基于變換域的數(shù)字水印技術(shù)研究

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1、大連交通大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)論文第一章緒論1.1引言隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，信息媒體的數(shù)字化為信息的存取提供了極大的便利性，同時(shí)也顯著提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性；數(shù)據(jù)的交換和傳輸變成了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的過(guò)程，人們借助于計(jì)算機(jī)、數(shù)字掃描儀、打印機(jī)等電子設(shè)備可以方便、迅速地將數(shù)字信息傳輸?shù)饺魏蔚胤?。隨之而來(lái)的副作用是這些數(shù)字形式的數(shù)據(jù)文件或作品使另有意圖的個(gè)人和團(tuán)體有可能在沒(méi)有得到作品所有者的許可下復(fù)制和傳播有版權(quán)的信息，例如，現(xiàn)代盜版者僅需輕點(diǎn)幾下鼠標(biāo)就可以獲得與原版一樣的復(fù)制品，并以此獲取暴利；而一些具有特殊意義的信息，如涉及司法訴訟、政府機(jī)要等信

2、息，則會(huì)遭到惡意攻擊和篡改偽造等等。這一系列數(shù)字化技術(shù)本身的可復(fù)制和廣泛傳播的特性所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)，已成為信息產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的一大障礙，目前，數(shù)字媒體的信息安全、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和認(rèn)證問(wèn)題變得日益突出，且已成為數(shù)字世界中一個(gè)非常重要和緊迫的議題?；谝陨项?lèi)似問(wèn)題，數(shù)字水印技術(shù)可以說(shuō)是信息時(shí)代的特有產(chǎn)物，是一種可以在開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保護(hù)版權(quán)和認(rèn)證來(lái)源及保障信息完整性的新型技術(shù)，在音頻、圖像、視頻制品中迅速得到廣泛的研究和發(fā)展。數(shù)字水印技術(shù)是目前信息安全技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)新方向，是一種可以在開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保護(hù)版權(quán)和認(rèn)證來(lái)源及完整性的新型技術(shù)，創(chuàng)作者的創(chuàng)作信息和個(gè)人標(biāo)志

3、通過(guò)數(shù)字水印系統(tǒng)以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒體中，人們無(wú)法從表面上感知水印，只有專(zhuān)用的檢測(cè)器或計(jì)算機(jī)軟件才可以檢測(cè)出隱藏的數(shù)字水印。1.2數(shù)字水印的定義和基本特點(diǎn)數(shù)字水印(DigitalWatermarking)是往多媒體數(shù)據(jù)（如圖像、聲音、視頻信號(hào)等）中添加某些數(shù)字信息以達(dá)到版權(quán)保護(hù)等作用。同時(shí)數(shù)字水印技術(shù)是一種有效的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和數(shù)據(jù)安全維護(hù)技術(shù)，是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。不同的應(yīng)用對(duì)數(shù)字水印的要求不盡相同，一般認(rèn)為數(shù)字水印應(yīng)具有如下特點(diǎn)：(1)不可見(jiàn)性。在宿主數(shù)字媒體中嵌入一定數(shù)量的附加信息后，不能引起明顯的將質(zhì)現(xiàn)象，隱藏的數(shù)據(jù)

4、不易覺(jué)察，即無(wú)法人為的看見(jiàn)或聽(tīng)見(jiàn)。(2)穩(wěn)健性。數(shù)字水印必須對(duì)施加于宿主媒體的變化或操作具有一定的免疫力，不能因?yàn)槟撤N變換操作導(dǎo)致水印信息的丟失，即水印被迫壞，從而失去商用價(jià)值。常用的變換操作有：信道噪聲、濾波、有損壓縮、重采樣等。(3)安全性。數(shù)字水印應(yīng)該能夠抵抗各種蓄意的攻擊，同時(shí)應(yīng)很難被他人復(fù)制和偽造。(4)有效性。水印提取算法應(yīng)高效，提取出的水印應(yīng)能唯一標(biāo)識(shí)版權(quán)所有者。(5)抗竄改性。21大連交通大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)論文與抗毀壞的魯棒性不同,抗竄改性是指水印一旦嵌入到載體中,攻擊者就很難改變或偽造。魯棒性要求高的應(yīng)用，通常也需要很強(qiáng)的抗竄改性，

5、在版權(quán)保護(hù)中要達(dá)到好的抗竄改性是比較困難的。1.3論文的結(jié)構(gòu)安排論文各章的內(nèi)容安排如下:第一章概括研究數(shù)字水印的目的和意義，同時(shí)介紹了數(shù)字水印的基本特點(diǎn)及本文的結(jié)構(gòu)安排。第二章主要介紹了DCT變換域算法的原理以及應(yīng)用。第三章主要介紹了離散小波變換域算法的原理及應(yīng)用。21大連交通大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)論文第二章離散余弦變換（DCT）算法介紹2.1離散余弦變換的簡(jiǎn)介2.1.1DCT變換公式因?yàn)镈CT變換公式是這一算法的核心，有必要先了解一下DCT正反變換公式。DCT正反變換公式的核心是余弦變換，計(jì)算速度比較快，因圖像處理所用的是二維變換，這里只給出二維的DC

6、T正反變換公式，二維DCT正變換公式為：=0,1,???,M-1;=0,1,???,N-1（2-1）其中：（2-2）二維DCT反變換公式為：(2-3)其中x，y為空間采樣值，u，v為頻域采樣值。因?yàn)閿?shù)字圖像多用像素方陣來(lái)標(biāo)識(shí)，即M=N，此時(shí)，二維DCT正反變換可以簡(jiǎn)化為：(2-4)（2-5）21大連交通大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)論文2.1.2二維DCT的性質(zhì)離散余弦變換是圖像處理技術(shù)中幾種最基本的酉變換之一。酉變化是線性變化的一種特殊形式，其基本線性運(yùn)算式是嚴(yán)格可逆的，并且滿足一定的正交條件。圖像的酉變換可以被理解為分解圖像數(shù)據(jù)為廣義的二維頻譜，變換域中每一

7、分量對(duì)應(yīng)于原圖頻譜函數(shù)的能量。設(shè)IM′N(xiāo)為M′N(xiāo)的圖像矩陣則該圖像的二維DCT變換可由下式表示：FDCT=(2-6)其中：其中（2-7）經(jīng)過(guò)二維DCT變換得到的DCT系數(shù)矩陣GDCT指示了一系列頻率中每一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的變化程度，即頻率的高低。其中低頻分量將集中在矩陣的左上角，高頻分量則集中在右下角。圖像的低頻分量反映圖像慢變化，即圖像整體部分；圖像的高頻分量代表圖像跳變的地方，即圖像細(xì)節(jié)部分，如輪廓、邊緣。根據(jù)人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)，圖像整體比細(xì)節(jié)部分更為重要，若一幅圖像經(jīng)過(guò)處理后而視覺(jué)改變不大，則其低頻分量必定改變程度不大。此算法采用了將數(shù)字水印的灰度值植入DCT

8、域的低頻分量中的方法。二維離散余弦變換是一種嚴(yán)格可逆的酉變換。它的