圖像數(shù)字水印的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、唐山師范學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文題 目 圖像數(shù)字水印的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué) 生 指導(dǎo)教師 年 級(jí) 08級(jí)信息平安專(zhuān) 業(yè) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系 別 計(jì)算機(jī)科學(xué)系唐山師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系2021 年 6月鄭 重 聲 明本人的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)教師 的指導(dǎo)下獨(dú)立撰寫(xiě)并完成的。畢業(yè)論文設(shè)計(jì)沒(méi)有剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和侵權(quán)行為，本人愿意承當(dāng)由此產(chǎn)生的各種后果，直至法律責(zé)任；并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)承受公眾的查詢(xún)。特此鄭重聲明。畢業(yè)論文設(shè)計(jì)作者簽名： 2011 年 6 月 11 日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc263693232 圖像數(shù)字水印的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _

2、Toc263693232 h 1 HYPERLINK l _Toc263693233 摘 要 PAGEREF _Toc263693233 h 1 HYPERLINK l _Toc263693237 1緒論 PAGEREF _Toc263693237 h 1 HYPERLINK l _Toc263693238 本課題研究的背景及意義 PAGEREF _Toc263693238 h 1 HYPERLINK l _Toc263693240 數(shù)字圖像水印的開(kāi)展歷程及其現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc263693240 h 1 HYPERLINK l _Toc263693243 2系統(tǒng)的需求分析 PAGE

3、REF _Toc263693243 h 2 HYPERLINK l _Toc263693244 任務(wù)概述 PAGEREF _Toc263693244 h 2 HYPERLINK l _Toc263693252 功能需求2 HYPERLINK l _Toc263693284 3數(shù)字水印技術(shù)概括2 HYPERLINK l _Toc263693285 3.1 數(shù)字水印的概念和特性2 HYPERLINK l _Toc263693288 3.2 數(shù)字水印系統(tǒng)模型2 HYPERLINK l _Toc263693285 3.3 數(shù)字水印的分類(lèi)3 HYPERLINK l _Toc263693290 4數(shù)字水印

4、算法研究3 HYPERLINK l _Toc263693291 4.1 空域算法 PAGEREF _Toc263693291 h 3 HYPERLINK l _Toc263693292 4.2 變換域算法 PAGEREF _Toc263693292 h 4 HYPERLINK l _Toc263693305 5基于空域最低位算法實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色和灰度圖像的隱藏4 HYPERLINK l _Toc263693306 最低有效位方法4 HYPERLINK l _Toc263693298 5.2 數(shù)字水印圖像LSB空域法的原理4 HYPERLINK l _Toc263693298 5.3 LSB的算法實(shí)現(xiàn)

5、嵌入和提取4 HYPERLINK l _Toc263693327 6 調(diào)試及測(cè)試分析5 HYPERLINK l _Toc263693298 6.1 是否嵌入水印圖像成功的判斷5 HYPERLINK l _Toc263693298 6.2 測(cè)試判斷是否嵌入水印的依據(jù)5 HYPERLINK l _Toc263693327 7 總結(jié)與心得5 HYPERLINK l _Toc263693328 參考文獻(xiàn)：6 HYPERLINK l _Toc263693329 致謝6 HYPERLINK l _Toc263693330 外文頁(yè) PAGEREF _Toc263693330 h 6基于LSB圖像數(shù)字水印的設(shè)

6、計(jì)與實(shí)現(xiàn)作者姓名 張盟 王曉敬摘 要伴隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字多媒體技術(shù)的飛速開(kāi)展，如何保護(hù)多媒體作品的版權(quán)和鑒別其真?zhèn)纬蔀閲?guó)際上研究的熱門(mén)課題. 數(shù)字水印作為信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支，是實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)或跟蹤侵權(quán)行為的有效方法。它是通過(guò)一定的算法將某些秘密信息水印嵌入到被保護(hù)的數(shù)字多媒體(如靜止圖像、音頻、視頻等)內(nèi)容中，但不影響原內(nèi)容的價(jià)值和使用，并且不能被人的感知系統(tǒng)發(fā)覺(jué)。目前的數(shù)字水印算法已經(jīng)有許多種。根本上可以按照嵌入方法分為空域和變換域兩種。雖然空域方法有一定的缺點(diǎn)，但是算法簡(jiǎn)單，比擬容易學(xué)習(xí)，而且具有較好的數(shù)字水印嵌入效果。本論文針對(duì)基于空域的數(shù)字水印算法進(jìn)展了研究,在簡(jiǎn)要介紹本課題研

