數(shù)字圖像水印嵌入攻擊與提取

目錄TOC\o"1-4"\h\z\u3338摘要 緒論1.1研究背景1.1.1數(shù)字水印的研究背景伴隨著人類社會的進步，特別是計算機通信技術(shù)的發(fā)展，有越來越多的視頻、音頻、數(shù)字圖像等多媒體產(chǎn)品被制作出來并更多的通過互聯(lián)網(wǎng)進行擴散。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅給人們的生活帶來了便捷，也產(chǎn)生了嚴重的安全隱患，比如非法篡改、侵權(quán)盜版等問題泛濫，如何保護自己的知識產(chǎn)權(quán)已經(jīng)成為多媒體作品所有者需要解決的頭等問題。1.1.2了解數(shù)字水印的原理信息隱藏技術(shù)，英語InformationHiding，是一種新型的信息安全技術(shù)，與以往的密碼學(xué)有很大的不同。密碼學(xué)把需要保密的信息按照某種特殊編碼規(guī)則轉(zhuǎn)變成不被外人識別的密文形式，然后再進行傳播；信息隱藏技術(shù)則是通過傳遞有機密信息嵌入的公開信息來傳輸保密信息的。非法監(jiān)測者或者攔截者破壞機密信息無外乎有兩種方式：一是發(fā)送破壞的密文，二是破譯其截獲的密文。但是如果采用了信息隱藏技術(shù)，非法監(jiān)測者或者攔截者需要從海量的公開信息中尋找機密信息，這無異于海底撈針，極大的降低了機密信息被他們獲取的可能性，進而能夠使機密信息的安全性得到了顯著提高。多媒體技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也極大地促進了信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。圖1-1信息隱藏模型和以往的加密技術(shù)所不同的是，信息隱藏技術(shù)只要能夠保證機密信息不會被覬覦的人發(fā)現(xiàn)獲得就可以了，它不會對資料的正常使用產(chǎn)生任何的限制。所以，信息隱藏技術(shù)需要確保正常的數(shù)據(jù)操作不會對信息安全造成影響。1.1.3數(shù)字水印的過程數(shù)字水印技術(shù)起步于上世紀90年代，它是指把水印信息通過某種特定的信號處理的方式隱藏到多媒體數(shù)據(jù)里面，隱藏的水印信息不會被人的感覺系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，想要將其提取出來只能使用專門的設(shè)備儀器。1.1.4數(shù)字水印的特點為了保證多媒體產(chǎn)品的版權(quán)不被侵犯，在其內(nèi)部添加難以被破壞和消除的數(shù)字水印是一個非常有效的方法。數(shù)字水印除了具有魯棒性和安全性之外，抗攻擊性強、不易被感知也是其突出的優(yōu)點。1.2.3數(shù)字水印的分類數(shù)字水印的劃分多種多樣，比如可以根據(jù)它的應(yīng)用不同而分成魯棒水印、注釋水印和易損水印等，它們的作用分別是用于保護版權(quán)、標識數(shù)據(jù)內(nèi)容以及確保數(shù)據(jù)完整。下面對兩種目前比較常見的分類方式展開介紹。1）按可見性分類2）按特性分類把數(shù)字水印嵌入到多媒體產(chǎn)品里面去，當有人對多媒體產(chǎn)品進行修改時，數(shù)字水印也會跟著發(fā)生相應(yīng)的變化，版權(quán)所有者只要根據(jù)數(shù)字水印是否發(fā)生變化就可以知道多媒體產(chǎn)品是否被非法篡改。易損水印除了需要有一定的魯棒性之外，還要求其對圖像處理敏感，也就是說可以出現(xiàn)一定的失真情況，但是又能夠監(jiān)測出失真的情況。