DCT域的水印嵌入與提取論文1

1、論文題目：基于DCT的圖像數(shù)字水印嵌入與提取姓 名：*學(xué) 號(hào)：*班 級(jí)：*學(xué) 院：*指導(dǎo)老師：* 2013/5/12摘要數(shù)字水印作品引發(fā)的盜版問題和版權(quán)紛爭已成為日益嚴(yán)重的社會(huì)問題的今天，數(shù)字水印是實(shí)現(xiàn)數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和安全維護(hù)的有效辦法，其在所有權(quán)水印標(biāo)記搜索，拷貝復(fù)制，指紋識(shí)別等多方面得以應(yīng)用。本文重點(diǎn)介紹了基于DCT域的數(shù)字水印的嵌入和提取實(shí)現(xiàn)方法，包括噪聲攻擊后的水印提取效果。關(guān)鍵詞：數(shù)字水印 信息隱藏 離散余弦變換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)目錄1緒論41.1信息隱藏技術(shù)的研究背景41.2 信息隱藏的發(fā)展歷程51.3 信息隱藏技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀72系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹821數(shù)字水印關(guān)鍵技術(shù)82.2數(shù)字水印的特點(diǎn)1023最常見的分類方法有以下幾種：113. 水印的嵌入與提取123.1 MATLAB簡介123.2MATLAB語言的特點(diǎn)123.4 工作環(huán)境的配置1

4、64 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)164.1 matlab函數(shù)介紹164.2 基于DCT數(shù)字水印算法的matlab實(shí)現(xiàn)源代碼實(shí)例174.3本章小結(jié)215總結(jié)21參考文獻(xiàn)22程序?qū)崿F(xiàn)的源代碼231緒論網(wǎng)絡(luò)的推廣和普及給人們的生活帶來了極大的便利，多媒體信息的傳輸更加的快捷，人們獲得各種數(shù)字化的產(chǎn)品，但是人們在享受著這些便利的同時(shí)，也對信息傳遞時(shí)的安全性提出了更高的要求，如何去保證信息在安全傳遞的同時(shí)又不會(huì)別竊取和篡改等等的攻擊已經(jīng)成為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展所需要解決的重要問題。最常見也是最古老的方法就是加密，但是隨著各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以破譯了，所以說傳統(tǒng)的加密方法已經(jīng)不能滿足人們對信息化的要求了，就在人們尋找

5、新的方法時(shí)，信息隱藏技術(shù)出現(xiàn)了，成為解決這一問題的重要方法。1.1信息隱藏技術(shù)的研究背景二十世紀(jì)就是年代，網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)飛速發(fā)展，世界各地的信息傳遞變得更加的便捷和頻繁。多媒體技術(shù)的應(yīng)用和各種信息處理技術(shù)的發(fā)展，使得人們的生活和數(shù)字時(shí)代緊密的結(jié)合在一起。特別是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和普及以后，圖像、視頻、語音以及數(shù)字產(chǎn)品的制作、發(fā)布和共享都變得十分的常見。他們被廣泛的應(yīng)用在人們的生活之中，并且在經(jīng)濟(jì)、文化、政治、軍事等方面都發(fā)揮了十分重要的作用?，F(xiàn)在是一個(gè)全球信息網(wǎng)絡(luò)化和經(jīng)濟(jì)一體化的時(shí)代，只有掌握了足夠多的信息才能運(yùn)籌帷幄。但是在這個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)體系下，存在著很多的安全隱患，例如，如何有效的保護(hù)互聯(lián)