7、究背景與本課題的國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)的根底上，隨后介紹了數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用、特點(diǎn)等。本文通過(guò)對(duì)常見(jiàn)格式的圖像的處理和基于空域算法的數(shù)字水印的嵌入與提取算法進(jìn)展了深入的分析和研究，采用基于空域LSB算法的數(shù)字水印方法，將數(shù)字水印嵌入到圖像的LSB位。通過(guò)Visual C+6.0編程實(shí)現(xiàn)最終的設(shè)計(jì)，并將實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的嵌入、提取，以及圖像及根本信息的顯示。關(guān)鍵詞 數(shù)字水印. 算法 . 圖像信息隱藏. lsb1緒 論1.1本課題研究的背景及意義數(shù)字圖像水印技術(shù)是信息隱藏和信息平安技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的分支，由于現(xiàn)代社會(huì)多媒體信息交流開(kāi)展迅速，電子出版物版權(quán)越來(lái)越難以解決，然而數(shù)字圖像水印可以用信號(hào)處理的方

8、法在數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)中嵌入隱含的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)新的版權(quán)保護(hù)方法，所以數(shù)字圖像水印在短短的幾年里，已經(jīng)得到了相當(dāng)強(qiáng)勁的開(kāi)展，如今已經(jīng)成為數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。1.2數(shù)字圖像水印的開(kāi)展歷程及其現(xiàn)狀現(xiàn)在的版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)可以采用密碼認(rèn)證技術(shù)，但是傳統(tǒng)的加密方式對(duì)多媒體信息的保護(hù)有一定的局限性，不能夠完全保證信息的平安性，一旦密碼被破解，多媒體信息就可以被任意復(fù)制、篡改，并且在法庭上很難取證。數(shù)字水印技術(shù)可以作為加密技術(shù)的補(bǔ)充，增強(qiáng)對(duì)多媒體信息的版權(quán)保護(hù)。數(shù)字水印技術(shù)最早是在1994年得國(guó)際圖像處理會(huì)議上由shcnydel等人提出的，這一技術(shù)在當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)界引起廣泛的關(guān)注，并且迅速成為信息平安和圖像處理

9、領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此后，很多高校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)和公司都展開(kāi)了對(duì)數(shù)字水印的研究，并取得了一定的成果。我國(guó)的數(shù)字水印技術(shù)研究也得到了國(guó)家和有關(guān)部門(mén)的重視，并有一些研究成果逐步走向?qū)嵱没?系統(tǒng)的分析需求2.1任務(wù)概述數(shù)字水印的主要目的是將特定的信息參加到需要保護(hù)的媒體信息中，參加的信息一般是能夠代表媒體信息版權(quán)的內(nèi)容，如公司標(biāo)志、媒體作者、特定代碼等，而且要保證數(shù)字水印能夠抵抗一定的攻擊，而不被輕易的破壞和修改，同時(shí)數(shù)字水印要能夠被提取或者能夠被檢測(cè)到。數(shù)字水印的具體內(nèi)容、算法、提取或檢測(cè)過(guò)程根據(jù)實(shí)際應(yīng)用有不同的要求。功能需求本課題基于LSB算法的數(shù)字水印嵌入、提取系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求如下：1：能夠

10、實(shí)現(xiàn)翻開(kāi)和保存常見(jiàn)格式的圖像。2：能夠顯示圖像和嵌入的水印圖像的相關(guān)信息。3：能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水印圖像的嵌入以及相關(guān)信息的嵌入操作4：系統(tǒng)能夠判斷圖像是否嵌入了水印圖像以及嵌入的水印圖像的大小。5：系統(tǒng)能夠?qū)叶葓D像和彩色圖像分別嵌入。3數(shù)字水印技術(shù)概括3.1 數(shù)字水印技術(shù)的概念和特性概念：數(shù)字水印是將一些標(biāo)識(shí)信息即數(shù)字水印直接嵌入數(shù)字載體包括多媒體、文檔、軟件等當(dāng)中，但不影響原載體的使用價(jià)值，也不容易被人的知覺(jué)系統(tǒng)如視覺(jué)系統(tǒng)或聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)覺(jué)察或注意到。通過(guò)這些隱藏在載體中的信息，可以到達(dá)確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)立者、購(gòu)置者、傳送隱秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的。特性：數(shù)字水印有很多特性，其中最主要的三個(gè)特性是保