1.2.4數(shù)字水印的一般原理數(shù)字水印是一種新型的數(shù)字信息安全，當前理論體系還不完備，主要是分成數(shù)字水印的嵌入以及提?。ㄓ袝r候又稱之為檢測）兩個步驟。為了增加水印的安全性，提高非法攻擊者破壞數(shù)字水印的難度，嵌入和提取都使用了加密技術(shù)，要想提取并檢測出數(shù)字水印只有那些掌握命運的人才能做到。1）嵌入水印嵌入工作的核心除了嵌入算法之外，還有一個就是如何生成數(shù)字水印。數(shù)字水印技術(shù)的核心就是如何把數(shù)字水印嵌入到多媒體產(chǎn)品當中。目前研究人員已經(jīng)針對不同的水印攻擊模型和應(yīng)用場合提出了相應(yīng)的數(shù)字水印嵌入算法。如果要在靜止圖像中加入水印，就把可視圖像水印嵌入到彩色圖像或者灰色圖像之中，一般常規(guī)的圖像處理是難以將其破壞的；針對如何現(xiàn)實在視頻文件中嵌入數(shù)字水印的問題，發(fā)明了在MPEG4視頻文件嵌入水印算法，并研發(fā)了在MPEG2解碼或碼流加入及提取水印的技術(shù)；至于音頻領(lǐng)域，提出了MP3的數(shù)字水印算法。2）提取和檢測水印數(shù)字水印嵌入操作的反操作就是提取有時候又稱之為檢測，其主要任務(wù)是將數(shù)字水印按照一定的檢測算法提取出來。把原始載體數(shù)據(jù)、水印密鑰、水印載體數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)，根據(jù)特定的檢測算法就能夠得到水利信息，或者被破壞的數(shù)據(jù)里面是否由水印信息的存在。下圖1-2、1-3所示分別就是實現(xiàn)提取水印信號的水印信號恢復(fù)步驟模型的示意圖以及判斷數(shù)據(jù)是否含有水印信號的水印信號檢測模型示意圖。圖1-2水印信號恢復(fù)圖1-3水印信號檢測1.2系統(tǒng)概述及應(yīng)用人們就是為了保護多媒體產(chǎn)品的版權(quán)而開發(fā)了數(shù)字水印技術(shù)，隨著數(shù)字水印技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣，發(fā)揮的作用也更加重要。目前數(shù)字水印技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個領(lǐng)域。1）版權(quán)保護計算機及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展使人們可以非常方便的獲得多媒體產(chǎn)品，如何保護其版權(quán)不被侵犯一直是一個熱點研究領(lǐng)域。數(shù)字水印技術(shù)對多媒體產(chǎn)品版權(quán)的保護主要體現(xiàn)在以下3點：1)極大的威懾了非法盜版者；2)發(fā)現(xiàn)盜版產(chǎn)品的同時，可以發(fā)現(xiàn)盜版者是從哪個用戶那里獲得了原版資料；3)版權(quán)產(chǎn)生糾紛的時候，能夠為版權(quán)所有者提供有效的證據(jù)。當前，數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)投入了商業(yè)化使用，在版權(quán)保護領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。IBM公司的“數(shù)字圖書館”軟件具備了嵌入數(shù)字水印的能力，Adobe公司在其開發(fā)的Photoshop軟件中也加入了Digimarc公司研制的數(shù)字水印插件。根據(jù)嵌入信息的不同，數(shù)字水印技術(shù)在版權(quán)保護方面的應(yīng)用主要有以下2點：（1）嵌入版權(quán)信息的方式若是使用DVD和CD等存儲介質(zhì)來傳播信息，或者是地面信號站或衛(wèi)星系統(tǒng)來發(fā)送信息，首選事先在信心數(shù)據(jù)中嵌入有關(guān)使用規(guī)則和版權(quán)所有信息的方法。