基于MATLAB图形用户界面的数字水印系统设计
基于MATLAB图形用户界面的数字水印系统设计[20200406123549]
摘要
数字水印技术在近十几年中发展十分迅速，它是一种将标识信息，如：文字，图片等。在不影响数字载体使用价值的同时，嵌入到数字载体中，从而保证数字载体的相关版权的一种技术。它具有不可见性和鲁棒性等特性，是传统加密技术的一种补充。
本毕业设计是通过利用MATLAB图形用户界面设计数字水印系统，运用MATLAB强大的GUI功能通过小波变换（DWT）将数字水印嵌入算法和提取算法通过图形用户界面的形式展现出来，方便用户或操作员操作。
本文中的数字水印算法的嵌入算法和提取算法都基于小波变换进行，首先将原始水印图像通过混沌序列进行置乱，然后将置乱后的加密水印嵌入载体图像，通过反变换提取水印图片。同时通过不同方式的攻击测试，如：剪切图像等。以保证嵌入水印的不可见性以及鲁棒性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:数字水印MATLABDWT变换
目录
第1章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2数字水印方法研究现状及本文研究意义 2
1.3本论文主要研究内容 3
第2章 数字水印技术及原理 4
2.1 数字水印 4
2.1.1 数字水印的特点 4
2.1.2 数字水印的分类 4
2.1.3 数字水印的算法 5
第3章 MATLAB和GUI的介绍 9
3.1MATLAB介绍 9
3.2 GUI介绍 11
第4章数字水印的实验仿真 12
4.1主界面 12
4.2打开载体图像 12
4.3打开原始水印图像 13
4.4加密水印图像 14
4.5嵌入数字水印 15
4.6验证鲁棒性并提取水印 16
第5章总结与展望 25
5.1总结 25
5.2展望 25
参考文献 27
致谢 28
第1章 绪论
1.1选题背景
进入二十一世纪后，计算机产业飞速发展，同时以计算机产业为基础的现代信息技术也得到了持续的发展。人们步入了数字化的时代。通过数字化采集，存储，处理，传播和使用图像内容，与传统方法相比具有很多优点：（1）存储和传播方便、成本低;(2)可以被大量精准的复制拷贝（3）各种软件的发布和广泛使用，简化了图像等的编辑修改和处理；（4）数字消费等行业发展，增进了人类对数字生活的享受。使人类可以做到足不出户的同时，体验最新的、最全的图像影音资源。因特网使人们步入了信息爆炸式发展的潮流。
但是，凡事有利有弊。在信息化高速发展的同时，数字媒体知识产权保护方面的问题变得尤为明显。许多不法分子利用数字化的便利，在未经授权和许可的情况下复制和传播相关数字文件，谋取利益，造成了盗版猖獗。同时，因为数字文件篡改方便，司法鉴定困难，非法传播迅速，导致了打击盗版的难度大大提升。
对于数字文件而言，传统的保护技术是以密码技术为核心的，这使得其在保护数字文件的同时，也造成了数字文件的内容被扰乱。而且，密码技术是通过正确的密钥来进行解扰使其能够正常工作，从而被人体的视觉和听觉系统接受。通过加密和解密过程，使得模拟信号实现，然后为人类的视觉与听觉系统接受。在这个过程中，数字文件可以被数字设备很轻易地截获，并被重新数字化相关的内容，从而绕过以密码技术为核心的传统保护机制，使得其内容无法被保护。另一方面，在木马技术飞速发展的今天，密钥很有可能被泄露或者盗取，此外，加密算法被破解的情况下，以密码技术为核心的传统加密技术就失去了其安全性。所以，为了更好地保护数字文件的相关版权，同时在不影响数字文件内容的情况下，对其进行加密，弥补以密码技术为核心的传统保护技术的不足。数字水印技术成为了近十多年来数字文件版权保护的方面的研究热点之一。
1.2数字水印方法研究现状及本文研究意义
在二十世纪的九十年代的初期，为了对数字图像和视频内容进行有效的内容保护，同时对其数字权限管理，萌生了一项新的技术，这就是数字水印技术。
