《基于小波变换的数字水印技术研究-毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于小波变换的数字水印技术研究-毕业论文（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基 于 小 波 变 换 的 数 字 水 印 技 术 研 究摘 要 ： 算 法 基 于 Haar小 波 变 换 ， 把 小 波 系 数 分 块 ， 并 计 算 每 个 块 的 平均 值 。 在 一 系 列 信 号 处 理 之 后 ， 这 些 块 (尤 其 是 大 的 块 )的 平 均 值 不 会有 很 大 改 变 ， 否 则 ， 重 构 的 图 像 就 与 原 始 图 像 有 很 大 差 别 。 通 过 对 这些 块 的 平 均 值 进 行 量 化 来 嵌 入 水 印 ； 提 取 时 也 依 赖 于 相 应 块 的 平 均值 ， 所 以 不 需 要 原 始 图 像 参 与 。 算 法 对 有 损
2、 压 缩 、 小 波 压 缩 、 噪 声 、中 值 滤 波 和 剪 裁 等 操 作 有 较 好 的 鲁 棒 性 。关 键 词 ： 信 息 隐 藏 ； 数 字 水 印 ； 小 波 变 换引 言 随 着 计 算 机 和 网 络 的 飞 速 发 展 ， 人 们 的 许 多 创 作 和 成 果 都 以 数 字形 式 进 行 存 储 和 发 布 。 然 而 ， 数 字 作 品 极 易 被 非 法 拷 贝 、 伪 造 和 窜 改 ，使 得 很 多 版 权 所 有 者 不 愿 意 利 用 网 络 公 开 其 作 品 ， 从 而 阻 碍 其 自 身 发展 。 目 前 ， 数 字 作 品 的 版 权 保 护 不
3、 仅 仅 是 立 法 问 题 ， 也 是 一 个 很 重 要的 技 术 难 题 。 从 技 术 上 看 ， 数 字 媒 体 版 权 信 息 的 嵌 入 和 检 测 问 题 ， 是数 字 作 品 版 权 保 护 的 两 个 关 键 问 题 ， 它 综 合 了 传 统 密 码 学 的 认 证 和 鉴别 问 题 的 特 点 ， 又 加 入 了 稳 健 性 要 求 。 版 权 保 护 信 息 必 须 与 被 保 护 的数 据 密 切 结 合 ， 版 权 保 护 信 息 的 鉴 别 过 程 必 须 具 有 了 抗 干 扰 能 力 。 在这 种 情 况 下 ， 数 字 水 印 技 术 应 运 而 生 。1
4、.数 字 水 印 技 术 概 述提 到 水 印 ， 人 们 都 会 想 到 钞 票 中 的 水 印 。 钞 票 水 印 具 有 两 条 特 性 ，首 先 ， 水 印 在 通 常 情 况 下 不 可 见 ， 只 有 在 特 殊 的 观 察 条 件 下 才 可 见 （ 钞票 中 水 印 在 光 下 可 见 ） 。 其 次 ， 水 印 信 息 必 须 与 载 体 对 象 相 关 （ 在 这里 表 示 纸 币 的 真 实 性 ） 。1.1数 字 水 印 技 术 的 特 性可 证 明 性 ： 能 够 为 受 到 版 权 保 护 的 数 字 产 品 提 供 完 全 可 靠 的 证 据 。不 可 见 性 ：
5、 即 被 嵌 入 水 印 信 息 的 数 字 产 品 不 会 出 现 明 显 的 质 量 下 降 ，隐 藏 的 数 据 不 易 被 察 觉 ； 另 外 ， 不 能 用 统 计 的 方 法 恢 复 出 水 印 。鲁 棒 性 ： 添 加 的 数 字 水 印 必 须 对 施 加 于 宿 主 图 象 的 攻 击 具 有 一 定 的 免疫 能 力 ， 不 能 因 为 对 宿 主 图 象 的 某 种 操 作 而 导 致 水 印 信 息 丢 失 。1.2数 字 水 印 技 术 的 应 用水 印 技 术 的 应 用 极 为 广 泛 ， 主 要 有 以 下 7 种 应 用 领 域 ： 广 播 监 控 、所 有