6、網(wǎng)上用戶的個(gè)人信息等問題。因此，人們在享受信息全球化便利的同時(shí)，還要考慮如何去保護(hù)企業(yè)、政府、軍隊(duì)等的機(jī)密文件的安全問題。信息的全球化和信息安全之間的矛盾日益的突出，引發(fā)了人們對于網(wǎng)絡(luò)安全問題的深思。以前人們通過加密的機(jī)制保護(hù)信息，但是加密數(shù)據(jù)時(shí)利用的不可見性暴露了秘密信息的存在，而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，加密的機(jī)制在計(jì)算機(jī)超強(qiáng)的計(jì)算能力下也逐漸暴露出了它的缺陷。這使得傳統(tǒng)的加密機(jī)制不能滿足人們的使用要求，它的安全問題變得日益的突出。信息隱藏技術(shù)作為一種解決網(wǎng)絡(luò)信息安全問題的方案受到了信息安全界人士的廣泛關(guān)注。信息隱藏技術(shù)，即將秘密信息隱藏在公開的非秘密數(shù)字載體之中進(jìn)行傳遞，觀察者或者檢測

7、系統(tǒng)無法觀察到它的存在，載體可以是圖像、語音或者視頻文件等等。信息隱藏技術(shù)利用了圖像、語音等載體的數(shù)據(jù)冗余特性以及人類的知覺器官的不敏感性，將秘密信息以一定的編碼、調(diào)制或者加密方式隱藏在數(shù)字載體中。由于含有隱藏信息的媒體是公開的，而可能的檢測者難以從公開的眾多信息中判斷隱藏信息是否存在，很難截獲隱藏信息，從而保證了信息的安全?，F(xiàn)在信息隱藏技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到了許多的領(lǐng)域，例如醫(yī)療、軍事等方面。信息隱藏技術(shù)是一種新型的信息安全技術(shù)，它把一個(gè)有意義的信息隱藏到載體信息中得到含有秘密信息的載體，非法獲得者不知道這個(gè)看似普通的載體中是否隱藏了其他的信息，而且即使知道也難以提取或者去除隱藏的信息。1.2 信

8、息隱藏的發(fā)展歷程信息隱藏技術(shù)是一項(xiàng)古老的技術(shù)，可以說有了人類文明開始，人類就有保護(hù)秘密信息的想法。古代的時(shí)候人們用暗語或者暗號(hào)，這都可以被認(rèn)為是信息隱藏的一種形式。十七世紀(jì)中葉的時(shí)候，出現(xiàn)了密碼學(xué)和隱寫術(shù)這兩個(gè)詞，他們都來自與希臘語。密碼學(xué)可以理解為是將信息隱藏于其他的信息之中。隱寫術(shù)是一門非常古老的藝術(shù)，它把秘密消息嵌入在看似普通的信息之中進(jìn)行傳送，來阻止第三方檢測到信息。古代有很多信息隱藏的典故，例如公元前440年有一個(gè)叫Histaieus的奴隸用頭發(fā)掩蓋叛亂信息，以及十七世紀(jì)的無形墨水，19世紀(jì)的微縮膠片這都證明人們一直想將信息隱藏起來。我國古代的藏頭詩也是信息隱藏的一個(gè)應(yīng)用。例如在我國

9、四大名著中的水滸傳第61回中，吳用誘使盧俊義將離合詩提于墻上，使盧俊義遭到官府迫害逼上梁山。他所提的詩如下： 盧花潭上有扁舟， 俊杰黃昏獨(dú)自游。 義到盡頭原有命， 反弓逃難必?zé)o憂。把每一句詩的第一個(gè)字連起來就是“盧俊義反”。古典的信息隱藏可以歸結(jié)為：把保密信息放在一個(gè)指定的位置，然后填一些其他無關(guān)的信息，讓它表現(xiàn)出和真實(shí)信息看起來沒有任何關(guān)系的形式，從而達(dá)到迷惑他人的目的，這也就是現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)的前身。而現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)以及因特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對信息安全也提出了新的更高的要求。相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)使得信息隱藏技術(shù)逐漸成了一門獨(dú)立的學(xué)科，它的研究范圍也不斷的在擴(kuò)大，影響力也逐