使用規(guī)則信息是指標記在錄像機和播放機里面那么負責管理數(shù)據(jù)的信息。版權(quán)所有者將數(shù)字水印嵌入到其信息內(nèi)容里面，向使用者展現(xiàn)版權(quán)所有權(quán)并且限制其利用信息。（2）嵌入使用者信息的方式若是提供電視點播服務(wù)或者在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸信息，使用者在向內(nèi)容供應(yīng)商提出要求之后，就能夠獲得嵌入其ID的信息。如何在使用信息時將使用者的回放機和接收機的編號嵌入信息里面去，也是提供信息供應(yīng)服務(wù)時所應(yīng)該考慮的問題，這樣在發(fā)現(xiàn)盜版產(chǎn)品的同時，可以發(fā)現(xiàn)盜版者是從哪個用戶那里獲得了原版資料。2）拷貝保護多媒體產(chǎn)品非法拷貝的問題隨處可見。版權(quán)所有者可以借助數(shù)字水印技術(shù)來獲取產(chǎn)品被拷貝的情況，進而決定數(shù)據(jù)信息是否允許拷貝以及可以被拷貝的最大次數(shù)。由于數(shù)字水平的存在，那些沒有被授權(quán)的用戶將不能拷貝數(shù)據(jù)。比如，在DVD數(shù)據(jù)中嵌入數(shù)字水印，DVD播放器在播放多媒體產(chǎn)品的時候為了判斷其來源是否合法以及是否可以拷貝，首先要對數(shù)據(jù)中數(shù)字水印的信息進行檢測。只要DVD播放器具備水印提取功能，那么帶有“一次拷貝”數(shù)據(jù)水印的信息至多只能一次拷貝，而帶有“禁止拷貝”數(shù)據(jù)水印的信息則無法被拷貝或重放。3）盜版跟蹤盜版跟蹤并不是為了傳播數(shù)據(jù)來源者的信息，而是要傳播那些經(jīng)過合法授權(quán)的信息。盜版跟蹤類似于軟件安裝時候的序列號，其在跟蹤和監(jiān)控數(shù)據(jù)信息的非法烤拷貝方面效果顯著。每個合法發(fā)行的拷貝當中都會嵌入一個叫做“數(shù)字指紋”的數(shù)據(jù)水印。數(shù)字指紋只能夠?qū)Ψ欠ㄊ跈?quán)的使用情況進行監(jiān)測，但是不能夠禁止非法授權(quán)使用行為。數(shù)字指紋在目前所有的版權(quán)保護方式中是較為便捷有效的。。

2數(shù)字水印原理2.1水印信號在多媒體信息產(chǎn)品當中加入數(shù)字水印的第一步，就是要生成數(shù)字水印信號。水印信號有兩大類，分別是：無意義水印信號和有意義水印信號。無意義水印的特征同噪聲類似，一般都具備難以預(yù)知的隨機性。所以，目前研究都用隨機序列來代替無意義水印。1）高斯白噪聲：方差呈正態(tài)分布，均值等于11。高斯白噪聲一般取方差等于1，均值等于0，即N(0,1)。2）偽隨機序列：這與前者的特性較為相似，但又多出了周期特性，能夠通過手動的方式進行生成與考辦。其一般利用二進制序列來添加水印。3）通過有特殊含義的原始水印產(chǎn)生相應(yīng)的隨機序列：一般通過有特殊含義的數(shù)據(jù)當作水印信號，同時把相關(guān)信息用作隨機種子，通常包括偽隨機處理以及擴頻兩類。有意義的水印通常本身就攜帶了一定的信息，例如為讓水印體現(xiàn)出版權(quán)的歸屬，可以將版權(quán)方的標志、名稱、商標等信息作為水印。其中如果利用圖像來作為水印，由于具有較高的數(shù)據(jù)量，因此對系統(tǒng)也有更多的條件限制，一般在植入這類水印之時，需要對這些信息予以加密，去掉其自身的相關(guān)性。