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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。
基于小波变换的数字水印技术研究及其应用分析近年来，随着数字化技术的迅速发展，数字媒体的内容传播已经成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。
而数字媒体的无限制传播也带来了一个巨大的问题——版权安全问题。
数字水印技术因此而应运而生。
本文将对基于小波变换的数字水印技术进行研究，并探讨其在实际应用中的效果和局限性。
一、基本原理数字水印技术是将一些特殊的信息嵌入到数字媒体文件中，这些信息通常是不可见的。
数字水印技术可以应用于图片、音频、视频等各种媒体领域。
这些嵌入的信息可以被用来验证文件的真实性或者防止侵权行为。
基于小波变换的数字水印技术，通常是将数字水印信息嵌入到原始信号的高频分量中。
它的基本原理是将数字水印信息与原始信号进行小波变换，然后在其高频分量中嵌入数字水印信息。
小波变换提供了一种优秀的多分辨率分析方法，可以将原始信号分解成不同分辨率的频带，极大提高了数字水印的嵌入效果。
同时，小波变换还具有良好的时域局部性和空间频率局部性，可以在高频分量中嵌入较弱的水印以增加鲁棒性，同时又不会影响到原始信号的质量。
二、实际应用数字水印技术的应用十分广泛，比如电子商务、版权保护和取证等方面。
下面，我们将分别介绍数字水印技术在这些领域中的应用情况。
在电子商务方面，数字水印技术可以保护商家的产品图片、视频以及其他电子文档等信息，防止重复利用或者盗用。
另外，数字水印技术还可以在数字媒体中嵌入潜在用户信息，方便营销推广。
在版权保护方面，数字水印技术可以在数字媒体中植入特殊的信息，标记媒体所有权和版权信息。
这可以有效保护版权，防止非法复制和传播，加强知识产权的保护。
在取证方面，数字水印技术可以嵌入不同的信息，如用户ID、时间戳等，可以在被篡改或者破坏的情况下实现取证目的。
此外，数字水印还可以用来记录分发和使用权，方便版权追溯。
三、局限性与发展趋势尽管数字水印技术在保护版权上的作用已经得到了广泛的认可，但是在实际应用中仍然存在一定的局限性。
图形图像处理GRAPHICS PROGRAM小波变换的数字图像水印算法的研究与实现于海珠 1，赵喜庆 2（1. 空军航空大学计算机教研室，长春 130022；2. 解放军军事交通学院军交系，天津 300161）摘 要：以静态图像为基本研究对象，将含有版权信息的二值图像作为水印，基于混沌映射对初始值的敏感性，采用混沌系列对二值图像进行加密最后结合人类视觉特性，提出了一种的基于小波变换域的盲水印算法，实验表明，该算法具有良好的不可见性和鲁棒性，取得了较为满意的结果。
关键词：数字图像；离散小波变换；鲁棒性Study on Watermarking Techniques of Digital Images based onWavelet TransformYU Haizhu1，ZHAO Xiqing2(1. Department of Computer, Aviation University of Air Force, Changchun 130022;2. Department of military transportation, The academy of PLA,Tianjin 300161)Abstract: The paper studies on static image, and uses two-bit image with copyright information as watermark .First, Itencrypts the two-bit image of watermark by chaotic mapping based on the sensitivity of the chaotic mapping to the originalvalue. Then it gives another watermarking arithmetic without original image based on DWT(Discrete Wavelet Transform)and characteristics of Human Visual System (HVS), and produces a satisfactory effect.Key words: digital image; DWT; robust1 引言安全问题是当前网络多媒体应用中比较突出的问题，目前用于解决该问题的技术很多，其中的数字水印技术，尤其图像数字水印技术，以在版权保护方而的独特优势而引起人们的普遍重视，成为当前研究的热点。
