基于DCT的置乱水印算法研究

DCT域图像数字水印算法的分析和实现摘要：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。

但是数字形式的多媒体产品由于可以方便地完全复制并在网络环境下广泛散发，大范围的授权拷贝行为受到了音像、出版、影视和软件等行业的高度关注。

为了防止这种情况的发生，人们提出了数字水印的概念。

数字水印是目前学术界研究的一个前沿热门方向，可为版权保护等问题提供一个潜在的有效地解决方案。

在本论文中，首先介绍了信息隐藏技术、数字水印技术，并着重介绍了数字水印技术的基本原理、特征、典型算法、评测方法等数字水印技术。

然后设计了一种基于DCT的图像数字水印新算法，该算法根据二值水印图像像点取值情况,相应地改变中频段两个位置处DCT系数的大小关系，从而实现水印信息的嵌入。

最后在MATLAB中通过编程进行实验仿真，并对其进行性能测试，实现了数字水印的嵌入、提取实验并用攻击实验证明该算法具有较好的不可见性和较好的鲁棒性。

关键词：数字水印；离散余弦变换(DCT)；鲁棒性Design and Implement of Digital Image WatermarkBased on DCTAbstract：With the rapid development of computer communication technology and the Internet, digital multimedia broadcasting industry is more and more convenient. However, because the digital forms of multimedia products can be easily copied completely and be disseminated widely in a networked environment, these acts is concerned widely by authorized audio and video, publishing, film and software industries. In order to prevent this from happening, the concept of digital watermarking was put forward. Digital watermarking is the academic study of popular and the cutting-edged, and also providing a potentially effective solution for copyright protection and other issues.In this paper, firstly introduced the digital watermarking technique for information hiding, digital watermarking technology, and highlighted the basic principles of digital watermarking technology, the characteristics of typical algorithms, and the evaluation methods. And then improved a DCT-based digital image watermarking algorithm, the algorithm based on the binary watermark image pixel value corresponding change in the band two locations at the size of the relationship of the DCT coefficients in order to achieve the watermark information’s embed. Through experimental simulation by programming in MA TLAB, and performance testing, the digital watermark embedding and extraction experiments and attack experiments prove that the algorithm has good visibility and good robustness.Key words:Digital watermarking，discrete cosine transform (DCT)，Robustness目录摘要 (Ⅰ)Abstract： (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1 信息隐藏技术 (1)1.2数字水印的研究背景 (2)1.3数字水印的发展前景 (3)第2章数字水印基本原理及技术 (4)2.1数字图像水印的基本原理 (4)2.2数字水印的特点 (6)2.3数字水印的分类 (7)2.4数字图像水印的典型算法 (8)2.4.1时空域水印算法 (8)2.4.2变换域水印算法 (8)2.5数字图像水印的典型攻击 (9)2.6 数字水印系统的性能评价 (10)第3章离散余弦变换及DCT域图像水印算法 (12)3.1离散余弦变换 (12)3.1.1离散余弦变换的原理 (12)3.1.2离散余弦变换的定义 (13)3.2基于DCT域的图像水印算法 (14)3.2.1 DCT域图像水印算法的背景 (14)3.2.2 DCT域图像水印算法的特点 (14)3.2.3 DCT域图像水印算法的发展 (16)第4章基于DCT域图像数字水印算法设计 (17)4.1 水印与载体图像的选取 (17)4.2水印的生成与嵌入 (18)4.2.1水印的生成 (18)4.2.2水印的嵌入位置选取 (18)4.3水印的检测与提取 (20)第5章算法实现和实验结果分析 (22)5.1 算法的实现 (22)5.1.1 水印的嵌入 (22)5.1.2 水印的提取 (23)5.2攻击实验 (25)5.2.1高斯噪声攻击 (25)5.2.2 JPEG压缩攻击 (27)5.2.3旋转攻击 (29)总结 (31)致谢 (33)参考文献 (34)附录1 (36)第1章绪论1.1信息隐藏技术在研究数字图像水印技术之前，需要先了解什么是信息隐藏技术。

—科教导刊（电子版）·2018年第03期/1月（下）—242基于Turbo 码的DCT 域直流分量图像水印算法韩哲鑫（武警警官学院信息通信系四川·成都610213）摘要该文提出了一种基于Turbo 码的DCT 变换域直流分量图像水印算法。