10、漸的在提升?，F(xiàn)在信息隱藏技術(shù)作為一個(gè)廣泛應(yīng)用的研究課題，橫跨了多媒體技術(shù)、圖像信息處理、密碼學(xué)、模擬識(shí)別等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，吸引了眾多的學(xué)者投入到這項(xiàng)課題的研究中。1.3 信息隱藏技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀信息時(shí)代的到來使得越來越多的學(xué)者投身到對信息隱藏技術(shù)的研究之中。1996年5月，國際上在劍橋大學(xué)召開了第一屆信息隱藏研討會(huì)，吸引了許多的學(xué)術(shù)組織。這次會(huì)議主要對信息隱藏的學(xué)科分支和部分的英文術(shù)語進(jìn)行了規(guī)范和統(tǒng)一，推動(dòng)了信息隱藏技術(shù)和理論的研究，它的成功舉辦標(biāo)志著信息隱藏學(xué)的正式誕生。在此后的幾年里，陸陸續(xù)續(xù)的召開了多次會(huì)議。1998年在美國的波特蘭召開了第二屆信息隱藏研討會(huì)，1999年在德國召開了第三次

11、信息隱藏研討會(huì)。研究的內(nèi)容逐漸由空域信息的隱藏轉(zhuǎn)向頻率域 的信息隱藏，從以數(shù)字水印為主的研究逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)壓縮等全面的理論和應(yīng)用研究。1999年12月，我國順利的召開了第一屆全國信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)，這次大會(huì)的召開引起了多所研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)以及安全部門等等的密切關(guān)注。2000年召開了全國第二屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)，2001年召開了全國第三屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)。另外，在2000年國家863計(jì)劃智能計(jì)算機(jī)專家組，北京郵電大學(xué)信息安全中心和中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所一起成功的舉辦了數(shù)字水印技術(shù)研討會(huì)，給國內(nèi)研究信息隱藏技術(shù)的工作者提供了很好的交流機(jī)會(huì)?，F(xiàn)在信息隱藏技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為了一個(gè)多領(lǐng)域、多學(xué)科、多技術(shù)交叉

12、的課題，對它的研究存在著很大的科學(xué)、學(xué)術(shù)和商業(yè)價(jià)值，但是這項(xiàng)技術(shù)還存在著很多難點(diǎn)，還沒有形成完整的理論體系，雖然說現(xiàn)階段的信息隱藏技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成果，但是相對于信息隱藏技術(shù)總體來說，研究還處于初步階段，還有很多問題有需要解決。但是隨著對這項(xiàng)技術(shù)的深入研究，它的潛在價(jià)值會(huì)慢慢的體現(xiàn)出來，尤其是在數(shù)字水印和隱秘通信等方面，它都是密碼技術(shù)所無法替代的。2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹21數(shù)字水印關(guān)鍵技術(shù)離散余弦變換(DCT) 較早的水印算法從本質(zhì)上來說都是空間域上的，水印直接加載在數(shù)據(jù)上，載體數(shù)據(jù)在嵌入一水印信息前不需要經(jīng)過任何處理。目前，變換域方法正日益普遍，因?yàn)樵谧儞Q域嵌入的水印通常都具有很好的穩(wěn)健性，

13、對圖像壓縮、常用的圖像濾波以及噪聲疊加等都是一定的抵抗力。而且一些水印算法還結(jié)合了當(dāng)前的圖像和視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，因而具有很大的實(shí)際意義?；贒CT域的圖像數(shù)字水印算法就是一種基于變換域的圖像數(shù)字水印算法。類似的還有傅里葉變換、小波變換、分形或其它變換域等等。在有損數(shù)字圖像壓縮系統(tǒng)中，最常用的變換方法是DCT,DCT被認(rèn)為是性能接近K-L變換的準(zhǔn)最佳變換，變換編碼的主要特點(diǎn)有：（1）在變換域里視頻圖像要比空間域里簡單。（2）視頻圖像的相關(guān)性明顯下降，信號(hào)的能量主要集中在少數(shù)幾個(gè)變換系數(shù)上，采用量化和熵編碼可有效地壓縮其數(shù)據(jù)。（3）具有較強(qiáng)的抗干擾能力，傳輸過程中的誤碼對圖像質(zhì)量的影響遠(yuǎn)小于預(yù)測編碼。

