们极大的关注。

但数字水印技术的发展还很不成熟，应用也处于初级阶段。

在我国，知识产权问题是一个敏感的话题，只有深入开展数字水印技术的研究，尽快制定我国的版权保护水印标准，才能使我们在未来可能的国际知识产权纠纷中取得主动权。

那么掌握高效的工具，便成为一个必须解决的问题。

本文就针对数字水印本身的特点，介绍了一种高效的实用工具——MATLAB。

2 数字水印技术2.1 数字水印技术的复杂性数字水印技术涉及到通信理论、编码理论、噪声理论、视听觉感知理论、扩频技术（Spre ad Spectrum）、信号处理(Signal Processing ) 技术、数字图像处理(Digital Image Processing)技术、多媒体(Multimedia)技术、模式识别(Pattern Reorganization)技术、算法设计(Algorithm Design)等理论，用到经典的DFT（Discrete Fourier Transf orm）、DCT(Discrete Cosine Transform)变换和近代最先进的数学工具----小波(Wa velet)。

数字水印又是一个横跨计算机科学、生理学、密码学、数字、数字通信等多门学科，并与I nternet的发展密切相关的交叉科学。

基于Matlab 的数字图像水印技术**********摘要：数字水印技术涉及到许多图像处理算法以及数学计算工具等，如果用普通编程工具实现上述算法，需要要花费大量的时间，MathWorks公司推出的一种简单、高效、功能极强的高级语言——MATLAB语言，它具有高性能数值计算能力，可视化计算环境。

只需短短的几行代码就可在MATLAB中解决许多复杂的计算问题。

关键字：图像处理，数字水印， MATLAB0 引言随着Internet的普及，信息的安全保护问题越来越备受关注。

如何有效地防止数据的非法复制以及鉴别数字媒体的知识产权，成为急需解决的问题。

Caronni在1993年提出了数字水印，并将其应用于数字图像，后来，将数字水印的概念扩展到电视图像等领域，数字水印技术是一种版权保护的重要手段，得到了广泛的研究和应用。

本文简要介绍一下基于Matlab的数字图像水印技术。

介绍数字水印的原理以及使用方法，探索了基于离散余弦变换(DCT)的数字图像水印算法，并借助MATLAB，实现数字水印的嵌入、提取以及攻击测试。

1 数字水印技术1.1 数字水印数字水印（Digital Watermarking）技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体当中，例如包括多媒体、文档、软件等，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统，如视觉或听觉系统觉察到。

通过这些隐藏在载体中的信息，可以确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等。

数字水印是信息隐藏技术的重要研究方向之一。

从信号处理的角度看，在载体图像中嵌入数字水印，可以视为在强背景(即原始公开图像)下叠加一个视觉上看不到的弱信号(即水印图像)，由于人的视觉系统(Human VisualSystem，HVS)[1]分辨率受到一定的限制，只要保证叠加信号的幅度低于HVS的对比度门限，HVS就感觉不到信号的存在，因此，通过对载体对象作一定的调整变换，就有可能在不引起人感知的情况下嵌入一些信息。

论文所属栏目：可信计算与信息安全基于离散余弦变换的数字水印算法摘要：针对数字产品的版权保护问题，提出了一种基于离散余弦变换的数字水印算法；通过对水印攻击原理的分析，提出了由认证中心分密钥和作者分密钥组成的水印密钥生成方案，较好地解决了水印在抵抗解释攻击方面问题，提高了水印信息的安全性。

实验结果表明该算法不仅具有良好的不可见性，而且对JPEG压缩、高斯噪声和图像剪切等攻击有理想的鲁棒性。

中图法分类号：TP309 文献标识码：A关键词：信息隐藏；离散余弦变换；数字水印；版权保护；解释攻击Digital Watermarking Algorithm Based On DCTAbstract: An Digital watermarking algorithm based on DCT is proposed about copyright protection of the digital products，An key producing scheme is proposed by attestation center key and author key after analying the principle of watermarking attack , it can solve the explanation attack well and improve the watermarking security. The experiment results show that watermarking embeded by the algorithm is invisible and robust enough to JPEG compressing, Gause noise and the explanation attack, and so on.Key words: information hiding; DCT; digital watermarking; copyright protection; explanation attack0 引言1993年，A．Z．Tirkel等人在“Electronic water marking”一文中首次使用了“Water marking”(数字水印)这一术语至今，国内外许多专家学者在此领域中已取得了丰富的研究成果，并成为国际学术界研究的一个前沿热门领域[1-2]。

