數(shù)字水印系統(tǒng)設計開題報告

1、 畢業(yè)設計（論文）開題報告學生姓名： 學 號： 0600103123 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 06電氣1 設計（論文）題目： 基于matlab的數(shù)字水印系統(tǒng)設計 指導教師： 二級學院： 機電工程學院 2010 年03 月 19日1 選題的背景與意義基于計算機和網(wǎng)絡的信息交換為多媒體數(shù)字作品的使用、傳播提供了便利的途徑,然而由于數(shù)字作品極易被非法復制和篡改的特性,使得數(shù)字作品的信息安全保護和版權保護成為迫切需要解決的實際問題。在我國,知識產(chǎn)權問題日益嚴峻,侵權事件屢屢發(fā)生,只有深入開展數(shù)字水印技術的研究,盡快制定我國的版權保護水印標準,才能解決這一問題。而matlab在這一方面就

2、有強大的優(yōu)勢。雖然市面上關于matlab的書籍很多,但是基本上多是簡單的功能介紹,幾乎沒有關于數(shù)字水印技術的實例,而matlab內(nèi)容非常多,牽涉到的學科很多,要在其中尋找適合自己需要的水印技術的函數(shù)和指令,會十分棘手。正因如此,本文在編程研究圖像數(shù)字水印的實踐基礎上,詳細歸納出相應的函數(shù)。最后,還給出一個基于分塊dct的盲水印算法的實例來具體說明matlab在圖像水印技術中的應用。數(shù)字水印技術（digtal watermarking）是通過一定的算法將一些標志性信息直接嵌入到多媒體內(nèi)容當中，但不影響原有內(nèi)容的價值和使用，并且不能被人的感知系統(tǒng)察覺或注意到，只有通過專用的檢測儀器或閱讀才能提取的

3、一種技術。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)字水印(digitalwatermark)技術是將與多媒體內(nèi)容相關或不相關的一些標示信息直接嵌入多媒體內(nèi)容當中,但不影響原內(nèi)容的使用價值,并不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到。通過這些隱藏在多媒體內(nèi)容中的信息,可以達到確認內(nèi)容的創(chuàng)建者、購買者,或者用來鑒別多媒體內(nèi)容是否真實完整。因此,數(shù)字水印是信息隱藏技術的一個重要研究方向。國內(nèi)外對數(shù)字水印的研究已經(jīng)比較成熟，其中比較具有代表性的有基于 dct 域的數(shù)字水印算法，這是研究一種基于離散余弦變換(dct)的數(shù)字圖像水印算法，并借助 matlab編程工具，實現(xiàn)數(shù)字水印的嵌入、提取和攻擊測試。水印嵌入就是把水印信號 w=w

4、(k)嵌入到原始圖像 x0(k)=x0(k)中。水印嵌入準則分為：加法準則：x(k)=x0(k)+a*w(k)乘法準則：x(k)=x0(k)*1+ a*w(k)a 為強度因子水印提取就是把水印精確地從系統(tǒng)中提取出來。而關于水印的檢測，大多數(shù)時候不需要原始圖像的參與。最后通過matlab仿真對水印進行模擬攻擊測試可以看到 dct 域的水印算法抵抗 jpeg 壓縮攻擊的效果是比較好的8。那么在應用dct域算法的基礎上，圖像特征向量的小波包數(shù)字水印研究就對己有dct數(shù)字水印算法進行了分析改進，實現(xiàn)了基于dct和dwt混合變換域的數(shù)字水印算法。并著重介紹了一種基于小波變換的圖像水印算法：首先對圖像進行

5、混沌加密，然后對原始圖進行三層小波分解，最后在低、中、高頻子帶分別以不同的方法重復嵌入水印信息。以及另外一種基于小波包分解的圖像水印算法：用小波包對宿主圖像進行分解，在各頻帶以不同的方法嵌入水印信息.并根據(jù)一系列的實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論：基于小波變換的圖像水印算法和基于小波包分解的圖像水印算法對噪聲、濾波、剪切、jpeg壓縮等一般圖像處理都具有很好的魯棒性，而且基于小波包分解的圖像水印算法的綜合魯棒性要優(yōu)于基于小波變換的圖像水印算法。但此兩種算法對旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何攻擊抵抗能力比較差，是需要改進的地方1。另外上面提到的一種基于dwt的自適應數(shù)字水印算法是一種新的基于dwt (discrete wave