14、通常,對高質(zhì)量的圖像，DMCP要求信道誤碼率，而變換編碼僅要求信道誤碼率。 對圖像進(jìn)行壓縮，給高頻系數(shù)大間隔量化，低頻部分小間隔量化。DCT是正交變換，它可以將88圖像空間表達(dá)式轉(zhuǎn)換為頻率域，只需要用少量的數(shù)據(jù)點(diǎn)表示圖像；DCT產(chǎn)生的系數(shù)很容易被量化，因此能獲得好的塊壓縮；DCT算法的性能很好，它有快速算法，如采用快速傅立葉變換可以進(jìn)行高效的運(yùn)算，因此它在硬件和軟件中都容易實(shí)現(xiàn)；而且DCT算法是對稱的，所以利用逆DCT算法可以用來解壓縮圖像。為什么采用8x8的圖像塊，其原因是由于計(jì)算量和像素之間關(guān)系的數(shù)量，許多研究表明，在15或20個(gè)像素之后，像素間的相關(guān)性開始下降。就是說，一列相似的像素通常

15、會(huì)持續(xù)15到20個(gè)像素那么長，在此之后，像素就會(huì)改變幅度水平（或反向）。一維DCT正交變換的公式為：二維DCT逆變換公式：2.2數(shù)字水印的特點(diǎn)為了對版權(quán)進(jìn)行保護(hù)和對產(chǎn)品內(nèi)容進(jìn)行鑒定，水印處理系統(tǒng)的基本框架還必須滿足一些特定的條件，這些條件是：（1）透明性。透明性包含兩方面的意思：一方面指利用人類視覺或聽覺系統(tǒng)的特征向數(shù)字作品中嵌入數(shù)字水印，在經(jīng)過一系列處理后，隱藏對象沒有明顯的降質(zhì)現(xiàn)象；另一方面指嵌入水印后對象與原載體對象具有一直性的特性，即使用統(tǒng)計(jì)方法也無法提取水印的或確定水印的存在。(2)安全性。數(shù)字水印系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)密鑰來確保安全，防止修改和涂擦水印。信息隱藏在多媒體內(nèi)容中，并且不會(huì)

16、因文件格式的轉(zhuǎn)換而丟失，而且未經(jīng)授權(quán)者不能檢測出水印。（3） 魯棒性。所謂魯棒性是指在經(jīng)過多重?zé)o意或有意的信號(hào)處理后，數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。其中，數(shù)字處理過程包括信道噪聲、濾波、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。（4） 可證明性。水印應(yīng)能為受到版權(quán)保護(hù)的信息產(chǎn)品的歸屬提供完全可靠的證據(jù)。水印算法能夠?qū)⑺姓叩挠嘘P(guān)信息嵌入到被保護(hù)的對象中，并在需要的時(shí)候?qū)⑦@些信息提取出來。水印可以用來判別對象是否受到保護(hù)，并能夠監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別以及非法拷貝控制等。（5） 無歧義性。提取出的水印或水印判決的結(jié)果應(yīng)該能夠確切的表明所有權(quán)，不會(huì)發(fā)生多種所有權(quán)

17、的糾紛。（6） 計(jì)算有效性。水印處理算法應(yīng)該比較容易用軟、硬件實(shí)現(xiàn)。尤其是水印檢測算法必須足夠快，以滿足在產(chǎn)品發(fā)行上對多媒體數(shù)據(jù)的管理要求。23最常見的分類方法有以下幾種： （1）可見水印和不可見水?。哼@是基于人的主觀感覺來劃分的?？梢娝∈侵盖度胨『?，我們可以看到嵌入的水印信息，而不可見水印是一種表面上不可察覺的水印，一般用戶不知道使用的數(shù)字產(chǎn)品中是否已嵌入了水印。目前我們主要關(guān)注的是不可見水印。（2） 空間域水印和變換域水?。哼@是按水印嵌入的方式來劃分的。空間域水印是指直接在信號(hào)空間上疊加水印信息，而變換域水印是對變換域中系數(shù)做出改變從嵌入水印信息。一般來說，變換域算法中可以嵌入的水域數(shù)

