基于变换域的数字水印算法研究【字数：14881】
随着当代科技不断推陈出新，信息技术成为炽手可热的研究方向，也成为了各项技术的应用基础。在信息技术由简单发展至成熟的基础上，数字水印技术作为其中一种信息防护技术，或者说是信息隐藏技术，具有极其巨大的应用前景和广泛的经济价值。在数字载体中直接嵌入或间接表示一些特殊的、区别于其他的标识信息的一般就被称作为数字水印技术。载入水印图像后，数字图像仍旧保持原载体的大部分有用信息，当有攻击等手段对载体进行破坏时，数字水印具有一定的抗干扰性。本课题重点研究基于变换域的数字水印算法，采用离散二维Haar小波变换及其逆变换实现将水印嵌入载体图像以及从图像中提取的过程；在原有算法基础上添加Arnold置乱加密水印，更好保护水印携带的信息；通过对水印进行攻击处理，验证水印算法的鲁棒性能。通过测试试验，计算归一化相关系数，本课题得出一种具有良好鲁棒性能的算法，在JPEG有损压缩、添加噪声、剪切攻击等攻击处理后，该算法仍可以提取出比较完整的水印图像。
Key Words: Digital watermarking; Wavelet transform; Attack; Robustness; MATLAB 目 录
1.绪论 1
1.1研究意义与目的 1
1.2国内外研究现状 1
1.3课题主要研究内容 2
1.4内容组织 4
2.数字水印概述 5
2.1数字水印的特点 5
2.2数字水印的分类 6
2.3数字水印的应用领域 7
2.4本章总结 7
3.基于变换域的数字水印 8
3.1离散傅里叶变换 8
3.2离散余弦变换 9
3.3离散小波变换 9
3.3.1离散小波变换及逆变换 9
3.3.2常见的基本小波函数 10
3.4本章小结 13
4.变换域水印算法的实现 14
4.1MATLAB简介 14
4.2图像分解 14
4.3水印嵌入与提取 15
4.3.1 DWT域嵌入步骤 15
4.3.2 DWT域水印嵌入关键代码 15
4.3.3 DWT域提 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
取步骤 16
4.3.4 DWT域水印提取关键代码 17
4.4水印置乱与恢复 17
4.5设置不同嵌入强度K 18
4.5.1嵌入强度K的实现 18
4.5.2嵌入强度K的关键代码 18
4.5.3不同嵌入强度K的效果比较 19
4.6本章总结 20
5.数字水印鲁棒性测试及GUI界面实现 21
5.1几种常见攻击 21
5.1.1JPEG压缩 21
5.1.2图像增强攻击 21
5.1.3几何攻击 23
5.2攻击后水印提取的效果 23
5.3不同攻击后数值运算结果比较 25
5.4数字水印GUI界面实现 26
5.5本章小结 27
6.总结与展望 28
6.1成果总结 28
6.2未来工作展望 28
参考文献 29
致谢 30
1.绪论
1.1研究意义与目的
随着科技迅猛发展，网络传播速度加快，人们获取信息的渠道随之增多，多媒体盗版渐渐成为社会的一大害处。许多作者辛苦创作的作品不经授权便被广泛传阅，这不仅不尊重原有信息版权，也损害了作者的合法权益。因此，怎样保护信息安全、实现信息防伪成为当代社会需要重点关注的的问题。
值得庆幸的是，当前国内外学者对版权保护十分重视，并针对这一现象提出许多解决的办法，其中，数字水印技术作为信息防护技术的一个种类，在该领域有着举足轻重的作用[1]。学者通过该技术将一些具有特定意义的图片或信息嵌入到原来的数字载体中，以此达到防伪溯源的目的。然而，虽然数字水印技术一直是学者们研究的热点，但是国际上的水印算法研究还未完全成熟，也没有全球统一标准。需要指出的是，国外对于数字水印算法的研究还是要先于国内水平，这对国内学者来说也是一个巨大的挑战和奋斗目标。
