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1、. . . . 信科专业实践报告报告名称 基于DWT和DCT的数字水印 / 目 录摘 要1Abstract21概述31.1引言31.2研究目的与意义41.3数字水印技术的国外研究现状42 数字水印理论基础52.1 数字水印的基本概念52.2 数字水印的基本特征62.3 数字水印的基本原理62.4数字水印典型算法（针对图像领域）82.5 数字水印应用领域93小波分析理论基础93.1小波分析的发展历程103.2小波函数与小波变换103.3离散小波变换123.4实验环境：可实现数字水印技术的高效实用工具Matlab144 基于变换域的数字水印算法144.1算法描述144.2实验结果17 4. 3结果
2、分析225 结论236体会24参考文献25摘 要数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向，是一个在开放的网络环境下，保护和认证来源与完整性的新型技术。本文针对基于小波变换的数字水印技术，提出了一种基于小波域的二值图像水印算法。该算法选择了检测结果直观、有特殊意义的二值图像作为原始水印，并在嵌入之前进行图像置乱预处理，以提高安全性和隐蔽性，兼顾了水印的不可见性和鲁棒性，利用多分辨率分析思想进行水印的嵌入与提取。通过大量的仿真实验，证明本文算法在保证水印不可见性的同时，对常见的图像处理如JPEG压缩、噪声、滤波、剪切等，均有较好的鲁棒性。关键词：数字水印，DWT,DCT，鲁棒性，不可见性，J
3、PEG压缩AbstractDigital watermarking technology is the field of information security technology a new direction, is an open network environment, copyright protection and authentication and integrity of the sources of new technology.In this paper, based on wavelet transform the digital watermarking tech
4、nology, a wavelet domain based on the binary image watermarking algorithm. The algorithm chosen the test results intuitive, with special significance in the value of the original image as a watermark and embedded in the image scrambling prior to the pretreatment to enhance the safety and concealment
5、; watermark does not take into account the visibility and robustness, Use of multi-resolution analysis of the thinking embedded watermark and extraction. Through the simulation experiments to prove that this algorithm can not watermark visibility at the same time, the common image processing such as
6、 JPEG compression, noise, and so on, have a better robustness.Key words: digital watermarking, DWT,DCT , Robust, visibility, JPEG compression1概述1.1引言随着信息技术和计算机网络的飞速发展，数字多媒体信息包括图像、文本音视频、三维模型的存储、复制与传播变得非常方便。我们在通过互联网方便快捷的获取多媒体信息的同时，还可得到与原始数据完全一样的复制品，这就带来了对数字媒体原创者的和经济利益如何保护以与数字媒体信息是否安全可信等诸多问题。由此引发的信息安全问
7、题、盗版问题和纷争问题已成为日益严重的社会问题。因此，对多媒体容的保护与容鉴别成为我们所处的这个信息时代所急待解决的问题。数字水印技术是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域，是信息隐藏技术研究领域的重要分支，如今已成为多媒体信息安全研究领域的一个热点。它将具有特定意义的、与载体容相关或不相关的标记(水印)，利用数字嵌入的方法，隐藏在载体，即数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据。同时通过对水印的检测和分析来保证数字信息的完整性和可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。数字水印的研究涉与信息论、编码理论、通