18、據(jù)龐大，安全性高。（3） 非盲水印、半盲水印和盲水?。哼@是根據(jù)在水印檢測時(shí)是否需要原始圖像和原始水印來劃分的。非盲水印是指在檢測過程中需要原始圖像和原始水??；半盲水印是指在檢測過程中不需要原始圖像，但需要原始水??；盲水印是指在檢測過程中既不需要原始圖像，又不需要原始水印，而只需要密鑰。（4） 脆弱水印、半脆弱水印和魯棒水?。哼@是根據(jù)水印信息的抗攻擊能力來劃分的。脆弱水印會(huì)隨著對象的修改而被破壞，半脆弱水印是指對某些圖像處理方法有魯棒性，而對其他的處理不具備魯棒性，魯邦水印是指對對常見的各種圖像處理方法都具備魯棒性。（5） 私有水印和公開水?。核接兴∈侵钢荒鼙惶囟荑€的持有人提取或檢測的水印，

19、而公開水印則是指可以被公共提取或檢測的水印。私有水印的安全性和魯棒性優(yōu)于公開水印，但公開水印更能方便聲明版權(quán)信息和預(yù)防侵權(quán)。（6） 對稱水印和非對稱水?。哼@是根據(jù)提取水印的算法來進(jìn)行劃分的。當(dāng)水印嵌入提取或檢測過程中所使用的密鑰相同時(shí)，稱為對稱水??；否則稱為非對稱水印。上述各類水印算法的分類并不是絕對孤立的，它們之間是相互聯(lián)系著的，因此在理解各類水印時(shí)，我們只能根據(jù)它在某一特性上的不同表現(xiàn)形式而將其歸類。此外，目前基本上不可見數(shù)字水印的算法主要分為兩大類：空域算法和變換域算法，而變換域水印是未來發(fā)展的主流。3. 水印的嵌入與提取3.1 MATLAB簡介MATLAB是由美國mathworks公司

20、發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。3.2 MATLAB語言的特點(diǎn)MATLAB主要有如下特點(diǎn)：1. 編程效率高M(jìn)ATLAB是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語言，允許使用數(shù)學(xué)形式的語言編寫程序，且比BASIC、FORTRAN和C等語言更加接近我們書寫計(jì)算公式

21、的思維方式，用MATLAB編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。因此，MATLAB語言也可通俗地稱為演算紙式科學(xué)算法語言。由于它編寫簡單，所以編程效率高，易學(xué)易懂。2. 用戶使用方便MATLAB語言是一種解釋執(zhí)行的語言（在沒被專門的工具編譯之前），它靈活、方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時(shí)間少。人們用任何一種語言編寫程序一般都要經(jīng)過四個(gè)步驟：編輯、編譯、鏈接，以及執(zhí)行和調(diào)試。各個(gè)步驟之間是順序關(guān)系，編程的過程就是在它們之間做瀑布型的循環(huán)。MATLAB語言與其他語言相比，較好的解決了上述問題，把編輯、編譯、鏈接和執(zhí)行融為一體。它能在同一畫面上進(jìn)行靈活操作，快速排除輸入程序中的

22、書寫錯(cuò)誤、語法錯(cuò)誤以至語義錯(cuò)誤，從而加快了用戶編寫、修改和調(diào)試程序的速度，可以說在編程和調(diào)試過程中它是一種比VB還要簡單的語言。具體的說，MATLAB運(yùn)行時(shí)，如直接在命令行輸入MATLAB語句（命令），包括調(diào)M文件的語句，每輸入一條語句，就立即對其進(jìn)行處理，完成編譯、鏈接和運(yùn)行的全過程。又如，將MATLAB源程序編輯為M文件，由于MATLAB磁盤文件也是M文件，所以編輯后的源文件就可以直接運(yùn)行，而不需要進(jìn)行編譯和鏈接。在運(yùn)行M文件時(shí)，如果有錯(cuò)，計(jì)算機(jī)屏幕上會(huì)給出詳細(xì)的出錯(cuò)信息，用戶經(jīng)修改后再執(zhí)行，直到正確為止。所以可以說，MATLAB語言不僅是一種語言，廣義上講是一種該語言的開發(fā)系統(tǒng)，即語言調(diào)