除此之外，報文摘要也是非常普遍的有意義水印，其主要目的是實現(xiàn)對載體信息的認證，這種水印技術(shù)能夠在不添加額外空間的前提下，發(fā)揮出多媒體自我驗證的作用。對于植入的水印而言，它可使用偽隨機序列、圖像或者特定的標記，也可使用個人的指紋模型、特定內(nèi)涵的信息等等，能夠?qū)Π鏅?quán)的歸屬進行驗證。在一系列水印算法里，無法從無意義水印之中獲得較為直觀的版權(quán)信息，因此，對于版權(quán)保護領(lǐng)域而言，有意義水印的價值更大，能夠驗證版權(quán)的歸屬，同時檢驗出一個有特殊含義的信息也能夠具備更好的可信度。2.2水印嵌入方法按照工作域進行劃分，主要可以將水印算法分成三個部分，分別是空/時域算法、變換域算法以及壓縮域算法。其中，對于時/空域算法，其通常會把水印數(shù)據(jù)植入到多媒體的信息之中，例如音頻的采樣、圖像的像素等等，通常都是在媒體數(shù)據(jù)的時域或者空域上完成植入的。而變換域算法則是把相關(guān)的水印數(shù)據(jù)植入到多媒體原始數(shù)據(jù)的變換系數(shù)里。對于壓縮域算法，廣義上來說其主要原理是有效發(fā)揮出各種音頻、視頻以及圖像壓縮格式的技術(shù)特點，將水印數(shù)據(jù)植入到這個壓縮技術(shù)之中，從而增強壓縮技術(shù)的魯棒性。而從下一角度來說，改算法就算把水印植入到圖像、視頻和音頻的比特流之中。由于JPEG以及MPEG都使用的是離散離散余弦變換，同時JPEG2000涉及到離散小波變換技術(shù)，因此就廣義角度而言，后兩種壓縮算法并非是嚴格獨立的。水印的植入可以參考圖2.1。算法的輸入包括三個部分，分別是水印數(shù)據(jù)W、載體信息I以及密鑰K。在這之中，W的格式并沒有被限制，隨機碼、字符串、圖像等信息都可以選擇。水印生成算法G能夠確保該水印是唯一、可靠并且不可逆的。W能夠通過偽隨機數(shù)生成器得到，而K則能夠提高安全性，防止在未經(jīng)授權(quán)的狀態(tài)下對水印的處理操作。其主要過程可參考下圖。圖2-1水印嵌入過程的基本框架根據(jù)上圖可以得到水印植入的模型為：(2-1)在這之中，Iw、I、W以及K分別為植入水印后的信息、原始載體信息、水印信息以及可以選擇的密鑰。2.3水印的提取和檢測2.3.1水印的提取對水印的提取包括兩種方式，分別是有源的以及無源的。前者需要在原始信息存在的情況下進行提取，而后者則沒有這個要求。前者的實現(xiàn)較為容易，同時所得水印擁有較高的穩(wěn)健性。兩種提取模式對應(yīng)的檢測手段則為明檢測以及盲檢測。2.3.2水印的檢測在初期階段，通常采取明檢測的手段，而今天已經(jīng)是盲檢測作為主導(dǎo)。水印的檢測技術(shù)就算利用各種檢測手段判斷信息中有沒有植入水印。用N作為水印長度，w（i）作為原始的水印信息，W’（i）是提取得到的水印信息，二者之間的相關(guān)系數(shù)可參考下式：（2-2）在得到結(jié)果之后，可以根據(jù)之前設(shè)置的閾值T進行判斷，若C>T，那么可認為數(shù)據(jù)之中被植入了水印，否則可以認為沒有植入水印。這個檢測過程主要包括兩種可能的錯誤：第一種：從沒有水印的信息之中獲得了水印信號，即納偽錯誤，該現(xiàn)象出現(xiàn)的概率被定義為虛警概率(ProbabilityofFalseAlarm).第二種：沒能從有水印的信息之中檢測得到水印信息，即棄真錯誤。該現(xiàn)象出現(xiàn)的概率被定義為漏警概率(ProbabilityofReject).其主要過程可參考下圖：圖2-2水印檢測過程的基本框架根據(jù)上圖可以得到水印檢測模型為：存在原始載體信息I：(2-3)存在原始水印信息W：(2-4)未獲得原始信息：(2-5)在這之中，W、D以及Iw分別代表檢測的水印、檢驗算法以及傳輸?shù)男畔?。