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1、论文题目：基于DCT的图像数字水印嵌入与提取姓 名：*学 号：*班 级：*学 院：*指导老师：* 2013/5/12摘要数字水印作品引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题的今天，数字水印是实现数字产品版权保护和安全维护的有效办法，其在所有权水印标记搜索，拷贝复制，指纹识别等多方面得以应用。本文重点介绍了基于DCT域的数字水印的嵌入和提取实现方法，包括噪声攻击后的水印提取效果。关键词：数字水印 信息隐藏 离散余弦变换AbstractNowadays , disputes of digital entries caused by piracy and copyright have bec
2、ome an increasingly serious social problems, so digital watermarking has been applied into ownership Watermark Search, Copy control, fingerprint identification and other aspects. This paper introduces the implementation method of the digital watermark embedding and extraction based on DCT domain, in
3、cluding the watermark extraction effect of noise attack.Key Words: Digital Watermark, Information hiding, Discrete Cosine Transformation(DCT)目录1绪论41.1信息隐藏技术的研究背景41.2 信息隐藏的发展历程51.3 信息隐藏技术国内外研究现状72系统关键技术介绍821数字水印关键技术82.2数字水印的特点1023最常见的分类方法有以下几种：113. 水印的嵌入与提取123.1 MATLAB简介123.2MATLAB语言的特点123.4 工作环境的配置1
4、64 系统实现164.1 matlab函数介绍164.2 基于DCT数字水印算法的matlab实现源代码实例174.3本章小结215总结21参考文献22程序实现的源代码231绪论网络的推广和普及给人们的生活带来了极大的便利，多媒体信息的传输更加的快捷，人们获得各种数字化的产品，但是人们在享受着这些便利的同时，也对信息传递时的安全性提出了更高的要求，如何去保证信息在安全传递的同时又不会别窃取和篡改等等的攻击已经成为现代网络技术发展所需要解决的重要问题。最常见也是最古老的方法就是加密，但是随着各项相关技术的发展，人们已经可以破译了，所以说传统的加密方法已经不能满足人们对信息化的要求了，就在人们寻找
5、新的方法时，信息隐藏技术出现了，成为解决这一问题的重要方法。1.1信息隐藏技术的研究背景二十世纪就是年代，网络和通信技术飞速发展，世界各地的信息传递变得更加的便捷和频繁。多媒体技术的应用和各种信息处理技术的发展，使得人们的生活和数字时代紧密的结合在一起。特别是在互联网技术的发展和普及以后，图像、视频、语音以及数字产品的制作、发布和共享都变得十分的常见。他们被广泛的应用在人们的生活之中，并且在经济、文化、政治、军事等方面都发挥了十分重要的作用。现在是一个全球信息网络化和经济一体化的时代，只有掌握了足够多的信息才能运筹帷幄。但是在这个开放的网络体系下，存在着很多的安全隐患，例如，如何有效的保护互联
6、网上用户的个人信息等问题。因此，人们在享受信息全球化便利的同时，还要考虑如何去保护企业、政府、军队等的机密文件的安全问题。信息的全球化和信息安全之间的矛盾日益的突出，引发了人们对于网络安全问题的深思。以前人们通过加密的机制保护信息，但是加密数据时利用的不可见性暴露了秘密信息的存在，而且随着计算机技术的飞速发展，加密的机制在计算机超强的计算能力下也逐渐暴露出了它的缺陷。这使得传统的加密机制不能满足人们的使用要求，它的安全问题变得日益的突出。信息隐藏技术作为一种解决网络信息安全问题的方案受到了信息安全界人士的广泛关注。信息隐藏技术，即将秘密信息隐藏在公开的非秘密数字载体之中进行传递，观察者或者检测
7、系统无法观察到它的存在，载体可以是图像、语音或者视频文件等等。信息隐藏技术利用了图像、语音等载体的数据冗余特性以及人类的知觉器官的不敏感性，将秘密信息以一定的编码、调制或者加密方式隐藏在数字载体中。由于含有隐藏信息的媒体是公开的，而可能的检测者难以从公开的众多信息中判断隐藏信息是否存在，很难截获隐藏信息，从而保证了信息的安全。现在信息隐藏技术已经被应用到了许多的领域，例如医疗、军事等方面。信息隐藏技术是一种新型的信息安全技术，它把一个有意义的信息隐藏到载体信息中得到含有秘密信息的载体，非法获得者不知道这个看似普通的载体中是否隐藏了其他的信息，而且即使知道也难以提取或者去除隐藏的信息。1.2 信
8、息隐藏的发展历程信息隐藏技术是一项古老的技术，可以说有了人类文明开始，人类就有保护秘密信息的想法。古代的时候人们用暗语或者暗号，这都可以被认为是信息隐藏的一种形式。十七世纪中叶的时候，出现了密码学和隐写术这两个词，他们都来自与希腊语。密码学可以理解为是将信息隐藏于其他的信息之中。隐写术是一门非常古老的艺术，它把秘密消息嵌入在看似普通的信息之中进行传送，来阻止第三方检测到信息。古代有很多信息隐藏的典故，例如公元前440年有一个叫Histaieus的奴隶用头发掩盖叛乱信息，以及十七世纪的无形墨水，19世纪的微缩胶片这都证明人们一直想将信息隐藏起来。我国古代的藏头诗也是信息隐藏的一个应用。例如在我国
