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1、哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）基于Curvelet变换的数字水印算法的研究学 生 姓 名： 指 导 教 师： 专 业 班 级： 印刷工程 学 号： 学 院： 轻工学院 二XX 年 六 月 十一 日哈尔滨商业大学毕业设计（论文）摘 要Curvelet变换是在单尺度脊波分析的基础上构造出来的一种多尺度脊波系统。该变换在很大程度上弥补了小波变换的缺陷，不但具有小波变换多尺度的特点，同时还具有较强的方向辨识能力。而且Curvelet变换对于具有光滑奇异性曲线的目标函数，提供了稳定的、高效的和近乎最优的表示。相对于小波变换来说，Curvelet变换可以更好的表达图像，使信号能量更集中，为图像处理提供
2、了很多有用的信息。Curvelet变换在图像处理及信息安全领域表现出了极大的优势，引起了人们的广泛关注。基于此，本文简要介绍了数字水印技术的基本概况，并在此基础上对基于Curvelet变换的水印算法作了详细的介绍。关键词：数字水印技术；Curvelet变换；变换域算法；空域算法Abstract Curvelet transform is constructed on the basis of a single scale on ridgelet out of a multi-scale ridgelet system.This transformation is largely made up
3、 for the defects of wavelet transform, not only has the characteristics of multi-scale wavelet transform, also has a strong ability to identify the direction.And Curvelet transform objective function singularity with a smooth curve, providing a stable, efficient and near-optimal representation.With
4、respect to the wavelet transform is, Curvelet transformation can better express the image, the signal energy is more focused, image processing provides a lot of useful information.Curvelet transform in image processing and information security field showed a great advantage, attracted wide attention
5、. Based on this, this paper introduces the basic overview of digital watermarking technology, and on this basis, based on Curvelet transform watermarking algorithm introduced in detail.Keywords:Digital watermarking technology;Curvelet transform;Transform domain algorithm;The airspace algorithmII目 录摘
6、 要IAbstractII1 绪 论11.1研究背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 本文的主要工作与内容安排31.4 本章小结42 数字水印技术简介52.1数字水印技术的基本原理52.2数字水印技术的基本模型52.2.1水印的生成52.2.2 水印嵌入模型62.2.3 水印提取模型62.2.4 水印检测模型72.3 数字水印技术的基本特征72.4 数字水印技术的分类82.5 数字水印技术的应用112.6 水印的攻击方法132.7 水印的评价指标142.8 本章小结153 数字水印的典型算法163.1 基于空间域的数字水印算法163.1.1 最低位有效算法163.1.2 Patchwor
7、k算法163.1.3 纹理块映射编码法163.1.4比较分析173.2 基于变换域的数字水印算法173.2.1 离散傅立叶变换算法183.2.2 离散余弦变换算法183.2.3 离散小波域变换算法193.2.4 比较分析203.3本章小结214 一种基于Curvelet变换的数字水印算法224.1 Curvelet变换的发展224.1.1傅立叶变换224.1.2小波变换234.1.3脊波变换234.1.4比较分析244.2 Curvelet变换原理244.2.1 第一代Curvelet变换244.2.2 第二代Curvelet变换254.3 Curvelet变换的系数特点分析264.4 Cur