水印檢測技術(shù)通常包括兩類，首先是在原始數(shù)據(jù)存在的條件下，可以對植入信息進行提取以及相關(guān)性檢驗；其次是在原始數(shù)據(jù)不存在的條件下，應(yīng)當通過全搜索或者假設(shè)檢驗的方式對其進行分析。若植入的是隨機或偽隨機信息，那么通常需要通過相似度檢驗來確定所得信息是不是水印，該過程可參考下式：(2-6)在這之中，W帽和W分別代表預(yù)估以及初始水印，Sim代表二者的相似性。根據(jù)該結(jié)果就能確認數(shù)據(jù)中有沒有植入水印，實現(xiàn)版權(quán)保障的作用。2.4數(shù)字水印的魯棒性問題數(shù)字水印的消除應(yīng)當是困難甚至于不可能的，盡管就理論角度來說，在掌握充足的知識以后，無論什么水印都能夠消除，然而若僅能掌握部分知識，無法了解水印在準確位置，那么要想清楚水印就會使得圖像的質(zhì)量損失。需要說明，對于優(yōu)秀的水印算法，其應(yīng)當在面對信號處理、常規(guī)的幾何變換和攻擊行為之時保持較好的魯棒性。例如：1）圖像壓縮：去除圖像所含信息中的冗余部分是圖像壓縮算法的主要作用。一般情況下由于水印設(shè)計要求其視覺上不可見，因此水印信息大部分被圖像的次要信息所包含，此類不重要信息在頻域分布上往往為較高的區(qū)間。相反的是那些更為重要的信息在頻域上分布在較低的位置然而構(gòu)成圖像的主要信息往往集中于低頻部分。圖像壓縮的實質(zhì)是一種濾波流程，高頻部分被裁剪。為了應(yīng)對這種情況，目前一般將水印嵌入低頻部分，以圖片的清晰度弱化等為代價換取更強的魯棒性。目前流行的算法其運用場景局限很大，對未來的高壓縮比算法適應(yīng)性不足，難以保持魯棒性。2）濾波：在頻域上設(shè)計時應(yīng)當考慮水印更多分布在低位，根本原因是目前很多對水印的攻擊實質(zhì)上是頻域的篩選操作，將高位信號刪除，以期實現(xiàn)水印破壞。3）圖像量化與圖像增強：水印應(yīng)當具有相當?shù)姆€(wěn)定性，對圖像在常規(guī)操作中不被破壞，比如針對相異灰度級別的量化處理乃至亮度等參數(shù)的設(shè)定變化。4）幾何失真：所謂的幾何失真是指在圖像縮放、長寬比例調(diào)節(jié)、圖形鏡像旋轉(zhuǎn)以及圖像點線的增減等處理過程中，水印往往遭到破壞，無法保持其魯棒性。針對這種情況，水印研究中必須考慮幾何失真對其魯棒性的影響。

3傅立葉域水印理論基礎(chǔ)3.1傅立葉變換簡述在進行信號處理，那么傅立葉變換(FourierTransform)是必不可少的頻域工具，通過傅里葉變換可以對信號進行時域和頻域的轉(zhuǎn)化。通俗的來講，傅里葉變換是對數(shù)學(xué)函數(shù)的頻域描述方法，這就好比是：同樣的語義，在英語和漢語的表達中往往出現(xiàn)差異，在表達某些語境時可能漢語更為優(yōu)異，另外一些語境英語更為恰當。于此類此對于一些信號來說，頻域與時域的表達各有其特點，而傅里葉變換以及傅里葉逆變換就是實現(xiàn)時域和頻域的轉(zhuǎn)換器，這種變換不會對圖像信號本身產(chǎn)生任何影響。以下公式(3.1)、(3.2)給出了Fourier變換及其逆操：（3.1）（3.2）所謂傅式變換就是信號時頻轉(zhuǎn)換的規(guī)則，圖像信號表達函數(shù)以及其Fourier變換是對相同能量信號的不同描述方法。Fourier變換應(yīng)用范圍廣泛，無論連續(xù)也好，離散也罷，都符合Fourier變換要求。人類設(shè)計的計算機運算對象都是離散信號，利用計算機的高運算速度和傅里葉變換相結(jié)合的DFT（離散傅里葉變換）就廣泛的被應(yīng)用起來。接下來我們以一維和二維離散傅立葉變換為研究對象進行討論。