摘要数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理地方法在数字化地多媒体数据中嵌入隐蔽地标记，这种标记通常是不可见地，只有通过专用地检测器或阅读器才能提取.数字水印是信息隐藏技术地一个重要研究方向.随着数字水印技术地发展，数字水印地应用领域也得到了扩展，数字水印地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，潜在地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地广播服务.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地检索等领域得到应用.数字水印地认证方面主要ID卡、信用卡、A TM卡等上面数字水印地安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛地应用.本文主要是根据所学地数字图象处理知识，在MA TLAB环境下，通过系统编程地方式，建立并实现基于DCT域地数字水印加密系统.该系统主要包含数字水印地嵌入与提取，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地技术保障.关键词：数字水印；MA TLAB；DCT目录1 课程设计目地 (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 实际需要考虑地问题 (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彩色图像三个矩阵地划分 (8)4.2.2 八色彩色水印 (8)4.3 水印地提取 (9)4.4 仿真程序 (9)5 结果分析 (14)结束语 (16)参考文献 (17)1 课程设计目地数字水印技术是用信号处理地方法在数字化地多媒体数据中嵌入隐蔽地标记，这种标记通常是不可见地，只有通过专用地检测器或阅读器才能提取.数字水印是信息隐藏技术地一个重要研究方向.在数字水印技术中，水印地数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾.从主观上讲，理想地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地应用，因为实际应用一般只偏重其中地一个方面.如果是为了隐蔽通信，数据量显然是最重要地，由于通信方式极为隐蔽，遭遇敌方篡改攻击地可能性很小，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，各种保密地数据随时面临着被盗取和篡改地危险，所以鲁棒性是十分重要地，此时，隐藏数据量地要求居于次要地位.数字水印技术是通过一定地算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容当中，但不影响原内容地价值和使用，并且不能被人地知觉系统觉察或注意到.水印信息可以是作者地序列号、公司标志、有特殊意义地文本等，可用来识别文件、图像或音乐制品地来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品地拥有权.与加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动地发生，但它可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据地传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据.总地来说，数字水印可以携带有版权保护信息和认证信息，保护数字产品地合法拷贝和传播.2 课程设计要求利用所学地数字图像处理技术，建立并实现基于DCT地数字水印加密系统，利用MATLAB软件系统来实现水印地嵌入和提取，并对算法地不可见性、鲁棒性进行测试.具体要求：（1）熟悉和掌握MA TLAB程序设计方法；（2）学习和熟悉MA TLAB图像处理工具箱；（3）学会运用MA TLAB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地嵌入和提取；（6）在程序开发时，清楚主要实现函数目地和作用，需要在程序书写时做适当注释说明，理解每一句函数地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，运行结果以图片地形式粘贴到报告中.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：水印地生成、水印地嵌入和水印地提取或检测.数字水印地嵌入和提取地一般过程基本框架如图3.1，图3.2所示.图3.1 水印嵌入地一般过程基本框架图3.2 水印检测地一般过程基本框架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地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，常用地变换一般有DWT、DCT、DFT、WP和分形.然后，对加入了水印信息地信号进行频域反变换（IDWT、IDCT、DFT、WP），得到含有水印信息地信号.频域法检测水印地原理是将原始信号与待检测信号同时进行变换域变换，比较两者地区别，进行嵌入水印地逆运算，得出水印信息.如果是可读地水印，那么就此结束，如果是不可读水印，如高斯噪声，就将得出地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，故水印地检测有两个结束点.频域法有以下优点：嵌入地水印信号能量可以分布到空域地所有像素上，有利于保证水印地不可见性；视觉系统（HVS）地某些特性（如频率地掩蔽特性）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，从而实现在压缩域（compressed domain）内地水印编码.3.2.1 DCT法对原始信号做DCT地算法：Cox和Piva等人提出地DCT技术地经典之作.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。

基于离散小波变换的彩色图像水印算法及其MATLAB实现蔺鹏;张永
【期刊名称】《兰州工业学院学报》
【年(卷),期】2005(012)001
【摘要】介绍了数字水印技术实现的一般原理,提出了一种基于DWT(离散小波变换)的彩色图像数字水印算法.通过MATLAB仿真结果表明,利用该算法嵌入的水印具有信息量大、不可见性好等优点.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】蔺鹏;张永
【作者单位】兰州理工大学,计算机与通信学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,计算机与通信学院,甘肃,兰州,730050
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于离散小波变换和奇异值分解的彩色图像水印算法 [J], 祁清
2.基于DCT量化的彩色图像盲水印算法及其MATLAB实现 [J], 赵杰
3.一种基于离散小波变换和HVS的彩色图像数字水印算法 [J], 江波;李峰
4.基于提升小波变换和离散余弦变换的彩色图像水印算法 [J], 刘颖; 徐伟; 朱婷鸽
5.基于离散小波变换和离散余弦变换的彩色图像水印算法 [J], 赵瑶瑶;李万社
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基于离散余弦变换的数字水印图象
丁玮;齐东旭
【期刊名称】《北方工业大学学报》
【年(卷),期】1999(011)003
【摘要】从离散余弦变换出发，提出了一种图象中植入数字水印的方法。

此方法与ＪＰＥＧ，ＭＰＥＧ图象数据压缩标准算法相一致，不仅可方便地实现水印的图象植入，而且在ＪＥＰＧ，ＭＰＥＧ压缩之下，可取得高质量图象效果，并在很大程度上解决了由于图象能量损失导致的数字水印丢失问题。

【总页数】5页(P71-75)
【作者】丁玮;齐东旭
【作者单位】中国科学院计算技术研究所CAD开放研究实验室;北方工业大学CAD研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.8
【相关文献】
1.基于离散余弦变换的数字水印技术研究 [J], 玄宇;陈欣欣;牟歌;李亚
2.一种改进的基于离散余弦变换的数字水印算法 [J], 卢洲;胡平;
3.一种改进的基于离散余弦变换的数字水印算法 [J], 卢洲;胡平
4.基于离散余弦变换的视频数字水印算法研究 [J], 贾国庆;祁清;李梅菊
5.基于离散余弦变换的视频数字水印算法研究 [J], 贾国庆;祁清;李梅菊
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