对数字水印算法展开深入研究，拓展算法，将其应用于更多方面：譬如数字作品知识产权、商务教育票务防伪、声像数据隐藏标识等研究领域，数字水印技术可谓是前景光明，存在无限可能性[1]。因此，研究出一种具有很好的稳定性和鲁棒性的水印算法就具备十分重要的意义。
本课题拟重点研究变换域的数字水印算法，通过对水印图像置乱加密进一步确保水印稳定性，通过离散小波变换和逆变换实现水印的嵌入与提取过程，后通过计算和比较归一化相关系数判定水印图像的鲁棒性。本课题拟采用MATLAB工具软件，通过仿真实现算法的效果图，从而达到课题要求。
1.2国内外研究现状
数字水印技术在当今社会中占据着越来越重要的地位，许多国际正式会议的召开象征着数字水印技术得到的关注度越来越多[2]。诸如IEEE、ACM等学术期刊都有数字水印专题，几大国外公司也都在不断革新数字水印技术：例如IBM公司为他旗下的数字图书馆添加数字水印；NEC公司则致力于研究DVD系统中涉及的水印技术，试图将拷贝保护机制做到优化的效果。总体而言，国外数字水印研究优于国内研究现状，但国际上仍没有成熟的统一标准，理论体系不完善，所以数字水印技术进步空间仍旧很大。数字水印技术开始逐渐渗入人们的日常生活，越来越多的人开始投入到这一项研究工作中去。
现今，数字水印算法可以按照不同特性划分成不同的种类，以嵌入域为参考标准，数字水印可以在空间域进行计算，同样也可以在变换域进行计算。空间域算法的核心步骤是把信息嵌入到不重要的像素位中去，比较好实现，但该方法的缺点是容易被破坏，无法在攻击后高度还原水印；变换域与空间域相比，最大特点是嵌入的水印信息不易被察觉，鲁棒性好，并且可以携带数据量较大的数字水印[3]。随着对数字水印技术研究的加深，学者们也大多从空间域聚焦于变换域，重点研究变换域。
数字水印不仅存在于静态图像中，也在动态视频、音频中，但目前研究最多的还是静态图像水印，因此，水印技术还存在相当程度上的局限性[4]。同时，研究图像水印的人员大多数还是研究变换域算法，该方法具有更好的隐蔽性，但是这些算法对图像几何变化的鲁棒性较差。信息科学迅猛发展的今天，人们开始着手于非平稳信号的研究，在经典傅里叶变换的基础上提出分数阶傅里叶变换，结合经典分析方法的优良性质，弥补其局限性。尽管每一个方法都存在不同侧重点的局限性，近年来数字水印技术仍然取得很大进步，数字水印技术开始变得越来越成熟，也开始应用于更多领域[5]。
Key Words: Digital watermarking; Wavelet transform; Attack; Robustness; MATLAB 目 录
1.绪论 1
1.1研究意义与目的 1
1.2国内外研究现状 1
1.3课题主要研究内容 2
1.4内容组织 4
2.数字水印概述 5
2.1数字水印的特点 5
2.2数字水印的分类 6
2.3数字水印的应用领域 7
2.4本章总结 7
3.基于变换域的数字水印 8
3.1离散傅里叶变换 8
3.2离散余弦变换 9
3.3离散小波变换 9
3.3.1离散小波变换及逆变换 9
3.3.2常见的基本小波函数 10
3.4本章小结 13
4.变换域水印算法的实现 14
4.1MATLAB简介 14
4.2图像分解 14
4.3水印嵌入与提取 15
4.3.1 DWT域嵌入步骤 15
4.3.2 DWT域水印嵌入关键代码 15
4.3.3 DWT域提 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
取步骤 16
4.3.4 DWT域水印提取关键代码 17
4.4水印置乱与恢复 17
4.5设置不同嵌入强度K 18
4.5.1嵌入强度K的实现 18
4.5.2嵌入强度K的关键代码 18
4.5.3不同嵌入强度K的效果比较 19
4.6本章总结 20
5.数字水印鲁棒性测试及GUI界面实现 21
5.1几种常见攻击 21