首先对原始水印信息进行伪随机置乱，接着对置乱的水印进行Turbo 编码并进行BPSK 调制，生成待嵌入的水印信息。

在充分考虑人眼视觉特性的基础上，分别采用两种方式将水印嵌入到DCT 变换系数的DC 分量中，并进行性能比较。

文中对算法在多种常见的攻击如JPEG 压缩、噪声、剪切、滤波下进行了仿真。

实验结果表明，利用该算法实现的水印具有良好的不可见性和鲁棒性。

特别是非自适应加性嵌入方式对JPEG 压缩攻击具有很强的鲁棒性。

关键词Turbo 码DC 分量伪随机DCT 变换中图分类号：TN911文献标识码：A 0引言数字水印要解决的两个主要问题就是水印的不可感知和鲁棒性。

考虑到图像水印系统和通信系统的模式很相似，人们将纠错编码用于数字水印中来提高性能，取得了很好的效果。

本文将具有接近Shannon 理论误码极限的纠错性能的Turbo 编码应用到水印生成来提高其性能。

本文提出了一种基于DC 分量和Turbo 码相结合的信息隐藏方案，仿真结果表明该水印算法对JPEG 压缩、剪切、滤波等攻击具有良好的鲁棒性和不可感知性。

1水印生成、嵌入和提取1.1水印生成水印在密钥Key1的控制下利用伪随机序列先进行伪随机置乱，再在密钥Key2的控制下进行Turbo 编码，得到经过BPSK 调制的二值序列w ，w ∈{-1，1}，w 即为待嵌入的水印信息。

假设原始水印转化为一维序列后的长度为N ，Turbo 码编码的速率为R ，则经Turbo 编码后的水印的长度为K=N/R 。

1.2水印嵌入大多的DCT 域算法都考虑将水印信息隐藏在DCT 域的交流分量中，很少考虑将水印嵌入在直流分量中，然而，直流分量是图像能量最集中的部分，而且在信号处理的过程中，DC 分量比AC 分量改变的少，因此从稳健性的角度,在保证水印不可见性的前提下，DC 分量比AC 分量更适合于嵌入水印。

基于DCT域的数字水印算法马荣飞【摘要】We propose a blind extraction algorithm in the paper in which the watermarking can be embedded into the vector map without depending on the original map, it is converted from the discrete cosine transform ( DCT) domain. One of the characteristics of DCT is able to have the energy aggregation benefit on interdependent data, while the dots on game boundary of a vector map are dependent each other. We select 8 vertices along one boundary in turn to form a set, make the transformation on this set of data to derive the discrete cosine value, and embed the encrypted watermark into its coefficients. Experiments suggest that the algorithm does not yield big difference on the vector map with DCT processing.%提出一种矢量地图水印嵌入不依赖原始地图的盲提取算法,该算法在离散余弦变换域上转换而成.离散余弦变换的特性之一是对相互依赖的数据能够产生能量聚集效益,而矢量地图同一条边上点与点具有依赖关系,在一条边上依次选取8个顶点作一个集合,并对这组集合数据经变换导出离散余弦值,将水印加密嵌入其系数中.实验表明该算法对矢量地图经DCT变换未产生较大的差异.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2012(029)006【总页数】3页(P285-286,290)【关键词】离散余弦变换;矢量地图;数字水印【作者】马荣飞【作者单位】浙江经济职业技术学院浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言数字媒体版权保护在网络多媒体产品普及应用在今天尤为重要，版权保护的有效技术手段莫过于数字水印技术。

一种基于DCT 变换的数字音频水印算法作者：严春来来源：《电脑知识与技术》2015年第34期摘要：互联网的应用，使人们的交流和沟通日益便利。

随着互联网的不断发展，大量的资源也在网络中共享，这就是一把双刃剑，它在给人们带来福音的同时，又因为网络的自由性传播而损害了部分人的利益，特别是图像，音频，视频在网络上的传播，让原创者蒙受巨大损失。

为了保护数字作品的产权不受损害，相关的水印技术被提出，从而认证和控制多媒体的使用。

文章通过结合人类听觉系统（HAS）的特性，提出一种时域音频数字水印算法。

该算法将二值图像作为水印嵌入到音频信号中，为了减小水印图像像素间的相关性，增强水印图像的安全性，利用Arnold置乱变换对要嵌入的水印图像进行置乱处理。

最后通过实验验证了该算法的感知透明性、安全性和鲁棒性。

关键词：离散余弦变换；二值图像；鲁棒性；安全性中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）34-0162-031离散余弦变换（DCT）介绍Wang Ye在1998年提出了一种基于修正离散余弦变换的音频数字水印算法，该方法首先在时域对音频信号进行序列变换，根据伪随机序列重新排列音频的采样信号，然后在频域添加水印，对排列好的序列进行修正离散余弦变换（Modified Discrete Cosine Transform，MDCT），通过对MDCT的系数的修改来嵌入水印，最后再进行离散余弦逆变换得到嵌入水印后的音频序列。