6、者 识 别 、 所 有 权 验 证 、 交 易 跟 踪 、 内 容 真 伪 鉴 别 、 拷 贝 控 制 以 及设 备 控 制 。2.小 波 变 换 理 论自 1986 年 以 来 ， 小 波 分 析 的 理 论 、 方 法 与 应 用 的 研 究 一 直 方 兴未 艾 。 作 为 一 种 数 学 工 具 ， 小 波 变 换 是 对 人 们 熟 知 的 傅 立 叶 变 换 和 窗口 傅 立 叶 变 换 的 一 个 重 大 突 破 ， 为 信 号 分 析 、 图 像 处 理 及 其 它 非 线 性科 学 研 究 领 域 带 来 了 革 命 性 的 影 响 。人 类 视 觉 系 统 （ HVS） 的
7、 文 理 特 性 和 照 亮 掩 蔽 特 性 表 明 ， 纹 理 越复 杂 ， 背 景 的 亮 度 越 亮 ， 人 类 视 觉 对 其 轻 微 变 化 就 越 不 敏 感 。 大 量 的研 究 表 明 ， 人 眼 在 处 理 图 像 信 号 时 ， 将 图 像 滤 波 成 若 干 的 子 带 信 号 ，他 们 占 据 不 同 的 频 率 范 围 ， 即 图 像 在 HVS中 被 认 为 是 由 不 同 频 率 范 围的 信 息 组 成 。 其 特 征 为 ： 人 眼 对 反 映 局 部 结 构 的 边 缘 和 轮 廓 不 敏 感 ；对 低 频 信 号 ， 表 现 出 较 高 的 灵 敏 度 。
8、 HVS在 同 一 品 大 范 围 对 不 同 方 向纹 理 细 节 信 号 等 表 现 出 不 同 的 灵 敏 度 ， 这 一 特 点 与 小 波 变 换 的 多 分 辨率 分 析 具 有 一 定 的 相 似 性 。 小 波 变 换 是 傅 立 叶 变 换 的 发 展 ， 是 空 间 和频 率 的 局 部 变 换 ， 它 在 频 域 和 时 域 同 时 具 有 良 好 的 局 部 化 特 征 。 小 波变 换 在 图 像 处 理 中 的 基 本 思 想 是 把 图 像 进 行 多 分 辨 率 分 解 成 不 同 的空 间 和 独 立 的 频 率 带 的 子 图 像 ， 然 后 对 子 图 像
9、 的 系 数 进 行 处 理 。 根 据S. Mallat的 塔 式 分 解 算 法 ， 图 像 经 过 小 波 变 换 后 分 解 成 四 个 子 图 ：水 平 方 向 LH、 垂 直 方 向 HL 和 对 角 线 方 向 HH 的 中 高 频 细 节 子 图 和 低频 逼 近 子 图 LL。 低 频 部 分 还 可 以 继 续 分 解 ， 产 生 三 个 高 频 带 系 列 LHn、HLn、 HHn（ n=1， 2， 3） 和 一 个 低 频 带 LL3（ 见 图 1） 。 图 1 中 的 LL3表 示 小 波 变 换 分 解 级 数 决 定 的 最 大 尺 度 、 最 小 分 辨 率 下
10、 对 原 始 图 像 的最 佳 逼 近 ， 它 的 同 级 特 征 和 原 理 图 相 似 ， 图 像 大 部 分 能 量 集 中 于 此 。高 频 带 系 列 代 表 图 像 的 边 缘 和 纹 理 。3.DWT变 换 域 数 字 水 印 技 术3.1数 字 水 印 嵌 入 技 术图 像 的 水 印 技 术 根 据 水 印 嵌 入 的 方 式 可 以 分 为 两 类 ： 时 /空 域 技术 （ 水 印 被 直 接 嵌 入 在 图 像 的 亮 度 值 中 ） 和 变 换 域 技 术 （ 将 图 像 做 某种 数 学 变 换 ， 然 后 水 印 被 嵌 入 于 变 换 系 数 中 ） 。 早 期
11、 人 们 对 水 印 的 研究 基 本 上 是 基 于 时 空 域 的 ， 算 法 相 对 简 单 ， 实 时 性 较 强 ， 但 在 鲁 棒 性上 不 如 变 换 域 算 法 。 目 前 变 换 域 方 法 正 日 益 普 遍 ， 有 DCT、 DWT、 DFT变 幻 域 算 法 。 变 换 域 算 法 的 优 点 是 ： 1、 水 印 信 息 分 布 到 空 间 域 的 所有 像 素 上 ， 有 利 于 提 高 水 印 的 不 可 见 性 。 2、 能 方 便 的 与 HVS(人 类 视觉 系 统 )的 某 些 特 性 结 合 。 3、 很 好 的 鲁 棒 性 ， 对 图 像 压 缩 、