6、l transform)的盲數(shù)字水印算法。為了抵抗多種攻擊,水印被分別嵌入到了小波域的低頻和高頻;為了減小嵌水印圖像的失真,每個水印比特的嵌入都是根據(jù)hvs的特點自適應地選擇量化步長,通過量化調(diào)制來完成;在高頻嵌入水印時利用了高頻小波系數(shù)塊的奇異值分解特性來提高水印對疊加噪聲和直方圖操作等的魯棒性。實驗結(jié)果表明該算法具有良好的不可見性和抵抗多種攻擊的能力3。其實除了dwt算法以外還有一種叫做基于ddwt的復合型數(shù)字圖像水印算法，它主要針對由于離散小波變換(dwt)存在抵抗裁剪攻擊的缺點,在2006年林祝興等提出了分散式離散小波變換(ddwt).這種方法通過使用多層的ddwt變換把圖像數(shù)據(jù)從空間

7、域變到頻率域,然后把水印信息嵌入頻率域并且執(zhí)行多層ddwt反變換(iddwt)獲得在空間域里的這幅含水印圖像.這種方法把水印信息分配在空間系數(shù)里.分配信息的目的是防止水印信息在使用dwt變換后圖像的中心部分遭到惡意的破壞.不可見性和分配的信息為ddwt水印所獨有的特征,這種方法對裁剪攻擊有良好的魯棒性.在圖像作品中嵌入兩種甚至是多種水印時,各種水印間的相互影響肯定是存在的.為了把嵌入的多個水印的相互影響降到最低,在本試驗中先將魯棒水印嵌入到原始圖像中,再在嵌入了魯棒水印后的圖像中嵌入脆弱水印.另外復合型水印的提取則相對獨立,通過不同的提取算法分別在嵌入了兩類水印的圖像中提取出魯棒性水印和易損性

8、水印。具體的算法暫不在此一一展開了，但實驗結(jié)果表明此種算法可以成功提取好質(zhì)量的魯棒水印和準確檢測出原始數(shù)據(jù)的篡改.尤其,這種算法可以嵌入大量的水印信息,在實際的數(shù)字水印領域有著很好的應用前景5。數(shù)字水印的算法何其繁多， 于dct算法和dwt算法并列的還有一種基于dft和曲線擬合的水印算法，這種算法提出一種新的基于雙線性插值和dft的魯棒水印算法。該算法利用傅立葉變換較好的頻域分布特性和雙線性插值的擬合特性,將置亂后的水印信息利用分別嵌入到載體圖像dft頻域的實數(shù)部分和虛數(shù)部分,然后作離散傅立葉逆變換,并取其實數(shù)部分重構公開圖像。算法的優(yōu)點在于大大增加水印的嵌入量,而且利用線性插值的擬合性使得水

9、印找到最佳的嵌入位置。實驗結(jié)果表明,本算法具有較好的魯棒性和不可見性,達到真正意義上的統(tǒng)一7。由于我的方向大致是運用dct算法的水印研究，于是我特別又關注了一種基于hvs和dct的數(shù)字水印算法研究，它介紹到dct變換技術是數(shù)字信號處理技術中常用的線性變換技術之一，也是圖像壓縮中常用的變換編碼方法之一。通過對數(shù)字圖像進行dct變換可以充分利用圖像的自相關性減少數(shù)據(jù)量，達到壓縮數(shù)字圖像的目的。同時，dct變換后能量集中，算法復雜度適中，較易于再數(shù)字信號處理器中快速實現(xiàn)。當然，為了使水印具有良好的穩(wěn)定性，用來嵌入水印的dct系數(shù)也要具有一定的穩(wěn)定性和較大的感覺容量。接下來該文獻介紹了hvs在水印算法

10、中的應用，簡單的說，hvs特性表明水印嵌入強度存在一個界限值，高于這個值圖像就會出現(xiàn)失真，低于這個門限，視覺系統(tǒng)就無法感受到信號的存在，也就是實現(xiàn)了水印的不可見性。而這個值受到客觀因素的影響而相應地變化。了解了這些以后再通過將載體圖像分塊，對水印圖像預處理，對載體圖像塊逐一進行dct變換后再對對各子塊進行dct反變換，最后利用峰值信噪比來衡量水印嵌入的透明度，這樣一步步來實現(xiàn)水印的嵌入。本文在實驗中用matlab模擬圖像可能遭受的各種攻擊，測試水印系統(tǒng)的魯棒性，并對水印圖像的失真進行主觀和客觀的評估。從實驗結(jié)果中可以看出，文中所建立的水印系統(tǒng)具有較強的魯棒性，能夠很好的抵抗常見信號處理(jpe