使用伪随机的序列方式对信号进行排列后，有两点好处：一个是提高算法的安全性，另一个是可以平滑功率谱密度。

Won-Gyum Kim 等人在使用DCT变换的基础上嵌入同步信号，来增强对同步攻击的鲁棒性，它对添加噪声，滤波等攻击都具有一定的鲁棒性。

离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，简称DCT变换）是一种与傅立叶变换紧密相关的数学运算。

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余弦变换，因此称之为离散余弦变换。

基于DCT变换和SVD变换的数字水印技术数字水印技术是一种将特定信息嵌入到数字媒体中的技术，以实现版权保护、身份认证、防伪追踪等目的。

基于离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）和奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）的数字水印技术是其中较为常用和有效的一种方法。

DCT是一种将信号从时域转换到频域的变换方法，其主要特点是采用正交基函数，将信号能量从低频部分逐渐递减到高频部分。

在数字水印技术中，DCT可以将原始图像转换为频域表示，然后通过嵌入水印信息改变高频系数，从而隐藏包含水印信息的频域特征。

嵌入水印的过程可以通过修改DCT系数的幅值或相位来实现。

SVD是一种将矩阵分解为奇异值、左奇异向量和右奇异向量的方法，用于解决线性方程组、矩阵逆等操作。

在数字水印技术中，SVD可以将原始图像分解为三个矩阵，其中一个矩阵包含了图像中的主要信息，另外两个矩阵包含了次要信息。

通过修改这两个次要信息矩阵，可以嵌入水印信息。

使用DCT和SVD进行数字水印嵌入的基本步骤如下：1. 预处理：将原始图像进行预处理，例如将彩色图像转换为灰度图像，统一图像尺寸等。

2. DCT变换（或SVD分解）：对预处理后的图像进行DCT变换（或SVD分解），得到频域表示。

3. 选择水印信息：选择合适的水印信息，可以是文本、图像、音频等。

4. 水印信息嵌入：根据嵌入算法，将选择的水印信息嵌入到图像的频域表示中的特定位置。

嵌入算法可以是幅值调制或相位调制等。

5. 逆变换：对嵌入水印后的频域表示进行逆变换，得到带有水印的图像。

6. 后处理：对逆变换得到的图像进行后处理，例如调整图像的亮度对比度，增加噪声等，以提高水印的鲁棒性和不可察觉性。

7. 水印检测：对带有水印的图像进行水印检测，即从图像中提取嵌入的水印信息。

基于DCT和SVD的数字水印技术具有以下优点：DCT和SVD变换对图像的变化具有较好的鲁棒性，可以抵抗一定的图像操作和攻击。

DCT水印算法一．变换域算法基于变换域的技术可以嵌入大量比特数据而不会导致可察觉的缺陷，往往采用类似扩频图像的技术来隐藏数字水印信息。

这类技术一般基于常用的图像变换，基于局部或是全部的变换，这些变换包括离散余弦变换(DCT)、小波变换(WT)、傅氏变换(FT或FFT)以及哈达马变换(Hadamard transform)等等。

DCT变换域数字水印是目前研究最多的一种数字水印，它具有鲁棒性强、隐蔽性好的特点。

其主要思想是在图像的DCT变换域上选择中低频系数叠加水印信息。

之所以选择中、低频系数，是因为人眼的感觉主要集中在这一频段，攻击者在破坏水印的过程中，不可避免地会引起图像质量的严重下降，一般的图像处理过程也不会改变这部分数据。

由于JPEG、MPEG等压缩算法的核心是在DCT变换域上进行数据量化，所以通过巧妙地整合水印过程与量化过程，就可以使水印抵御有损压缩。

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。

DCT变换域算法是这一类算法的总称，在它下面的具体的算法会有一些不同。

下面介绍一种基于模运算的数字水印算法。

该方法将水印作为二值图像（每一像元只有两种可能的数值或者灰度等级状态的图像）进行处理，依据图像在进行DCT变换后系数的统计来选取适当的阈值，通过模处理加入水印。

此算法的特点是在水印检测时不需要原始图像。

DCT水印算法的基本思想是先将原始图像分成8×8的子块，并分别对每一子块进行离散余弦变换，转换为64位DCT系数。

根据一定原理选取待嵌入的DCT变换系数的位置，再利用一些运算进行水印信息的嵌入，然后将嵌入水印信息的DCT系数的子块进行逆DCT 变换，最后合成为嵌入水印图像。

提取算法与嵌入算法相似，且不需要原始图像。

DCT水印算法的主要优点是它被应用于整个图像，因此对于图像的改变也遍布于整个图像，这使得它难以被发现。

在另一方面，当图像并不是完全准确的力量2（power of 2）。

基于DCT变换和SVD变换的数字水印技术作者：李磊来源：《电脑知识与技术》2019年第30期摘要：为了保证鲁棒性，提高水印的不可感知性，提出了一种基于离散余弦变换（DCT）和奇异值分解（sVD）的数字水印算法。