12、常 用 的 图像 滤 波 以 及 噪 声 均 有 一 定 的 抵 抗 力 。 离 散 余 弦 变 换 是 从 图 像 空 间 到 频率 空 间 的 全 局 变 换 ， 由 于 离 散 余 弦 变 换 的 全 局 本 质 ， 在 变 换 空 间 中 任何 一 个 数 据 的 误 差 都 会 影 响 到 图 像 中 的 每 一 个 像 素 。 利 用 小 波 变 换 把原 始 图 像 分 解 成 多 频 段 的 图 像 ， 能 适 应 人 眼 的 视 觉 特 性 且 使 得 水 印 的嵌 入 和 检 测 可 分 多 个 层 次 进 行 ， 小 波 变 换 域 数 字 水 印 方 法 见 具 有 时
13、 空域 方 法 和 DCT变 换 域 方 法 的 优 点 。在 一 系 列 信 号 处 理 后 ， 如 果 观 察 者 的 主 观 感 觉 图 像 的 变 化 不 大 ，那 么 图 像 处 理 前 后 低 、 中 频 的 小 波 系 数 的 改 变 幅 度 同 样 有 限 ， 另 外 系数 幅 值 改 变 的 方 向 (变 大 或 变 小 )在 多 数 情 况 下 也 不 同 ， 因 此 ， 低 、 中频 系 数 的 平 均 改 变 幅 度 十 分 有 限 。 本 算 法 选 取 部 分 低 、 中 频 系 数 并 分成 一 定 大 小 的 系 数 块 ， 通 过 量 化 系 数 块 的 平
14、均 值 来 嵌 入 水 印 序 列 。3.1.1选 择 系 数设 X(m， n)是 一 幅 大 小 为 M*N灰 度 级 为 2“ 的 灰 度 图 像 (1 m M ，1 n N)， 其 中 M， N， a为 正 整 数 。 对 X(m， n)进 行 l层 (l为 正 整 数 )小 波 分 解 ， 得 到 3 l个 细 节 图 像 和 一 个 低 频 近 似 图 像 ， 用 Xk， l(mi，nj)k=h， v ， d； l=1， 2， ， l； mi=1， 2， ， M 2l ； nj=1， 2， ，N 2l 表 示 选 择 的 小 波 系 数 ， 其 中 l表 示 分 解 的 层 次 ，
15、k=h， v， d分 别表 示 第 l层 水 平 、 垂 直 和 对 角 方 向 的 子 图 像 。 考 虑 到 量 化 低 频 子 图 可能 产 生 较 大 失 真 ， 因 此 不 在 其 中 嵌 入 水 印 ， 而 选 择 除 低 频 外 的 中 频 系数 3。3.1.2分 块 并 计 算 每 块 的 平 均 值根 据 嵌 入 的 信 息 量 和 对 算 法 鲁 棒 性 的 要 求 ， 块 越 大 ， 水 印 的 鲁 棒性 越 好 ， 但 嵌 入 的 水 印 比 特 少 。 把 XK， l (mi， nj)分 成 一 定 大 小 的 块 ，用 Block(s， t)表 示 XK， l(mi
16、， nj)中 大 小 为 s t的 系 数 块 ， 其 中 s=1，2， ， mi ， t=1， 2， ， nj， b为 正 整 数 ， 代 表 该 块 的 编 号 。 其 平 均值 为 Ave= Block（ s， t） /（ s*t） ： 其 中 Block 为 块 内 系 数 幅 值的 累 计 和 。3.1.3 量 化水 印 序 列 w的 嵌 入 是 通 过 对 Ave 的 量 化 完 成 的 ， 例 如 ： 量 化 成 奇数 代 表 嵌 入 “ 1” ， 量 化 成 偶 数 相 当 于 嵌 入 “ 0” 。 根 据 对 鲁 棒 性 和 隐 藏性 的 折 中 考 虑 ， 设 量 化 间 隔 l， l=1， 2， ， l表 示 分 解 层 数 ， 对 于低 频 的 第 l层 ， 由 于 系 数 幅 值 极 大 ， 可 以 作 较 大 间 隔 的 量 化 ， 对 第l-1， ， 1层 次 作 间 隔 逐 渐 减 小 的 量 化 ， 量 化 按 下 图 进 行 ：根 据 wi =0， 1将 Ave
