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1、毕 业 论 文基于小波变换的自适应水印算法摘 要根据人类视觉系统特性和小波变换特性,提出了一种新的自适应水印算法,这种新的自适应水印算法可将小波变换后图像的小波系数组成小波子块,根据人类视觉系统特性,采用多参数对小波子块进行分类,根据分类结果并结合小波变换特性,将水印嵌入到不同的小波子块中,通过检测提取出的水印与原水印相似度及峰值信噪比，检验算法的鲁棒性和保真度。实验结果表明,该算法具有较好的鲁棒性和保真度.关键词：数字水印 小波变换 人类视觉系统 图像自适应目 录1 绪论 .11.1 论文的研究背景及意义 .11.2 国内外研究概况 .21.2.1 国内研究概况 .21.2.2 国外研究概况
2、 .31.3 论文的主要内容及结构安排 .61.3.1 论文的主要内容 .62 自适应小波算法及相关原理 .72.1 小波变换 .72.1.1 连续小波变换 .72.1.2 离散小波变换 .72.2 水印嵌入 .82.3 水印提取 .92.4 数字水印的特性 .92.5 攻击方法 .112.6 人类视觉系统（HVS）.113 仿真结果及分析 .123.1 仿真过程 .123.1.1 水印嵌入 .123.1.2 水印提取过程 .153.2 鲁棒性分析 .163.3 保真度分析 .184 结论 .18参 考 文 献 .19英文摘要 .20附录 .21致 谢 .25仲恺农业工程学院毕业设计成绩评定表
3、 .261 绪论1.1 论文的研究背景及意义随着社会信息化的发展，信息在社会中的地位和作用越来越重要。信息媒体的数字化为信息的存取提供了极大的便利性，同时也显著提高了信息表达的效率和准确性。特别是随着计算机网络通讯技术的发展，数据的交换和传输变成了一个相对简单的过程，人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅速地将数字信息传输到所期望的地方。随之而来的副作用是这些数字形式的数据文件或作品使有恶意的个人和团体有可能在没有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容，例如，现代盗版者仅需轻点几下鼠标就可以获得与原版一样的复制品，并以此获取暴利；而一些具有特殊意义的信息，如涉及司法诉
4、讼、政府机要等信息，则会遭到恶意攻击和篡改伪造等等。 这一系列数字化技术本身的可复制和广泛传播的特性所带来的负面效应，已成为信息产业健康持续发展的一大障碍，目前，数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证问题变得日益突出，且已成为数字世界中一个非常重要和紧迫的议题。尤其是数字产品在网络中发布、传输存在的安全性问题。 “信息提供者”是数字产品的版权所有者，他们通过网络发布数字产品。 “信息消费者”是数字产品的消费者，他们希望通过网络接受到数字产品（因为网络可以减少不必要的成本，如邮费等） 。 “攻击者”是非法用户、未经授权的供应者和蓄意破坏者的总称，他们未经合法版权所有者的许可，重新发布产品或有意破
5、坏原始作品并重新发布其不可信版本。从而信息消费者难免间接收到盗版的副本。数字产品受到的间接攻击主要来自两个方面：一、恶意篡改 修改数字产品的内容，使得合法用户接收到的数字产品不真实、不可靠、甚至失去原有的使用价值。 二、侵犯版权 版权侵犯有三种形式，1.非法使用：未经版权所有者的容许非法复制或翻印数字产品。 2.非法转卖：未经版权所有者的容许将数字产品转卖。 3.破坏版权：将数字产品所携带的版权信息消除，使得该产品得不到正当的保护。 以前解决数字产品安全的问题是通过密码学方法完成的，即首先将数字产品加密成密文然后发布，使得网络传输过程中的非法攻击者无法从密文中获得机密信息，从而达到信息安全的目