通过不可被人类视觉和听觉系统感知的方式，将某种标识信息嵌入到数字文件的内容，而这种标识信息就是数字水印。作为数字水印，它不能严重影响数字文件的感官质量，造成其严重失真。所以，数字水印可以代表诸多与数字文件内容版权保护相关的信息，如：版权信息，授权信息等。用户等可以在使用数字文件之前，检测文件中的数字水印，然后根据数字水印所表达的安全信息对其内容进行相应的保护。
数字水印技术被用作是传统数字加密技术的一种补充手段，它较之传统加密技术有如下几点显著的优势：（1）数字水印信号是直接通过算法被嵌入到数字图像或者视频的内容中去的，然后通过水印检测器检测到的输出信息，来对数字文件的内容本身进行相应的保护的；而传统的加密技术只能保证文件内容的安全运输，不能对文件内容本身进行保护；（2）数字水印信息是始终存在于相对应的图像或者视频的内容中的，所以不会被针对图像或者视频内容的普通信号处理所去除或完全破坏掉，其中的数字水印信息仍然可以被水印检测器检测出来；（3）数字水印的嵌入具有不可见性，它不会被人类的视觉听觉系统感受到，因此，它不会影响数字文件内容的正常使用；而传统的加密技术是扰乱数字文件的本身内容的，不通过正确的密钥进行解扰的话，不能被正常使用，限制了数字文件内容的传播和使用。
正是由于数字水印技术具有上述的特点，使得水印技术有极大的可能性在版权控制(例如：版权认证、交易跟踪、拷贝控制等)和广播监听还有内容认证以及设备控制等领域取得广泛的应用。数字水印技术的研究涵盖涉及的领域相当的广泛，它是囊括了计算机视觉与模式识别和数据压缩还有图像与视频处理以及通信理论和信号检测与估计以及信息论和密码学等诸多领域的交叉学科，因为涉及覆盖面广，具有极其重要的理论意义，同时这项技术在现实的应用中也具有很重大的意义，所以数字水印技术的发展也推动了与之相关的领域的理论与现实应用的发展。
可知，本文研究是建立在MATLAB图形用户界面上的数字水印系统，运用到MATLAB中强大的GUI功能通过小波变换，将数字水印嵌入算法和提取算法通过以图形用户界面的形式展现给用户，方便用户或操作员操作。使得数字水印的使用更加的简便，同时也方便了数字水印系统的推广。使得数字水印技术更好的为数字文件的保护做出贡献。
1.3本论文主要研究内容
本论文设计是建立在MATLAB图形用户界面GUI的基础之上的数字水印系统，利用MATLAB中强大实用的GUI功能，通过小波变换，编写程序。将数字水印嵌入算法和提取算法通过以图形用户界面的形式展现给用户，方便用户或操作员操作。数字水印算法的嵌入算法和提取算法都要基于小波变换进行，同时剪切图片，增亮图片等方式攻击图片，进行测试。来对嵌入水印的不可见性以及鲁棒性的特性进行验证。
第一章，绪论，主要介绍数字水印的选题背景，发展现状和研究意义。通过比较，明确以密码技术为核心的传统保护机制的不足：不能很好地保护数字文件的内容，而数字水印技术能弥补其不足，是传统加密技术的很好补充。
第二章，介绍了数字水印的相关原理，同时介绍了数字水印的特点、分类计算法。
第三章，介绍了MATLAB与GUI的相关信息
第四章，介绍了实验仿真，同时通过不同的方式对其进行攻击，验证其鲁棒性。
最后对本文进行数字水印的运用进行总结与展望。
第2章 数字水印技术及原理
2.1 数字水印
数字水印（Digital Watermarking）技术是通过直接或者是间接地方式将含有特定信息的标示信息嵌入到数字载体（包括文档，图片，视频等）当中去，同时不影响原来数字载体的正常使用，也不会轻易的被探索到。通过检测到嵌入载体中的隐藏的标识信息，可以达到保证数字载体版权不被侵占，篡改的目的。数字水印技术因为不易被察觉，同时也不易被篡改的特点没成为了保护数字文件版权的有效办法，并且成为当今研究数字文件保护的热点之一。
2.1.1 数字水印的特点
数字水印一般具有的特点是安全性和隐蔽性以及鲁棒性。
数字水印的安全性主要体现在数字水印作为标识信息，其自身的信息必须保证安全，同时不能有较高的误检测率，随原内容变化，能与之同变。通过检测结果，可以检测出原始数据的变更；数字水印也必须具备对其重复添加的抵抗性。