23、試系統(tǒng)。3. 擴(kuò)充能力強(qiáng)，交互性好高版本的的MATLAB語言有豐富的庫函數(shù)，在進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)序運(yùn)算時(shí)可以直接調(diào)用，而且MATLAB的庫函數(shù)同用戶文件在形成上一樣，所以用戶文件也可作為MATLAB的庫函數(shù)來調(diào)用。因而，用戶可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴(kuò)充新的庫函數(shù)，以便提高M(jìn)ATLAB的使用效率和擴(kuò)充它的功能。另外，為了充分利用FORTRAN、C等語言的資源，包括用戶已編好的FORTRAN、C語言程序，通過建立Me調(diào)文件的形式，混合編程，方便地調(diào)用有關(guān)的FORTRAN、C語言的子程序，還可以在C語言和FORTRAN語言中方便地使用MATLAB的數(shù)值計(jì)算功能。這樣良好的交互性使程序員可以使用以前編

24、寫過的程序，減少重復(fù)性工作，也使現(xiàn)在編寫的程序具有重復(fù)利用的價(jià)值。4. 移植性和開放性很好MATLAB是用C語言編寫的，而C語言的可移植性很好。于是MATLAB可以很方便地移植到能運(yùn)行C語言的操作平臺(tái)上。MATLAB合適的工作平臺(tái)有：Windows系列、UNIX、Linux、VMS6.1和PowerMac。除了內(nèi)部函數(shù)外，MATLAB所有的核心文件和工具箱文件都是公開的，都是可讀可寫的源文件，用戶可以通過對源文件的修改和自己編程構(gòu)成新的工具箱。5. 語句簡單，內(nèi)涵豐富MATLAB語言中最基本最重要的成分是函數(shù)，其一般形式為a,b,c，.=fun(d,e,f,.),即一個(gè)函數(shù)由函數(shù)名，輸入變量d

25、,e,f,.和輸出變量a,b,c,.組成，同一函數(shù)名F，不同數(shù)目的輸入變量（包括無輸入變量）及不同數(shù)目的輸出變量，代表著不同的含義（有點(diǎn)像面向?qū)ο笾械亩鄳B(tài)性）。這不僅使MATLAB的庫函數(shù)功能更豐富，而且大大減少了需要的磁盤空間看，使得MATLAB編寫的M文件簡單、短小而高效。6. 高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算MATLAB語言像BASIC、FORTRAN和C語言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、羅技運(yùn)算符、條件運(yùn)算符，而且這些運(yùn)算符大部分可以毫無改變地照搬到數(shù)組間的運(yùn)算，有些如算術(shù)運(yùn)算符只要增加“.”就可用于數(shù)組間的運(yùn)算。另外，它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫函數(shù)，使之

26、在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時(shí)，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其他高級(jí)語言所不能比擬的。在此基礎(chǔ)上，高版本的MATLAB一定能名副其實(shí)地稱為“萬能演算紙”式的科學(xué)算法語言。7. 方便的繪圖功能MATLAB的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），例如線性坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)、半對數(shù)坐標(biāo)及極坐標(biāo)，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令），在圖上標(biāo)出圖題、XY軸標(biāo)注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡單易行。另外，在調(diào)用繪圖函數(shù)時(shí)調(diào)整自變量可繪出不變顏色的點(diǎn)、線、復(fù)線或多重線。這種為科學(xué)研究著想的設(shè)計(jì)是通用的編程語言所不能及的。3.3MATLAB的缺點(diǎn)MATLAB的缺點(diǎn)是，