8、信原理、信号处理、信息安全等多学科多门类。近年来数字水印技术在数字信息的保护与完整性认证方面得到了迅猛发展，具有良好的应用前景。1.2研究目的与意义数字水印技术作为一个跨多领域、多学科(数字信号处理、图像处理、模式识别、数字通信、多媒体技术、密码学、语音处理等)的技术体系，由于它与具体的应用密切相关，因此每个研究人员介入的角度、采用的研究方法和设计策略也各不一样，但都是围绕着实现数字水印的各种基本特征进行设计，这也决定了数字水印技术研究成果的多样性以与数字水印技术研究的不完善性，仍有许多技术问题需要解决。由于目前国际上的水印技术尚未形成统一的标准，形成一个共同遵循的标准己成为研究水印者的共同目
9、标。然而，标准的算法必须有其优越性、通用性和有效性，并要得到世界各国的认同，所以形成标准是一项艰巨的任务。由于小波变换的优点，使小波变换域研究水印处理技术是目前的热点，并且在该领域形成水印算法标准的可能性最大，因此本论文研究基于小波变换域的数字水印算法设计与仿真实现具有重要意义。1.3数字水印技术的国外研究现状随着计算机和网络的飞速发展，数字作品得以有效的存储和发布，同时数字作品又极易被非法拷贝、伪造或篡改，使得很多所有者不愿利用网络公开其作品，从而阻碍其自身发展。数字水印技术的出现是Schyndel在ICIP94会议上发表的一篇题为“A digital watermark”的文章开始的。这是
10、第一篇发表于重要会议的关于数，水印技术的文章开始的。随着网络的普与，数字水印技术迅速成为研究热点，很多数字水印算法和实现方案也随之出现。在实际应用方面,美国的 Digimarc公司于1995 年就推出了拥有专利权的水印制作技术,是当时世界上唯一一家拥有这一技术的公司,其水印技术以插件的形式在 Pbotoshop5.0和 CorelDraw7.0 中得到应用,IBM 的“数字图书馆” 软件也提供了数字水印功能。在 1997 年，一个名为 VIVA 的欧洲工程开始发展广播监测系统。在国外数字水印技术研究快速发展的同时，我国政府和研究机构也加大了重视力度，数字水印技术在我国信息安全领域的地位和作用不
11、断上升，更多的专家学者投入到这一研究领域当中。1999 年 12 月，由电子技术应用研究所组织，何德全、周仲义、蔡吉人院士与有关研究单位联合发起召开了我国第一届信息隐藏学术研讨会，同时，国家，“ 863 计划”、“ 973 项目”、国家自然科学基金等都对数字水印的研究提供专项资金支持。从目前的研究发展来看，我国数字水印学术领域的研究正在蓬勃开展，而且形成了自己独特的研究思路，相信随着国信息化程度的提高、电子政务的推广和电子商务的普与，作为数字作品管理核心技术的数字水印技术将会拥有更加广阔的应用前景和发展空间。2 数字水印理论基础2.1 数字水印的基本概念数字水印（Digital Waterma
12、rk）技术是将与多媒体容相关或不相关的一些标示信息直接嵌入多媒体容当中，但不影响原容的使用价值，并不容易被人的知觉系统觉察或注意到。通过这些隐藏在多媒体容中的信息，可以确认容创建者、购买者，或者验证容是否真实完整。与水印相近或关系密切的概念有很多，从目前出现的文献中看，已经有诸如信息隐藏（Information Hiding ）、信息伪装（Steganography ）、数字水印（Digital Watermarking ）和数字指纹（Fingerprinting ）等概念。2.2 数字水印的基本特征（1）安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原容发生
13、变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更。（2）隐蔽性：数字水印是不可知觉的，而且不影响被保护数据的正常使用，不会降质。（3）鲁棒性：是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。（4）水印容量：嵌入的水印信息必须足以表示多媒体容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。2.3 数字水印的基本原理水印的基本原理是嵌入某些标志数据到宿主数字中作为水印，使得水印在宿主数据中不可感知和足够安全。为了保证由于水印的嵌入而导致宿主数据失真不被察觉到，必须应用某种感知准则，不管是隐性还是显形。水印算
14、法要结合加密方法以提供其安全性，通过的水印算法包含两个基本方面：水印的嵌入和水印的提取。水印可以由多种模型构成，如随机数字序列、数字标识、文本以与图像等。数字水印的嵌入过程如图所示：水印信号原始信号嵌入过程含水印的信号图2.1 数字水印嵌入过程频域法加入数字水印的原理是首先将原始信号（语音一维信号、图像二维信号）变换到频域，常用的变换一般有DWT、DCT、DFT、WP和分形。然后，对加入了水印信息的信号进行频域反变换（IDWT、IDCT、DFT、WP），得到含有水印信息的信号。数字水印的检测过程如图所示：原始的信号带检测的信号抽取/检测过程抽取的水印 水印信息有/无水印结束结束图2.2数字水印
15、的检测过程频域法检测水印的原理是将原始信号与待检测信号同时进行变换域变换，比较两者的区别，进行嵌入水印的逆运算，得出水印信息。如果是可读的水印，那么就此结束，如果是不可读水印，如高斯噪声，就将得出的水印与已知水印作比较，由相关性判断，待检测信号含不含水印，故水印的检测有两个结束点。下面介绍一种基于小波变换的数字水印方法。 （1）第一步，将水印图象作时域上的变换，目的是对水印信息进行乱序，达到加密的效果。采用函数： = mod N 其中k是一个控制参数，N是矩阵的大小，（x,y）和（x,y）表示像素点在变换前后的位置。假设P表示由二值水印信息组成的一个mn的矩阵,对每一个点的坐标作变换之后，这个m的矩阵将变成一个N的矩阵，矩阵的每个元素为0或1。（2）第二步，对图像作小波变换，对于变换后得到的小波系数，选出一个起始位置在（p1,p2），大小为NN的