3.2一維離散付立葉變換DFT一般來說一個模擬信號（連續(xù)信號）的信息提取一般運用等距采樣的辦法，采樣取得一個等距的離散信號點序列。假使獲得個數(shù)據(jù)。那么我們可以用表達這組信息，設(shè)表示時域的變化量，為頻域的變化量，那么定義離散傅里葉變化如以下公式：(3.3)(3.4)那么可以認為，為實數(shù)域函數(shù)，為復(fù)數(shù)域函數(shù)，又記作：(3.5)以上包含的，、各自代表實部與西部。3.6為幅值函數(shù)，也叫Fourier譜：(3.6)稱為相位函數(shù)：(3.7)通過上面的分析我們可以知道，水印的嵌入我們既可以選擇在幅度函數(shù)上，也可以選擇在相位函數(shù)上。在DFT中，若為定義在實域的函數(shù)，那么整個計算過程包含次乘法操作，次加法操作，相應(yīng)的復(fù)數(shù)乘法計算量大于等于兩次實數(shù)乘法，而復(fù)數(shù)加法其本質(zhì)是實部虛部分別運算，可知總計算量為次乘法，加法運算量為，相應(yīng)的時域運算數(shù)量級為，當數(shù)值很大時，即使運用計算機，也無法快速實現(xiàn)運算。正是在這種背景之下，人們發(fā)明了更高效的快速傅立葉變換。3.3二維離散傅立葉變換我們對圖像進行數(shù)字信號處理時，圖像信號是X、Y兩維的，因此需要探討兩維離散傅立葉變換。其實只要將變量由一個變?yōu)閮蓚€，類比推廣就可以得到二維變換方法，將二維離散傅立葉變換公式對在下面列出：(3.8)(3.9)針對兩維離散Fourier變換的相應(yīng)付立葉幅值譜、角度相位，計算方法依照以下公式：傅立葉譜：(3.10)相位：(3.11)功率譜：(3.12)式(3.14)可分離為:(3.13)式(3.15)可分離為:(3.14)根據(jù)上面的分析我們了解到，任意二維傅立葉變換、逆變換都是由一維傅里葉變換、逆變換組成的，可以很容易理解，二維Fourier變換就是先進行行Fourier變換在進行列Fourier變換。3.4比例縮放性圖像縮放，對應(yīng)函數(shù)的坐標軸變換到，相應(yīng)的頻譜變換公式如下(3.15)通過分析上述表達式，我們發(fā)現(xiàn)空域縮放就是依照比例進行的，F(xiàn)ourier頻譜是逆向的。針對傅里葉變換的研究可知，其自有的三種典型特性是十分適應(yīng)水印算法開發(fā)的，有利于保持水印的魯棒性。

4水印的嵌入與提取4.1開發(fā)技術(shù)簡介Matlab軟件工具集成了DCT、DWT,FFT等函數(shù)處理工具，十分利于研究人員對信號函數(shù)的處理，與此同時，這種工具集的設(shè)計使得開發(fā)人員編制Matlab程序時可以調(diào)用大量軟件自帶工具，提高了效率，使得源代碼簡潔易懂、開發(fā)難度也相應(yīng)降低。Matlab本命矩陣實驗室，從名字便可發(fā)現(xiàn)其數(shù)字處理功能的強大，在水印算法領(lǐng)域應(yīng)用，可謂是如魚得水。Matlab設(shè)置了很多實用的工具集，這些輔助工具集合賦予使用者很多便利的輔助功能，水印開發(fā)涉及數(shù)字信號處理、圖像技術(shù)，這類輔助功能提供了可靠地技術(shù)支持。不僅如此，MATLAB還能具備強大的接口涉及，可以與VS（Visual支持VB、VC、C++等語言）等集成環(huán)境相聯(lián)接。4.2水印算法4.2.1水印嵌入算法原理介紹圖4-1水印嵌入流程圖1）分離三色組imageR=image(:,:,1);imageG=image(:,:,2);imageB=image(:,:,3);(4.4)2）圖像DFT變換處理(4.5)DFT處理之后，進行FFT平移,為了使得直流部分處于中間位置，那么還需要對矩陣進行鏡像操作。2）修改相應(yīng)幅度譜值在DFT域信息設(shè)定皆為對稱的，在這種前提下，水印設(shè)計也必須滿足這種設(shè)計需求。