8、velet变换的实现方法264.5基于Curvelet变换的关键技术274.6 Curvelet变换存在的不足284.7 本章小结28结 论29参考文献30致 谢33II哈尔滨商业大学毕业设计（论文）1 绪 论1.1研究背景及意义数字水印技术自上世纪90年代以来开始蓬勃发展，与其他许多的技术一样，数字水印技术的出现同样有着深刻的历史背景及意义。二十世纪中期以来，随着多媒体技术和计算机网络技术的飞速发展，数字音频、数字图像及数字视频等数字化的产品越来越多。同时，由于Internet的便利性和广泛性，使得数字化产品能以多媒体的形式在网络上广泛发布并传播，计算机网络的便捷性及优越性给人们带来了很大的
9、好处1。然而，人们在享受网络所带来的便利的同时，媒体信息的网络化和数字化也给版权保护带来了极大的挑战。这是由于多媒体产品的数字化特性使得数字式产品极易被非法编辑、拷贝、复制和篡改，人们可以简单方便的对有版权的内容进行无限制的复制和传播，数字式产品的侵权、非法拷贝及盗版问题日益严峻。因此，如何保护这些数字化产品的版权和内容安全成为一个迫在眉睫的问题。针对此类问题，数字水印技术以其独特的信息隐藏优势，首先引起了人们的广泛关注。随着科技的进步，信息技术在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。在我们的生活中，人们对多媒体信息的编辑、存储、拷贝、传送极其普遍，只有一些机密文件才可能会通过加密在进行传送。这
10、种加密技术虽然提高了信息的安全性，但有时加密保护的能力是有限的，人们只要获得密钥就可以对信息进行任意的修改、传播和使用，一旦信息被破解，就无法起到版权保护的作用。水印技术的出现，弥补了传统加密技术的不足，在一定程度上保护了产品的版权。数字水印技术是信息隐藏技术在多媒体领域中的一个重要应用，也是信息隐藏技术研究领域最为重要的一个分支，主要是通过一些隐藏技术对数字化的多媒体产品进行版权保护，是一种较为有效的数字版权保护和数据安全维护技术。数字水印通过将信息隐藏技术与密码学2相结合，不仅能保证信息自身的安全，还能让信息传递的过程变得更加安全和便利3。其核心内容是，在不影响原始数据可用性的前提下，将不
11、能被移除的水印信息嵌入到受保护的原始信号中，同时，水印信息可以正确、完整的被提取或检测出来，从而达到解决盗版跟踪和所有权纠纷等问题。数字水印这门新兴技术自上世纪90年代以来，取得了很大的进展，引起了国内外相关人士的浓厚兴趣，它作为一种新型的信息隐藏技术受到了越来越多的关注和重视，目前也成为多媒体安全领域的一个研究热点4,5。随着技术经济的发展、计算机网络技术的普及，数字水印技术逐渐成为版权保护的重要手段，它发挥着越来越重要的作用，具有更加广阔的发展空间和应用前景。1.2 国内外研究现状 作为信息隐藏技术最为重要的一个分支，自20世纪90年代以来，随着人们对版权保护意识的增强，数字水印技术的研究
12、引起了国内外研究者的极大兴趣，成为国内外学者的研究热点。早期的数字水印算法主要在空域实现，而且大都是针对数字图像进行研究的，该技术最早出现于1993 年 A. Z. Tirkel 等人撰写的“Electronic water mark”一文中6。在这篇文章中第一次出现了“water mark”这一术语，这标志着数字水印这门新兴学科的诞生。后来将两个词合二为一，于是“watermark”一词就出现了，而现在通常都是用“digital watermarking”表示“数字水印”。1994年，R.G. Schyndel 等人在 IEEE 国际图像处理会议上发表了一篇题为“A Digital Wate
13、rmark”的文章，在这篇文章中首次介绍了“数字水印”这一重要概念7。当时，他们对数字水印的重要性已有了深刻的认识，提出了可能的应用领域，并针对灰度图像提出了两种方案，即在图像的最低有效位中嵌入水印，该方案简单高效，但水印的鲁棒性较差，使得水印信息无法被正确提取。为了提高数字水印的鲁棒性，1996年Cox等人8提出了一种基于扩频通信思想的水印方案，利用离散余弦变换技术向静止的图像中添加标记来提高水印的鲁棒性。但该方法也存在着一些缺陷，在提取水印时，都需要利用原始载体或原始水印的相关信息，因此它不是盲水印方案。之后，在1998年，Chen等人9提出了一类盲水印方案。该方案使用量化器嵌入水印，在鲁
14、棒性和容量等方面都具有良好的性能，已成为数字水印技术中比较典型的一个方案。数字水印从正式提出到现在的二十多年间已成为学术界及一些大公司关注的焦点。从1994年至今，国内外学术界就已陆续发表关于数字水印的文章，且发表文章的数量越来越多，几个影响比较大的国际会议（如IEEE ICPC、IEEE ICASSP、ACM Multimedia等）及一些国际杂志（如Proceedings of IEEE、Signal Processing、IEEE Journal of Selected Areas on Communication、Communications of ACM等）都出版了与数字水印相关的文
15、章。国外已有一些著名的大学和研究机构，如美国的MIT大学、Purdue大学、IBM研究所，英国剑桥大学，德国的Erlangen Nuremberg大学及日本的NEC研究所等都已对数字水印技术进行了研究，并获得了一定的成果。一些公司还推出了数字水印方面的软件产品，最具代表性的有美国的Digimarc公司、Alpha公司、MediaSec公司、Verance公司、Activated Content公司，英国的Signum技术公司，荷兰的Philips研发中心，以色列的Aliroo公司以及瑞士的Alpvision公司等。此外，在数字水印的应用方面，Microsoft和IBM等公司对其进行了研究。以上资料证明，在国际上，人们开始更多的关注和使用数字水印技术了。随着数字水印技术的飞速发展和技术交流的加