11、g壓縮、噪聲干擾等)以及圖像處理(圖像剪切等、比例縮放)，尤其是能夠很好的抵抗jpeg壓縮6。了解了那么多數(shù)字水印的算法，其實數(shù)字水印的在生活中的應用也越來越廣泛，當然有些應用也存在懸而未決的瓶頸，比如應用三維幾何模型數(shù)字水印技術的研究，這是介紹三維模型數(shù)字水印技術是數(shù)字水印技術的一個分支，其原理是在三維模型中嵌入不可見的水印來保護模型的所有權，或用于檢驗模型的真實性，或嵌入可見信息來申明模型所有權。三維模型水印算法和圖像水印算法相比既有相似點，也有不同之處：簡單的說三維模型中的各種幾何信息和外觀屬性的排列具有不同的方式，沒有固定的標準，這使得傳統(tǒng)的圖像水印算法不能簡單地照搬在三維幾何模型的研

12、究中。不過在圖像嵌入水印的強背景下疊加一個弱信號（水印），只要該信號幅度不超過hvs的門限人類無法感覺到信號的存在這一原理在三維水印中也同樣適用，但更加復雜化一點。三維幾何模型數(shù)字水印較圖像數(shù)字水印有不可替代的優(yōu)勢但由于它是數(shù)字水印技術中一個比較新的分支，有許多懸而未決的問日有待解決，具有較大的研究空間2。我們經(jīng)?？紤]對圖像的水印形成，但同時我們?nèi)绾螌D像的水印恢復處理呢？有一種高定位精度的可恢復水印算法就針對現(xiàn)有可恢復水印算法定位精度低和虛警概率高的問題, 提出一種高定位精度的可恢復脆弱水印算法, 分別推導給出了隨機篡改與區(qū)域篡改條件下算法的虛警概率和漏警概率, 并定義了衡量篡改恢復圖像質(zhì)量

13、的 4 個指標：漏檢率和虛檢率、檢測率、誤恢復率，及其與虛警概率和漏警概率的關系，為定量地分析可恢復水印算法的性能提出了一種客觀的評價指標.與現(xiàn)有可恢復水印算法相比,不僅提高了可恢復水印算法的定位精度和對隨機噪聲的魯棒性，而且有效解決了可恢復水印算法的篡改定位問題從而大大提高了被測圖像中有水印信息篡改時的篡改恢復圖像的質(zhì)量。如何提高可恢復水印算法對jpeg壓縮的魯棒性是該文還未解決的問題4?？v觀上述那么多算法和應用，本文采用在編程研究圖像數(shù)字水印的實踐基礎上,詳細歸納出相應的函數(shù)。以及對水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或檢測進行具體分析。最后,還給出一個基于分塊dct的盲水印算法的實例來具體

14、說明matlab在圖像水印技術中的應用。并通過matlab的仿真對水印的模擬攻擊測試對水印的圖像隱蔽性和魯棒性進行綜合評估。待添加的隱藏文字內(nèi)容33.研究方法本文在編程研究圖像數(shù)字水印的實踐基礎上,詳細歸納出相應的函數(shù)。以及對水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或檢測進行具體分析。最后,還給出一個基于分塊dct的盲水印算法的實例來具體說明matlab在圖像水印技術中的應用。并通過matlab的仿真對水印的模擬攻擊測試對水印的圖像隱蔽性和魯棒性進行綜合評估。4.計劃第一周到第三周：完成開題報告第四周到第八周：做畢業(yè)設計，期中驗收第九周到十二周：基本完成畢業(yè)設計，期末驗收第十三周到十五周：完成畢業(yè)論

15、文第十六周：指導老師對論文進行質(zhì)量評分，以及分院的論文評閱第十七周：答辯以及對成績的綜合評定5.參考文獻1 孫新鳳 基于dct圖像特征向量的小波包數(shù)字水印研究 燕山大學碩士學位論文 200704152 楊柳 三維幾何模型數(shù)字水印技術研究 武漢理工大學碩士學位論文 2007053 付春平 一種基于hvs和dct的數(shù)字水印算法的研究 蘇州大學碩士專業(yè)學位論文2008104 和紅杰; 張家樹; 陳帆; 一種高定位精度的可恢復水印算法 中國科學(e輯:信息科學) , science in china(series e:information sciences), 2008年 04期5 張亭; 楊會成;

16、 基于ddwt的復合型數(shù)字圖像水印算法a new algorithm of compound image watermarking based on ddwt 安徽工程科技學院學報(自然科學版) , journal of anhui university of technology and science(natural science), 編輯部郵箱 2009年 02期6 黃松; 張偉; 陳軍; 楊華千; 一個基于dwt的自適應數(shù)字水印算法an adaptive digital watermarking algorithm based on dwt 計算機科學 , computer science, 編輯部郵箱 2006年 07期7 王樹梅; 蔡鍵; 一種基于dft和曲線擬合的水印算法a nov