，水印對稱嵌入操作只需按照如下兩公式進行：(4.6)式中是復(fù)數(shù)取模的運算操作符，代表的含義是被插入的信息。3）將各個圖塊運用DFT逆變換進行操作，導(dǎo)出包含水印的成品圖形(4.7)(4.8)4.2.2水印提取算法原理圖4-2水印提取流程圖與水印的嵌入操作相反，其提取算法是嵌入算法的逆操作1）分離三色組首先進行圖像分塊，把圖像分成8×8子塊:imageR=image(:,:,1);imageG=image(:,:,2);imageB=image(:,:,3);(4.9)2）對每一圖像塊分別DFT變換操作(4.10)DFT處理之后，進行FFT平移,為了使得直流部分處于中間位置，要矩陣進行鏡像處理。3）計算嵌入水印幅值譜，計算得出水印矩陣4.2.3算法的matlab實現(xiàn)步驟嵌入算法步驟:Step1.原始圖像輸入cover_object,同時讀取得到其尺寸。Step2.水印圖像輸入message,同時讀取得到其尺寸。Step3.運用matlab進行三色圖層劃分，得到三色圖。Step4.對原始三色圖進行FFT2處理Step5.計算幅值，計算相位。Steo6從次頻段嵌入水印.Step7.進行兩維Fourier變換,得到坐標軸空域圖。Step8.三色圖圖層融合處理，另存所得效果圖形。提取算法步驟:水印提取算法只需要水印的尺寸信息而不需要整個原始圖像Step1.嵌入水印圖像輸入watermarked_image,同時讀取得到其尺寸。Step2.原始水印圖像輸入orig_watermark,同時讀取得到其尺寸。Step3.運用matlab進行三色圖層劃分，得到三色圖。Step4.對原始圖進行FFT2處理Step5.計算幅值，計算相位。Steo6從次頻段嵌入水印.Step7.進行兩維Fourier變換,得到坐標軸空域圖。Step8.三色圖圖層融合處理，另存所得效果圖形。4.3試驗結(jié)果及分析4.3.1水印嵌入與提取結(jié)果如下圖4.3所示，為了測試本算法，選用以下圖形作為被測試目標圖片其大小為700*484*8b，圖片格式為.Jpg。圖4-3原始圖像需要被嵌入的水印圖像是尺寸為250*81*8b的彩色圖像，如下圖4.4所示,進行水印檢測時，僅僅需要水印大小作為關(guān)注點信息，不需要完整圖像。圖4-4水印圖像用matlab進行水印嵌入處理之后，試驗結(jié)果如下圖4.5所示。嵌入水?。簣D4-5圖示提取水?。簣D4-6圖示峰值信噪比psnr=29.3158歸一化相關(guān)系數(shù)NC=0.94674.3.2不同攻擊方式下試驗結(jié)果針對不同常見水印攻擊方式，本節(jié)分別進行了測試，分別為以下四種攻擊方式：“在JPEG格式的壓縮”、“圖形旋轉(zhuǎn)”、“頻域高低段的濾波”、“圖像剪切”。測試主要針對每種情況下的水印嵌入、提取兩種操作的結(jié)果進行測試，為了在理論上證明其優(yōu)化性質(zhì)，也對比了峰值信躁比(PSNR)以及歸一化相關(guān)系數(shù)(NC)。1）JPEG壓縮圖像品質(zhì)100時圖4-7圖示圖像品質(zhì)50時：圖4-8圖示2）圖形旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)角度0.1圖4-9圖示旋轉(zhuǎn)角度0.13）高斯低通濾波圖4-10圖示4）圖像剪切圖4-11圖示經(jīng)過試驗表明水印嵌入具有較強的魯棒性。