该算法首先将载体图像分块，接着对每个分块进行离散余弦变换。

然后将水印信息嵌入到每个分块的直流区域。

嵌入时先利用奇异值分解，接着在直流区域的奇异值对角矩阵上添加水印的奇异值对角矩阵信息。

实验结果表明，算法确保视觉无差异基础上对鲁棒性有所提升。

关键词：DCT;SVD;直流区域;鲁棒性;数字水印中图分类号：TP309 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2019）30-0197-03随着互联网技术的不断发展，数字媒体在传播时，容易被复制和纂改。

数字水印技术主要是将一些标识信息嵌入到数字媒体中，且不影响原媒体的正常使用，不容易被探知和修改。

数字水印技术可以解决数字媒体的版权保护问题，也可以在网络信息安全上起到一定作用。

早期的水印算法都是基于空域的，即直接修改载体图像的像素值，将水印加载到某些像素点上，比如LSB最低有效位、差值扩张、直方图平移等。

这些方法安全性、鲁棒性较差，不能很好地抗压缩。

目前最广泛的水印算法是基于变频域的，即首先将载体图像变换到频域，然后改变系数的方法来嵌入水印信息。

载体图像变换到频域的方法有：离散余弦变换、小波变换、离散傅立叶变换。

这类方法大多有较强的鲁棒性。

本文研究基于离散余弦变换（DcT）的数字水印技术：第一步，对水印预处理，加密水印信息，最后进行SVD分解得到水印的S2矩阵。

第二步，对载体图像分块，每个分块分别进行DCT变换。

因为JPEG图像压缩时，分块大小为8x8，这里载体图像分块也采用8x8，起到一定抗压缩作用。

第三步，对每个DCT变换后的分块，取每个分块的DC区域构成1个新的矩阵，然后对新矩阵进行SVD分解，得到S1矩阵。

用每个分块DC区构成新矩阵的Sl矩阵和水印的S2矩阵计算出最终添加水印得图像的s矩阵;因为奇异值分解的特点，这种添加具有很好的鲁棒性。

基于DCT和DWT的数字水印研究的开题报告题目：基于DCT和DWT的数字水印研究一、选题背景随着数字媒体技术的不断发展，数字传播日益普及，数字媒体内容的安全性和版权保护变得越来越重要。

数字水印作为一种数字版权保护技术，在数字媒体版权保护领域得到了广泛的应用。

数字水印通过在数字媒体中嵌入一系列不可察觉的信息，来完成对原始内容的身份认证和保护。

目前，数字水印的研究主要是在频域和时域进行的。

基于时域的数字水印加密方法，容易受到噪声和攻击的影响，因此频域数字水印技术成为研究的热点。

其中，DCT和DWT技术是比较常用的两种频域数字水印技术。

二、研究内容本研究主要探讨基于DCT和DWT的数字水印技术，探究不同算法对数字水印性能的影响，具体研究内容包括：1. DCT和DWT的原理和特点。

2. DCT和DWT在数字水印中的应用，比较两种算法的优缺点。

3. 基于DCT和DWT的数字水印算法设计和实现，分析不同算法的优缺点和性能。

4. 分析数字水印在不同攻击情况下的保护性能，比较不同算法的优劣。

5. 对已有方法的改进和优化研究，提出新的数字水印算法设计方案。

三、研究意义数字水印作为一种保护数字版权的重要手段，对于数字信息安全和版权保护具有重要意义。

基于DCT和DWT的数字水印技术研究，不仅可以提高数字版权的安全性，还可以探索数字水印在不同领域的应用。

本研究的意义在于：1. 探究数字水印的应用前景和发展潜力，促进数字版权保护技术的发展。

2. 比较DCT和DWT在数字水印中的优缺点，为数字水印算法的设计提供依据。

3. 提出新的数字水印算法设计思路，改进和优化现有算法。

四、研究方法本研究主要采用实验和理论研究相结合的方式，具体研究方法包括：1. 理论分析：对DCT和DWT的原理和特点进行分析和比较，探究两种算法在数字水印中的优缺点。

2. 实验设计：设计基于DCT和DWT的数字水印算法，并进行实现和验证实验。

3. 数据分析：对实验数据进行分析和处理，比较不同算法的性能，发现不足部分并提出改进方案。