27、它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢，并且MA TLAB 的界面功能比較弱, 不能實(shí)現(xiàn)交互界面、數(shù)據(jù)采集和端口操作等功能。3.4 工作環(huán)境的配置本設(shè)計(jì)的運(yùn)行環(huán)境如下硬件環(huán)境：windows 7.0，內(nèi)存2G, 硬盤320G軟件環(huán)境：matlab R2011a4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.1 matlab函數(shù)介紹數(shù)據(jù)輸入輸出函數(shù)imread（）和imwrite（）：可以讀寫bmp,jpg/jpeg, tif/tiff, png, hdf, pcx, wxd格式文件。讀索引文件時(shí)，還可以得到相應(yīng)的調(diào)色板數(shù)據(jù)。 圖像顯示

28、imshow()：顯示一幅圖像；imfinfo()：可以得到讀入圖像的信息。如文件的大小、格式、格式版本號(hào)、圖像的高度、寬度、顏色類型（真彩色，灰度圖還是索引圖）等。攻擊函數(shù)旋轉(zhuǎn)：rotate（）可以對圖像進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)；剪裁：imcrop()可以按精確定位的各點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行剪裁；濾波：filter()和filter2()可實(shí)現(xiàn)對一維信號(hào)和二維信號(hào)的濾波；抖動(dòng)：dither()對圖像進(jìn)行抖動(dòng)；抖動(dòng)攻擊考驗(yàn)水印魯棒性的一個(gè)很好的攻擊；jpeg壓縮：imwrite()中jpg和quality參數(shù)能對圖像進(jìn)行可控jpg壓縮；加各種噪聲：imnoise()可以對圖像加入各種噪聲，如高斯噪聲、椒鹽噪等，

29、加入噪聲是對水印魯棒性考驗(yàn)的一種常見的攻擊；放大/縮?。篿mresize()可以以指定的插值方法來對圖像進(jìn)行放大和縮小。水印嵌入與提取的總體流程圖如下：4.2 基于DCT數(shù)字水印算法的matlab實(shí)現(xiàn)源代碼實(shí)例原圖：水印圖片：將水印嵌入到原圖中，然后進(jìn)行DCT域的變換與逆變換，提取出水印，結(jié)果如下所示：將嵌入水印后的圖片加入椒鹽噪聲，然后按照上述方法進(jìn)行提取，結(jié)果如下所示，此時(shí)凸顯出算法的抗噪性能不夠好：將嵌入水印后的照片加入高斯噪聲，然后提取，水印基本已經(jīng)看不出了：將嵌入水印后的照片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)45，然后提取，水印基本已經(jīng)看不出了。將嵌入水印后的照片進(jìn)行剪切，然后提取，水印基本也已經(jīng)看不出了：4

30、.3本章小結(jié) 本章實(shí)現(xiàn)了基于DCT域的數(shù)字水印技術(shù)，并且通過加入高斯噪聲，椒鹽噪聲，旋轉(zhuǎn)，剪切等一些列攻擊手段，并顯示原圖像和嵌入水印后的圖像，攻擊后的水印圖像的直觀對比圖。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主觀視覺效果看，我的算法的穩(wěn)健性不夠好呀！攻擊后提取的水印基本已經(jīng)看不出。5總結(jié)信息隱藏是一項(xiàng)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，也是多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的前沿，應(yīng)用前景十分廣闊，必將吸引廣大圖像、語音、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等領(lǐng)域的研究者加入到這一行列，從而推動(dòng)信息安全技術(shù)更快的發(fā)展。通過實(shí)驗(yàn)，我學(xué)習(xí)了MATLAB的使用和編程：詳細(xì)了解數(shù)字水印的知識(shí)，更主要的是掌握了DCT域的水印算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的相關(guān)知識(shí)?？傊?，數(shù)字水印技術(shù)研究是近