6、的，但这并不能完全解决问题，一方面加密后的文件因其不可理解性而大大妨碍了信息的传播，另一方面文件解密后内容完全透明，将不再受到保护，无法幸免于盗版和侵权。因而传统的密码学方法已经受到了十分严峻的挑战。 在这种情况下，信息隐藏技术引起了人们的高度重视。信息隐藏是将有用的或重要的信息隐藏于其他信息里面以掩饰其存在。由其发展和演变而来的数字水印技术成为了当前国际学术界研究的一个前沿方向和热点。 在数字产品的网上交易和传输中，有两个关键的技术问题需要解决：一是数字产品的访问控制和安全传输；二是数字产品内容的保护。 访问控制需要解决用户的认证及管理、对多媒体产品数据库的访问控制以及数据的安全传输等问题，
7、该问题可由传统的密码学方法解决。 第二个问题主要分两个部分：一是版权保护，二是内容完整性（真实性）的保护。第二个问题就要用到数字水印技术了，而传统的密码学方法无能为力。 数字水印属于信息隐藏的一种，它是将具有确定性和保密性的信息（水印）嵌入到数字产品（静止图像、语音、文档、视频等）中，使之作为原始数据的一部分而保留在其中，从而实现隐藏传输、存储、标注、身份识别、版权保护等功能。可见，一方面，它可以被用来证明原创作者对其作品的所用权，作为鉴定、起诉非法侵权的证据；另一方面，作者还可以通过对其数字产品中的水印进行探测和分析来实现对作品的动态跟踪，从而保证其作品的完整性，因而数字水印已经成为了知识产
8、权保护和数字产品防伪的有效手段。 数字水印版权保护的基本手段是将版权、产品的标识码以及购买者的信息等（称为水印信号）嵌入到数字产品中。嵌入的水印信号应当不降低原数据的质量、且在感觉上不易察觉（即不可见水印，可见水印由于容易受到攻击，目前已不是研究的主流方向） ，能够经受一定的攻击而不被清除，需要时可以通过检测（提取）嵌入的水印信息来鉴别数字产品的版权、认证该数据的真伪或辨识该产品的原购买者、进行完整性鉴定等等1数字水印技术是近年来发展起来的一项重要应用研究，其学术特点在于它横跨计算机科学、图像信息处理、多媒体技术、模式识别、密码学、数字通讯等众多学科和领域。作为数字化时代的一门新兴技术，它尚未
9、形成一套独立完整的学科理论体系，但其重要的现实作用已经引起国内外众多学者、研究机构和公司的极大兴趣，成为当前信息科学中的一个新颖且具有广阔应用前景的研究热点。 1.2 国内外研究概况1.2.1 国内研究概况在国内，由于盗版横行，数字水印技术已经慢慢被意识到其存在的重要性。根据数字水印技术作用域的不同，数字水印技术可以分为空间域水印技术和变换域水印技术，我们从两种域空间来说明数字水印技术的国内研究现状。 a) 对空间域水印技术的研究 空域技术直接更改图像的数据，通常是在图像的亮度或彩色光带或者在两者之上加一个调制信号来嵌入数字水印。该技术属于早期研究，目前的水印技术大都是基于最低有效位 LSB（
10、Least Significant Bit）方法。该方法把水印信息放在图像数据的最低位上，保证了水印的不可见性，但它的鲁棒性差，一般的图像压缩和量化就可以把大部分水印去掉。 b) 对变换域水印技术的研究 变换域水印技术是先将图像变换到频率域，改变图像的频率域系数，然后进行反变换得到加入水印的图像。几种最常见的变换是离散傅立叶变换（DFT） ，离散余弦变换（DCT） ，离散小波变换（DWT）等。 一种基于分块 DCT 变换的数字图像水印算法，该算法将图像先分成 88 块，并对每一块做 DCT，然后选择其中的一部分作为修改的对象。接着在所选块中，根据一定的规则挑选一些位于中频的 DCT 系数嵌入水
11、印。 一种基于 Gaussian 网分类器的图像水印算法，修改其中选定的像素点，使得它们的DCT 系数满足一定的约束条件，该算法抗 JPEG 压缩能力非常好。 一种基于 DCT 域的水印算法，将一串随机序列加到选定的图像的 DCT 系数中，并在算法中利用了 HVS 的屏蔽性，从而更好地满足了水印的不可见性，这种算法在提取水印时不需要原始图像。 一种新的盲图像水印检测算法，在 DCT 域嵌入水印，采用符号相关检测来检测水印。 随着水印算法研究的逐渐深入，对水印的鲁棒性要求也越来越高，因此水印算法的研究也与更多的学科相结合，如通信与信息理论、图像与语音处理、信号检测与估计、数据压缩技术、人类视觉与听觉系统、计算机网络与应用、电波传播等。从国内外对水印的研究来看：变换域的水印技术是当前数字水印技术研究的主流。 1.2.2 国外研究