5總結(jié)與展望進入21世紀以來，數(shù)字信息技術(shù)日新月異，隨著數(shù)字產(chǎn)品的普及產(chǎn)權(quán)意識的覺醒，數(shù)字化產(chǎn)品的產(chǎn)權(quán)保護已經(jīng)成為當今時代不可避免的社會問題之一，高效安全的數(shù)字化產(chǎn)權(quán)保護措施成為亟待解決的問題。正是這種時代背景下，數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)運而生，高效、便捷、高魯棒性的水印作為有效的產(chǎn)權(quán)保護措施，必將在更廣泛的領(lǐng)域大顯身手。本論文首先進行了背景調(diào)研，主要包含水印技術(shù)的誕生、發(fā)展乃至于以后的研究方向；之后簡單論述了傅式變換的功能，便于讀者理解水印算法的理論基石；隨之，提出在本人研究發(fā)現(xiàn)的基于Fourier相關(guān)性測算的水印優(yōu)化算法。在前人研究基礎(chǔ)上設(shè)計了一種新的水印嵌入算法，不僅獲得了更高健壯性的水印，同時提高了水印監(jiān)測的對應(yīng)度，對水印算法研究有一定借鑒意義。就現(xiàn)有的水印研究來看，把信息隱藏的對應(yīng)水印算法研究還很生僻，仍有相當?shù)奈粗ぷ餍枰∷惴ㄑ芯空呱钊敫拧，F(xiàn)有技術(shù)缺點還比較明顯，需要研究人員的不斷深化提高和改進，尤其是針對水印的攻擊方法層出不窮，提高水印魯棒性還是一個重要研究方向。綜合以上所述，簡要展望未來水印技術(shù)發(fā)展的幾個可能方向：1）視覺上不被人察覺的隱形水印的嵌入與檢測算法研究。分析現(xiàn)有算法特點的缺陷，針對性改進；主要探索人類感覺系統(tǒng)模型，尋找“隱形”水印新途徑；研究新型水印隱藏辦法。2）系統(tǒng)分析各類水印算法抗攻擊能力，通過對抗攻擊能力的對比分析，尋找更高魯棒性的水印算法特點，打根子上提升水印算法健壯性。目前的水印算法大都容易遭到破壞，尤其是幾何失真和多重拷貝等攻擊情況下，期待從抗攻擊角度進行算法研究，找到更高魯棒性、更具攻擊耐受力的水印算法。3）公鑰數(shù)字水印系統(tǒng)，這種類似密碼學(xué)公玥系統(tǒng)的理念如果可以得到實現(xiàn)，水印系統(tǒng)的運行將擴展到更大的范圍，其實用價值大大提高。目前在這一領(lǐng)域的研究還不夠充足，而且算法上對安全的公玥水印系統(tǒng)研究不夠充分，無法驗證這種理論，利用水印墨盒也能夠簡單實現(xiàn)純公鑰數(shù)字水印。這類課題不可謂不重要，如果能夠深入探索都具有巨大的價值。4）基于內(nèi)容的數(shù)字水印系統(tǒng)。目前的水印算法，大多采用統(tǒng)計特征的集合上進行設(shè)計算法，不適用非線性變換等攻擊情況，無法保持高魯棒性。假使可以將水印加載在內(nèi)容上，那么理論上只有破壞信號本身才能破壞水印，這種設(shè)計思路完美的提高了水印的健壯性。當前的數(shù)字水印技術(shù)往往在遭遇非普通攻擊時，魯棒性很差，這是此項技術(shù)無法大范圍應(yīng)用的主要矛盾。所謂普通攻擊指一般信號處理過程對水印的攻擊，那么對應(yīng)的非普通攻擊其內(nèi)涵就是具備針對性技術(shù)的工作人員做出的操作。不過，如果能夠通過優(yōu)化水印算法使得對方破解成本高昂，那么水印的設(shè)計就是成功有效的。與其他技術(shù)發(fā)展普及過程類似，數(shù)字水印技術(shù)的推廣必須相應(yīng)的確立、普及成體系的規(guī)則標準。這個體系標準應(yīng)當存在與水印算法的設(shè)計流程之中，包括且不限于：水印植入、水印偵測等。在廣泛的標準體系指導(dǎo)下，水印技術(shù)的發(fā)展才能更高效、水印的應(yīng)用才能更寬廣。同時也要建立一系列水印抗攻擊能力的評價標準和體系，只有這樣才能更快的集中科研人員的力量推進水印算法的大幅度發(fā)展和應(yīng)用。期盼自己粗糙的優(yōu)化研究工作，對水印技術(shù)發(fā)展是有益的。

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