本文主要对数字图像水印算法作了一些研究工作，基于混沌映射对初始值的敏感性，采用混沌系列对二值图像进行加密，并给出加密和解密算法；最后结合人类视觉特性，提出一种小波变换域的盲水印算法。
2 小波变换的数字水印算法2.1 水印图像生成为提高水印的鲁棒性我们将利用混沌序列来对二值图像进行加密。
为了描述算法的需要，定义映射 f 为：f (0) = 1, f (1) =-1定义乘积运算符“ ”，对a = {a1 , a2 ,…, a n}，b={b1 , b2 ,…, b n}，有：a b={a1 b1, a2b2 ,…, a n b n} （2.1）其中a i b i表示它们在实数域中 a i 与 b i 的乘积。
当 a i 和 b i∈{-1,1}时，容易证明：a b b = a （2.2）如果a为明文序列，b为加密序列。
由（2.2）式表明只要将密文再经过同样一次加密后可获明文。
加密算法如下：第一步：先将二值图像 I 按一定顺序排列成一维向量V，并利用映射 f 作用于该向量得到 V 。
第二步：选取初始值（密钥）、μ和序列长度利用公式2.1计算出混沌序列并按序排列成矢量 P 。
第三步：D = P V 并将向量 D 在 f -1的作用下得到 D，然后再排列成图像 Ĩ 即得到加密后的图像。
解密算法：输入相同的密钥再做一遍加密算法即可得到原图像。
2.2 水印算法的描述与分析(1)嵌入位置的选择将图像进行三级离散小波变换，得到不同层次的小波系数。
经过分解之后，边缘细节部分集中在HH、HL、LH子带，这些子带中较大系数往往表示图像的边缘，因此把水印嵌入到其中之后的不可感知性比较好，但是这些子带的系数在量化时被丢掉的概率相对比较大，为此考虑将水印嵌入到中低频系数中。
图1 图像经离散小波变换的三层多分辨率分解示意图（2）水印的嵌入强度为了在宿主图像中嵌入尽可能大的水印信息量，但又不能使宿主图像产生明显的失真，必须对嵌入强度进行加权。
另外考虑到人类视觉特性，按照LL3, LH3, HL3, HH3, LH2, HL2, HH2的顺序嵌入水印强度因子a分别为：25、30、30、 、15、15、 。
（3）二值水印图像的加密利用混沌序列对二值水印图像进行加密。
（4）水印的嵌入第1步：将原始图像I进行三级离散小波变换，选取中低频部分的各子带分别进行嵌入操作，下面以HH2为例进行介绍。
第2步：在HH2子图( f i,j )中随机的选择N*N个互不重复的像素点作为水印嵌入点，（1）被选中的像素点( f i,j )的坐标( i , j)应满足2 ≤ i,j≤ M / 2-1，且对于其它被选中点( p,q)，不得满足以下八条件之一：① p=i-1,q=j-1 ② p=i-1,q=j ③ p=i-1,q=j+1④ p=i,q=j+1 ⑤ p=i+1,q=j+1 ⑥ p=i+1,q=j⑦ p=i+1,q=j-1 ⑧ p=i,q=j-1（2）计算aver(k)=( f i-1,j-1+f i-1,j+f i,j-1+f i-1,j+1+f i,j+1+ f i+1,j+f i+1,j+1+f i+1,j-1)/8，其中 f ij为选取第k个像素点的像素值。
第3步：先将水印图像W按上一节中介绍进行混沌加密，然后各点的像素值 W p,q 按一定变换h排列成一维数组{W p,q}，假设 f i,j是取出的第K个点，则水印的嵌入方式为：f i,j=aver(k)+a if W k=1f i,j=aver(k)- a if W k=0第4步：对嵌入水印的图像进行逆离散小波变换，便得到嵌入水印的图像 I' 。
综上所述，水印的嵌入流程如图2所示。