摘要
数字水印技术在近十几年中发展十分迅速，它是一种将标识信息，如：文字，图片等。在不影响数字载体使用价值的同时，嵌入到数字载体中，从而保证数字载体的相关版权的一种技术。它具有不可见性和鲁棒性等特性，是传统加密技术的一种补充。
本毕业设计是通过利用MATLAB图形用户界面设计数字水印系统，运用MATLAB强大的GUI功能通过小波变换（DWT）将数字水印嵌入算法和提取算法通过图形用户界面的形式展现出来，方便用户或操作员操作。
本文中的数字水印算法的嵌入算法和提取算法都基于小波变换进行，首先将原始水印图像通过混沌序列进行置乱，然后将置乱后的加密水印嵌入载体图像，通过反变换提取水印图片。同时通过不同方式的攻击测试，如：剪切图像等。以保证嵌入水印的不可见性以及鲁棒性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:数字水印MATLABDWT变换
目录
第1章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2数字水印方法研究现状及本文研究意义 2
1.3本论文主要研究内容 3
第2章 数字水印技术及原理 4
2.1 数字水印 4
2.1.1 数字水印的特点 4
2.1.2 数字水印的分类 4
2.1.3 数字水印的算法 5
第3章 MATLAB和GUI的介绍 9
3.1MATLAB介绍 9
3.2 GUI介绍 11
第4章数字水印的实验仿真 12
4.1主界面 12
4.2打开载体图像 12
4.3打开原始水印图像 13
4.4加密水印图像 14
4.5嵌入数字水印 15
4.6验证鲁棒性并提取水印 16
第5章总结与展望 25
5.1总结 25
5.2展望 25
参考文献 27
致谢 28
第1章 绪论
1.1选题背景
进入二十一世纪后，计算机产业飞速发展，同时以计算机产业为基础的现代信息技术也得到了持续的发展。人们步入了数字化的时代。通过数字化采集，存储，处理，传播和使用图像内容，与传统方法相比具有很多优点：（1）存储和传播方便、成本低;(2)可以被大量精准的复制拷贝（3）各种软件的发布和广泛使用，简化了图像等的编辑修改和处理；（4）数字消费等行业发展，增进了人类对数字生活的享受。使人类可以做到足不出户的同时，体验最新的、最全的图像影音资源。因特网使人们步入了信息爆炸式发展的潮流。
但是，凡事有利有弊。在信息化高速发展的同时，数字媒体知识产权保护方面的问题变得尤为明显。许多不法分子利用数字化的便利，在未经授权和许可的情况下复制和传播相关数字文件，谋取利益，造成了盗版猖獗。同时，因为数字文件篡改方便，司法鉴定困难，非法传播迅速，导致了打击盗版的难度大大提升。
对于数字文件而言，传统的保护技术是以密码技术为核心的，这使得其在保护数字文件的同时，也造成了数字文件的内容被扰乱。而且，密码技术是通过正确的密钥来进行解扰使其能够正常工作，从而被人体的视觉和听觉系统接受。通过加密和解密过程，使得模拟信号实现，然后为人类的视觉与听觉系统接受。在这个过程中，数字文件可以被数字设备很轻易地截获，并被重新数字化相关的内容，从而绕过以密码技术为核心的传统保护机制，使得其内容无法被保护。另一方面，在木马技术飞速发展的今天，密钥很有可能被泄露或者盗取，此外，加密算法被破解的情况下，以密码技术为核心的传统加密技术就失去了其安全性。所以，为了更好地保护数字文件的相关版权，同时在不影响数字文件内容的情况下，对其进行加密，弥补以密码技术为核心的传统保护技术的不足。数字水印技术成为了近十多年来数字文件版权保护的方面的研究热点之一。
1.2数字水印方法研究现状及本文研究意义
在二十世纪的九十年代的初期，为了对数字图像和视频内容进行有效的内容保护，同时对其数字权限管理，萌生了一项新的技术，这就是数字水印技术。