11、真度、魯棒性和容量。一般來(lái)說(shuō)，容量、魯棒性和保真度三者相互制約，不可能設(shè)計(jì)一個(gè)使三者都到達(dá)最優(yōu)的水印系統(tǒng)，只能根據(jù)實(shí)際需要在三者中進(jìn)展折衷。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要進(jìn)展取舍。3.2 數(shù)字水印系統(tǒng)模型數(shù)字水印處理技術(shù)主要包括數(shù)字水印的嵌入、提取和檢測(cè)。通用的水印模型框架如圖1、圖2所示：數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)展分類(lèi)，因此有多種分類(lèi)方法。按數(shù)字水印的特性可分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印。魯棒數(shù)字水印主要用于標(biāo)識(shí)數(shù)字媒體信息的版權(quán)信息，它要求嵌入的水印能夠抵抗對(duì)媒體的常規(guī)編輯和惡意攻擊。而脆弱水印相反，它對(duì)攻擊敏感，可以根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)判斷原始信息是否被修改正。按數(shù)字水印所附載的媒體可分為

12、圖像水印、音頻水印、視頻水印和文本水印等。每一種數(shù)字化的媒體都有相應(yīng)的水印算法，這也造成了數(shù)字水印算法的復(fù)雜性。按數(shù)字水印影藏的位置劃分可以分為空時(shí)域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻數(shù)字水印和時(shí)間/尺度數(shù)字水印。按數(shù)字水印的可見(jiàn)性可以分為可見(jiàn)數(shù)字水印和非可見(jiàn)數(shù)字水印?？梢?jiàn)數(shù)字水印通常是將公司表示疊加到原始圖像上、算法比擬簡(jiǎn)單，也有相應(yīng)的應(yīng)用軟件。而不可見(jiàn)數(shù)字水印要求嵌入的水印是不能被人的視覺(jué)系統(tǒng)感知的，其算法相對(duì)復(fù)雜，目前還沒(méi)有較成熟的應(yīng)用軟件。4數(shù)字水印算法研究在正式介紹LSB算法前，介紹一下水印主要有哪些種是必要的。一般從大體上來(lái)分，水印就是空域方法和變換域方法兩大類(lèi)：4.1 空域算法空域算

13、法，即本文即將論述的方法，它的整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程是在空域中完成的，所謂的空域就是與變換域相對(duì)，就是說(shuō)不需要對(duì)圖像進(jìn)展任何變換而是直接在圖像的每個(gè)象素上進(jìn)展水印的嵌入，本文論述的LSB法就是空域法中較根底也是最重要的方法之一。一般來(lái)講，此法的強(qiáng)健性不是特別的滿(mǎn)意，但它的最大優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，影藏的信息量比擬大，因此仍然受到重視。4.2 變換域算法 變換域算法，一般來(lái)講，在圖像通過(guò)離散傅立葉變換，余弦變換，沃爾什變換或小波變換等其中任何一種后，再參加水印，就稱(chēng)其為變換域法，由此來(lái)看，只要有一種變換就有一種水印嵌入的方法。另外變換域法中，水印是嵌在變換后的系數(shù)上的，因此可以有一定的強(qiáng)健性，例如，離散余弦變幻

14、的水印可以抵抗JEPG壓縮，小波變換的水印可以抵抗JEPG2000壓縮，這就是變換域法現(xiàn)在比擬流行的原因。5基于空域最低位算法實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色和灰度圖像的隱藏5.1 最低有效位方法LSB算法也叫做最低有效位，是一種較為根底的信息隱藏算法。在位圖圖像數(shù)據(jù)中，每8位稱(chēng)作一個(gè)位面。通常，5個(gè)最高位面含有人眼可見(jiàn)的有意義的信息，在其他的位面中幾乎沒(méi)有視覺(jué)信息，它們表示圖像中很細(xì)小的局部，在圖像學(xué)的范疇中，它們稱(chēng)作噪聲。利用位圖格式位面的這種特性，我們可以將水印的數(shù)據(jù)嵌入到人眼不易發(fā)覺(jué)的位置，這種方法就是LSB算法。一般的LSB算法中，信息嵌入在圖像的后4位。 數(shù)字水印圖像LSB空域法的原理 LSB翻譯成中文