31、幾年來發(fā)展很活躍的領(lǐng)域，隨著研究的深入，數(shù)字水印正在發(fā)展為一門頗有意義的科學(xué)學(xué)科，我堅(jiān)信數(shù)字水印技術(shù)必將有一個(gè)美好的明天。 參考文獻(xiàn)1 金聰.數(shù)字水印理論與技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2008.82 董長虹等.Matlab 圖像處理與應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社，2004.13 楊義先.數(shù)字水印基礎(chǔ)教程.北京：人民郵電出版社，2007.64 黃達(dá)人，劉九芬，黃繼武.小波變換域圖像水印嵌入對策和算法.軟件學(xué)報(bào)，2002，13(07)5張軍，等.數(shù)字圖像的自適應(yīng)公開水印技術(shù).計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào).2002（12）6郭文強(qiáng)，張宗橙.信息論與編碼. 第2版. 北京：清華出版社.20097王麗娜、張煥國，信息隱藏技

32、術(shù)與應(yīng)用，北京：北京師范大學(xué)中文圖書基藏庫，20038百度文庫附錄:程序?qū)崿F(xiàn)的源代碼如下所示：%Embed the watermark%dct algorithmclc,clear all,close all;C=zeros(512);%read original imageI =imread(image.jpg);subplot(221),imshow(I);title(original image);I=double(I)/256;%display watermarking imageim1 =imread(seals1.jpg);J=imresize(im1,64,64);subplot

33、(222),imshow(J);title( watermarking image );K=8;for p=1:64 for q=1:64 x=(p-1)*K+1; y=(q-1)*K+1; BLOCK=I(x:x+K-1,y:y+K-1); BLOCK=dct2(BLOCK); if J(p,q)=0 a=-1; else a=1; end BLOCK(1,1)=BLOCK(1,1)*(1+a*0.03); BLOCK=idct2(BLOCK); C(x:x+K-1,y:y+K-1)=BLOCK; endendsubplot(223),%figure,imshow(C,);title(wat

34、erembed);imwrite(C,waterembed.jpg,jpg); %Extrat the watermark%choose original pictureI=imread(image.jpg); J=imread(waterembed.jpg);K=8;for p=1:64 for q=1:64 x=(p-1)*K+1; y=(q-1)*K+1; BLOCK1=I(x:x+K-1,y:y+K-1); BLOCK2=J(x:x+K-1,y:y+K-1); BLOCK1=idct2(BLOCK1); BLOCK2=idct2(BLOCK2); if (BLOCK1)=0 a=(BL

35、OCK2(1,1)/BLOCK1(1,1)-1; if a0 W(p,q)=0; else W(p,q)=1; end end endenddisplay watermarksubplot(224);%figure,imshow(W,);title(the watermark); %input noise %input the the salt&pepper noiseI=imread(waterembed.jpg);I1=imnoise(I,salt & pepper,0.01);figure;subplot(121);imshow(I1);title(salt&pepper noise w

36、aterembed image);imwrite(I1,the salt&pepper noise image.jpg,jpg); %Extrat the watermark I=imread(image.jpg); J=imread(the salt&pepper noise image.jpg);J=imresize(J,512,512);M=size(I,1);N=64;K=8;for p=1:N for q=1:N x=(p-1)*K+1; y=(q-1)*K+1; BLOCK1=I(x:x+K-1,y:y+K-1); BLOCK2=J(x:x+K-1,y:y+K-1); BLOCK1

37、=idct2(BLOCK1); BLOCK2=idct2(BLOCK2); if (BLOCK1)=0 a=(BLOCK2(1,1)/BLOCK1(1,1)-1; if a0 W(p,q)=0; else W(p,q)=1; end end endend%display watermarksubplot(122);imshow(W);title(the watermark); %input the the gaussian noise I2=imnoise(I,gaussian,0,0.01);figure;subplot(121)imshow(I2);title(gaussian noise

38、 waterembed image);imwrite(I2,the gaussian noise image.jpg,jpg);I=imread(original image.jpg); J=imread(the gaussian noise image.jpg);J=imresize(J,512,512);M=size(I,1);N=64;K=8;for p=1:N for q=1:N x=(p-1)*K+1; y=(q-1)*K+1; BLOCK1=I(x:x+K-1,y:y+K-1); BLOCK2=J(x:x+K-1,y:y+K-1); BLOCK1=idct2(BLOCK1); BLOCK2=idct2(BLOCK2); if (BLOCK1)=0 a=(