5.1.1JPEG压缩 21
5.1.2图像增强攻击 21
5.1.3几何攻击 23
5.2攻击后水印提取的效果 23
5.3不同攻击后数值运算结果比较 25
5.4数字水印GUI界面实现 26
5.5本章小结 27
6.总结与展望 28
6.1成果总结 28
6.2未来工作展望 28
参考文献 29
致谢 30
1.绪论
1.1研究意义与目的
随着科技迅猛发展，网络传播速度加快，人们获取信息的渠道随之增多，多媒体盗版渐渐成为社会的一大害处。许多作者辛苦创作的作品不经授权便被广泛传阅，这不仅不尊重原有信息版权，也损害了作者的合法权益。因此，怎样保护信息安全、实现信息防伪成为当代社会需要重点关注的的问题。
值得庆幸的是，当前国内外学者对版权保护十分重视，并针对这一现象提出许多解决的办法，其中，数字水印技术作为信息防护技术的一个种类，在该领域有着举足轻重的作用[1]。学者通过该技术将一些具有特定意义的图片或信息嵌入到原来的数字载体中，以此达到防伪溯源的目的。然而，虽然数字水印技术一直是学者们研究的热点，但是国际上的水印算法研究还未完全成熟，也没有全球统一标准。需要指出的是，国外对于数字水印算法的研究还是要先于国内水平，这对国内学者来说也是一个巨大的挑战和奋斗目标。
对数字水印算法展开深入研究，拓展算法，将其应用于更多方面：譬如数字作品知识产权、商务教育票务防伪、声像数据隐藏标识等研究领域，数字水印技术可谓是前景光明，存在无限可能性[1]。因此，研究出一种具有很好的稳定性和鲁棒性的水印算法就具备十分重要的意义。
本课题拟重点研究变换域的数字水印算法，通过对水印图像置乱加密进一步确保水印稳定性，通过离散小波变换和逆变换实现水印的嵌入与提取过程，后通过计算和比较归一化相关系数判定水印图像的鲁棒性。本课题拟采用MATLAB工具软件，通过仿真实现算法的效果图，从而达到课题要求。
1.2国内外研究现状
数字水印技术在当今社会中占据着越来越重要的地位，许多国际正式会议的召开象征着数字水印技术得到的关注度越来越多[2]。诸如IEEE、ACM等学术期刊都有数字水印专题，几大国外公司也都在不断革新数字水印技术：例如IBM公司为他旗下的数字图书馆添加数字水印；NEC公司则致力于研究DVD系统中涉及的水印技术，试图将拷贝保护机制做到优化的效果。总体而言，国外数字水印研究优于国内研究现状，但国际上仍没有成熟的统一标准，理论体系不完善，所以数字水印技术进步空间仍旧很大。数字水印技术开始逐渐渗入人们的日常生活，越来越多的人开始投入到这一项研究工作中去。
现今，数字水印算法可以按照不同特性划分成不同的种类，以嵌入域为参考标准，数字水印可以在空间域进行计算，同样也可以在变换域进行计算。空间域算法的核心步骤是把信息嵌入到不重要的像素位中去，比较好实现，但该方法的缺点是容易被破坏，无法在攻击后高度还原水印；变换域与空间域相比，最大特点是嵌入的水印信息不易被察觉，鲁棒性好，并且可以携带数据量较大的数字水印[3]。随着对数字水印技术研究的加深，学者们也大多从空间域聚焦于变换域，重点研究变换域。
数字水印不仅存在于静态图像中，也在动态视频、音频中，但目前研究最多的还是静态图像水印，因此，水印技术还存在相当程度上的局限性[4]。同时，研究图像水印的人员大多数还是研究变换域算法，该方法具有更好的隐蔽性，但是这些算法对图像几何变化的鲁棒性较差。信息科学迅猛发展的今天，人们开始着手于非平稳信号的研究，在经典傅里叶变换的基础上提出分数阶傅里叶变换，结合经典分析方法的优良性质，弥补其局限性。尽管每一个方法都存在不同侧重点的局限性，近年来数字水印技术仍然取得很大进步，数字水印技术开始变得越来越成熟，也开始应用于更多领域[5]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/783.html