15、就是最不重要位，顧名思義，就是要把水印圖像嵌入到載體圖像的最不重要位上。大家都知道一副256級(jí)灰度圖中每一個(gè)象素是有8位二進(jìn)制構(gòu)成，例如111111255，其中每一位在這個(gè)象素所起到的作用是不一樣的，最高位就代表10000000128，而最低位1卻只代表1，這就給水印提供了最直接的提示，可以通過(guò)改變一幅圖像的最低位來(lái)嵌入數(shù)據(jù)。因?yàn)榧词馆d體圖像的所有最低位都改變了，圖像本身也根本不會(huì)發(fā)生任何變化，即滿(mǎn)足了水印的性質(zhì)之一透明性。5.3 LSB的算法實(shí)現(xiàn) 按照上述原理，我們可以由一下幾步來(lái)完成水印的嵌入和提?。簩⒁桓?56級(jí)灰度圖像的局部或所有的最低位置零局部還是所有取決于嵌入水印的大小，在這個(gè)過(guò)程

16、中要明確，雖然圖像的最低位已經(jīng)被修改正了，但由于人的生理涂點(diǎn)即人的眼睛只能識(shí)別大概40級(jí)灰度，所以這一點(diǎn)點(diǎn)的修改對(duì)人的視覺(jué)沒(méi)有任何影響，在置零時(shí)采用的主要是判斷這個(gè)象素灰度級(jí)是否被2整除，可以的就不變，不可以的就減1這樣的算法比擬簡(jiǎn)單易行。將一副二值的圖像按照一定的算法嵌入到原圖像中，這個(gè)算法一般是保密的，一般情況可以稱(chēng)這個(gè)算法為密鑰，在這里為了介紹簡(jiǎn)單只采用了按順序嵌入，即如果水印圖像的值為0，那么把原圖像的相應(yīng)最低位設(shè)為0；同樣如果水印圖像的值為1 ，那么把原圖像的最低位設(shè)為1；這樣就完成了圖像的嵌入。水印的提取，即在得到帶有水印的圖像后，只要按照嵌入的算法即密鑰去把圖像的最低位的象素值提

17、取出來(lái)那么就可以真正的得到想要的水印圖像。6調(diào)試及測(cè)試分析6.1是否嵌入水印圖像成功的判斷嵌入水印后的效果，現(xiàn)有載體圖像如圖3所示灰度級(jí)圖像，大小為200*200。水印信息為隨機(jī)生成的秘密信息，LSB算法選用最低位平面來(lái)嵌入秘密信息。最低位平面對(duì)圖像的視覺(jué)效果影響最輕微，但很容易受到噪聲影響和攻擊，可采用在一個(gè)區(qū)域中嵌入一樣的信息。 圖3 載體圖像 圖4 嵌入水印后的圖像6.2測(cè)試判斷是否嵌入水印的依據(jù)通過(guò)提取水印算法提取水印，可得到隨機(jī)的10位秘密信息：0100110010。由此可以判斷該圖像已嵌入了水印，假設(shè)沒(méi)有提取到這樣隨機(jī)的10位秘密信息，那么那么可以說(shuō)明沒(méi)有嵌入水印。.7總結(jié)與心得LSB算法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，同時(shí)可以保證數(shù)字水印的不可見(jiàn)性，由于可以在最低位的每個(gè)像素上都插入數(shù)字水印信息，因此有較大的信息嵌入量。LSB算法一般嵌入圖像的最低一位或者兩位，如果嵌入的位數(shù)太多，那么會(huì)被人眼發(fā)覺(jué)到。但是由于數(shù)字水印位于圖像的不重要像素位上，因此很容易被圖像過(guò)濾、量化和幾何型等操作破壞，以致無(wú)法恢復(fù)數(shù)字水印。針對(duì)根本的LSB算法的缺點(diǎn)，一些研究者也提出了一些改良的算法，如奇偶標(biāo)志位隱藏算法、索引數(shù)據(jù)鏈隱藏算法等，這些算法能增強(qiáng)數(shù)字水印的隱蔽性。數(shù)字水印技術(shù)是近年來(lái)興起的一門(mén)較前沿的技術(shù)，還處在開(kāi)展階段，沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，缺乏完整的軟件系統(tǒng)。但是數(shù)字