图2 水印嵌入过程的流程图（5）水印的提取第1步：对嵌入水印的图像 I' 进行三级离散小波变换，并在中低频各子带中提取嵌入水印的像素点。
第2步：比较第K个取出点像素值 f'i,j与aver(k)=( f i-1,j-1 +f i-1,j+f i,j-1+f i-1,j+1+f i,j+1+f i+1,j+f i+1,j+1+f i+1,j-1)/8的大小，则有 If f'i,j≤aver(k)， W'k=0else W'k=1第3步：对得到的一维数组{W'k}作h的逆变换h'，即得到水印信息{W p,q'}。
第4步：对提出{W p,q'}再进行解密操作，得到二值图像W'。
综上所述，水印的提取流程如图3所示。
图3 水印提取过程的流程图3 实验结果及分析实验分别采用大小为64*64画面内容北京奥运二值图像，宿主图像采用512*512的灰度图lena.bmp。
实验结果如下：（1）不可感知性分析图像嵌入水印信息后，与原始图像比较起来，很难看出差别，没有带来明显的失真，不可感知性非常好。
(a) (b) (c)图4 lena.bmp加入水印前后(a)原始图像 (b)水印 (c)加入水印后图像（2）鲁棒性分析水印的鲁棒性评价是以水印图像在经历各种攻击后是否能检测出水印为依据。
在实验中所用的攻击类型包括：JPEG 压缩、滤波以及噪声干扰，实验后提取的水印结果如图5。
(a) (b) (c) (d) (e)图5 对youhua.bmp进行各种处理后提取出的水印图像(a)未做任何处理后提取的水印 (b)JPEG压缩后提取的水印 (c)均值滤波后提取的水印 (d)加入高斯噪声后提取的水印 (e)加入椒盐噪声后提取的水印从结果上看，这种算法对JPEG压缩和Gaussian噪声攻击具有较好的鲁棒性。
一方面，对原图像没有影响；另一方面，又可以有效地降低图像在噪音干扰、压缩、滤波等信号处理造成的信息丢失。
4 结语本文首先利用混沌序列对水印图像进行了加密处理，然后提出了一种基于离散小波的盲水印算法，将图像进行三级小波分解后，并结合人类视觉特性，在中低频域嵌入水印信息，并加以实现。
实验证明该算法具有较好的不可感知性和鲁棒性。
（下转到142页）说明：（1）为用夜视系统拍摄的全黑的条件下汽车图像，从图像中可以看出车牌很亮，但是不能看清车型；（2）经过分段线性变换的汽车图像，将车牌的对比度进行压缩，背景和车的对比度增强，从中可以看出在看清车牌的同时也能看清车的轮廓；（3）直方图均衡化将图像的灰度合理分配，增加图像的可读性；（4）帧积累的结果滤除图像噪声，同时可拉伸灰度；（5）经过一系列处理后从监视器上看到的图像；在看清楚车牌的同时能够看清车型。
参考文献TMS320DM642 Technical Overview，2002.9李方慧，王飞，何佩琨．TMS320C6000系列DSPs原理与应用．北京：电子工业出版社，2002.徐华根，唐慧明，杨黎波．新型多媒体处理器DM642及其应用．电路与应用，2005.作者简介王兆欣，女（1979-），吉林长春人，硕士，研究方向：光电信息处理。
[1][2][3]参考文献孙圣和，陆哲明，牛夏牧．数字水印技术及应用．北京：科学出版社，2004.11.Zeng W.Digital watermarking and data hiding aechnologies and applications[A].proc of ICISAS'98[C].1998,3:223～229.覃凤清．基于DCT的图像压缩及其MATLAB实现．大众科技，2006，（03）.杨波．信息隐藏与数字水印.信息技术，2003,5(27):30-33.钮心忻主编．信息隐藏与数字水印．北京：邮电大学出版社，2004.作者简介于海珠，女（1982-），硕士，主要研究方向：图形图像。
赵喜庆，男（1981-），本科，主要研究方向：应用软件。
[1][2][3][4][5]（上接第130页）关系。
传输渐进图像的方法很多，SPIHT算法采用是幅度大的系数先传送。
假设原始图像有一组图像Pi,j组成，用Ci,j表示 Pi,j经过小波变换之后产生的系数，其中(i,j)为像素的坐标，指小波图像系数的坐标。
（2）算法SPIHT算法对图像信息采用如下的编码步骤。