通过不可被人类视觉和听觉系统感知的方式，将某种标识信息嵌入到数字文件的内容，而这种标识信息就是数字水印。作为数字水印，它不能严重影响数字文件的感官质量，造成其严重失真。所以，数字水印可以代表诸多与数字文件内容版权保护相关的信息，如：版权信息，授权信息等。用户等可以在使用数字文件之前，检测文件中的数字水印，然后根据数字水印所表达的安全信息对其内容进行相应的保护。
数字水印技术被用作是传统数字加密技术的一种补充手段，它较之传统加密技术有如下几点显著的优势：（1）数字水印信号是直接通过算法被嵌入到数字图像或者视频的内容中去的，然后通过水印检测器检测到的输出信息，来对数字文件的内容本身进行相应的保护的；而传统的加密技术只能保证文件内容的安全运输，不能对文件内容本身进行保护；（2）数字水印信息是始终存在于相对应的图像或者视频的内容中的，所以不会被针对图像或者视频内容的普通信号处理所去除或完全破坏掉，其中的数字水印信息仍然可以被水印检测器检测出来；（3）数字水印的嵌入具有不可见性，它不会被人类的视觉听觉系统感受到，因此，它不会影响数字文件内容的正常使用；而传统的加密技术是扰乱数字文件的本身内容的，不通过正确的密钥进行解扰的话，不能被正常使用，限制了数字文件内容的传播和使用。
正是由于数字水印技术具有上述的特点，使得水印技术有极大的可能性在版权控制(例如：版权认证、交易跟踪、拷贝控制等)和广播监听还有内容认证以及设备控制等领域取得广泛的应用。数字水印技术的研究涵盖涉及的领域相当的广泛，它是囊括了计算机视觉与模式识别和数据压缩还有图像与视频处理以及通信理论和信号检测与估计以及信息论和密码学等诸多领域的交叉学科，因为涉及覆盖面广，具有极其重要的理论意义，同时这项技术在现实的应用中也具有很重大的意义，所以数字水印技术的发展也推动了与之相关的领域的理论与现实应用的发展。
可知，本文研究是建立在MATLAB图形用户界面上的数字水印系统，运用到MATLAB中强大的GUI功能通过小波变换，将数字水印嵌入算法和提取算法通过以图形用户界面的形式展现给用户，方便用户或操作员操作。使得数字水印的使用更加的简便，同时也方便了数字水印系统的推广。使得数字水印技术更好的为数字文件的保护做出贡献。
1.3本论文主要研究内容
本论文设计是建立在MATLAB图形用户界面GUI的基础之上的数字水印系统，利用MATLAB中强大实用的GUI功能，通过小波变换，编写程序。将数字水印嵌入算法和提取算法通过以图形用户界面的形式展现给用户，方便用户或操作员操作。数字水印算法的嵌入算法和提取算法都要基于小波变换进行，同时剪切图片，增亮图片等方式攻击图片，进行测试。来对嵌入水印的不可见性以及鲁棒性的特性进行验证。
第一章，绪论，主要介绍数字水印的选题背景，发展现状和研究意义。通过比较，明确以密码技术为核心的传统保护机制的不足：不能很好地保护数字文件的内容，而数字水印技术能弥补其不足，是传统加密技术的很好补充。
第二章，介绍了数字水印的相关原理，同时介绍了数字水印的特点、分类计算法。
第三章，介绍了MATLAB与GUI的相关信息
第四章，介绍了实验仿真，同时通过不同的方式对其进行攻击，验证其鲁棒性。
最后对本文进行数字水印的运用进行总结与展望。
第2章 数字水印技术及原理
2.1 数字水印
数字水印（Digital Watermarking）技术是通过直接或者是间接地方式将含有特定信息的标示信息嵌入到数字载体（包括文档，图片，视频等）当中去，同时不影响原来数字载体的正常使用，也不会轻易的被探索到。通过检测到嵌入载体中的隐藏的标识信息，可以达到保证数字载体版权不被侵占，篡改的目的。数字水印技术因为不易被察觉，同时也不易被篡改的特点没成为了保护数字文件版权的有效办法，并且成为当今研究数字文件保护的热点之一。
2.1.1 数字水印的特点
数字水印一般具有的特点是安全性和隐蔽性以及鲁棒性。
数字水印的安全性主要体现在数字水印作为标识信息，其自身的信息必须保证安全，同时不能有较高的误检测率，随原内容变化，能与之同变。通过检测结果，可以检测出原始数据的变更；数字水印也必须具备对其重复添加的抵抗性。
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