9、四大名著中的水浒传第61回中，吴用诱使卢俊义将离合诗提于墙上，使卢俊义遭到官府迫害逼上梁山。他所提的诗如下： 卢花潭上有扁舟， 俊杰黄昏独自游。 义到尽头原有命， 反弓逃难必无忧。把每一句诗的第一个字连起来就是“卢俊义反”。古典的信息隐藏可以归结为：把保密信息放在一个指定的位置，然后填一些其他无关的信息，让它表现出和真实信息看起来没有任何关系的形式，从而达到迷惑他人的目的，这也就是现代信息隐藏技术的前身。而现在随着计算机技术、信息处理技术以及因特网技术的发展，对信息安全也提出了新的更高的要求。相关技术的不断发展，已经使得信息隐藏技术逐渐成了一门独立的学科，它的研究范围也不断的在扩大，影响力也逐
10、渐的在提升。现在信息隐藏技术作为一个广泛应用的研究课题，横跨了多媒体技术、图像信息处理、密码学、模拟识别等多个学科领域，吸引了众多的学者投入到这项课题的研究中。1.3 信息隐藏技术国内外研究现状信息时代的到来使得越来越多的学者投身到对信息隐藏技术的研究之中。1996年5月，国际上在剑桥大学召开了第一届信息隐藏研讨会，吸引了许多的学术组织。这次会议主要对信息隐藏的学科分支和部分的英文术语进行了规范和统一，推动了信息隐藏技术和理论的研究，它的成功举办标志着信息隐藏学的正式诞生。在此后的几年里，陆陆续续的召开了多次会议。1998年在美国的波特兰召开了第二届信息隐藏研讨会，1999年在德国召开了第三次
11、信息隐藏研讨会。研究的内容逐渐由空域信息的隐藏转向频率域 的信息隐藏，从以数字水印为主的研究逐渐转向数据压缩等全面的理论和应用研究。1999年12月，我国顺利的召开了第一届全国信息隐藏学术研讨会，这次大会的召开引起了多所研究机构、大学以及安全部门等等的密切关注。2000年召开了全国第二届信息隐藏学术研讨会，2001年召开了全国第三届信息隐藏学术研讨会。另外，在2000年国家863计划智能计算机专家组，北京邮电大学信息安全中心和中国科学院自动化研究所一起成功的举办了数字水印技术研讨会，给国内研究信息隐藏技术的工作者提供了很好的交流机会。现在信息隐藏技术已经发展成为了一个多领域、多学科、多技术交叉
12、的课题，对它的研究存在着很大的科学、学术和商业价值，但是这项技术还存在着很多难点，还没有形成完整的理论体系，虽然说现阶段的信息隐藏技术已经取得了一定的成果，但是相对于信息隐藏技术总体来说，研究还处于初步阶段，还有很多问题有需要解决。但是随着对这项技术的深入研究，它的潜在价值会慢慢的体现出来，尤其是在数字水印和隐秘通信等方面，它都是密码技术所无法替代的。2系统关键技术介绍21数字水印关键技术离散余弦变换(DCT) 较早的水印算法从本质上来说都是空间域上的，水印直接加载在数据上，载体数据在嵌入一水印信息前不需要经过任何处理。目前，变换域方法正日益普遍，因为在变换域嵌入的水印通常都具有很好的稳健性，
13、对图像压缩、常用的图像滤波以及噪声叠加等都是一定的抵抗力。而且一些水印算法还结合了当前的图像和视频压缩标准，因而具有很大的实际意义。基于DCT域的图像数字水印算法就是一种基于变换域的图像数字水印算法。类似的还有傅里叶变换、小波变换、分形或其它变换域等等。在有损数字图像压缩系统中，最常用的变换方法是DCT,DCT被认为是性能接近K-L变换的准最佳变换，变换编码的主要特点有：（1）在变换域里视频图像要比空间域里简单。（2）视频图像的相关性明显下降，信号的能量主要集中在少数几个变换系数上，采用量化和熵编码可有效地压缩其数据。（3）具有较强的抗干扰能力，传输过程中的误码对图像质量的影响远小于预测编码。
14、通常,对高质量的图像，DMCP要求信道误码率，而变换编码仅要求信道误码率。 对图像进行压缩，给高频系数大间隔量化，低频部分小间隔量化。DCT是正交变换，它可以将88图像空间表达式转换为频率域，只需要用少量的数据点表示图像；DCT产生的系数很容易被量化，因此能获得好的块压缩；DCT算法的性能很好，它有快速算法，如采用快速傅立叶变换可以进行高效的运算，因此它在硬件和软件中都容易实现；而且DCT算法是对称的，所以利用逆DCT算法可以用来解压缩图像。为什么采用8x8的图像块，其原因是由于计算量和像素之间关系的数量，许多研究表明，在15或20个像素之后，像素间的相关性开始下降。就是说，一列相似的像素通常
15、会持续15到20个像素那么长，在此之后，像素就会改变幅度水平（或反向）。一维DCT正交变换的公式为：二维DCT逆变换公式：2.2数字水印的特点为了对版权进行保护和对产品内容进行鉴定，水印处理系统的基本框架还必须满足一些特定的条件，这些条件是：（1）透明性。透明性包含两方面的意思：一方面指利用人类视觉或听觉系统的特征向数字作品中嵌入数字水印，在经过一系列处理后，隐藏对象没有明显的降质现象；另一方面指嵌入水印后对象与原载体对象具有一直性的特性，即使用统计方法也无法提取水印的或确定水印的存在。(2)安全性。数字水印系统使用一个或多个密钥来确保安全，防止修改和涂擦水印。信息隐藏在多媒体内容中，并且不会因文件格式的转换而丢失，而且未经授权者不能检测出水印。（3） 鲁棒性。所谓鲁棒性是指在经过多重无意或有意的信号处理后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。其中，数字处理过程包括信道噪声、滤波、模拟数字转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。（4）
