加密同轴全息数字水印
第15卷 第1期2007年1月
光学精密工程
Opt ics and Precision Engineering
Vol.15 No.1
Jan.2007
收稿日期:2006207212;修订日期:2006211222.
基金项目:上海市重点学科基金光学工程(No.T0501);印刷出版资助项目(No.P0501)
文章编号 10042924X(2007)0120131207
加密同轴全息数字水印
孙刘杰
1,2
,庄松林
1,2
(1.上海理工大学出版印刷学院,上海200093; 2.上海理工大学光电学院,上海200093)
摘要:在研究数字全息技术的基础上,提出了一种新的加密的同轴全息数字水印方法。该方法包括加密和解密两个过程。加密过程首先将原始二值水印图像经过输入面和频谱面上分别放置随机相位模板进行调制加密,生成加密的复数图像,将其作为物光信息,再与参考光信息叠加生成同轴全息图像,然后将其作为水印嵌入到载体图像中;解密过程是加密过程的逆过程,水印重建不需要原始图像的参与,属盲检测过程。在理论分析部分证明了该水印技术的有效性,在仿真实验部分证明了该水印技术具有抗随机噪声干扰、剪切干扰、有损压缩和低通滤波等常见的干扰能力。文中还详细研究了全息数字水印的嵌入强度及对应恢复水印的效果。关 键 词:信息光学;加密技术;全息技术;数字水印中图分类号:O438.1;T P309.7 文献标识码:A
Digital watermarking of encrypted in 2line holography
SUN Liu 2jie 1,2,ZH U ANG Song 2lin 1,2
(1.College of Printing and Pub lishing,Shanghai U nive rsity of Sc ience and T echnology ,Shanghai 200093,China;
2.Colleg e of Op tics a nd Electronic I nf or mation Engineering ,Sha nghai
Univer sity of Science a nd Technology ,Sha ngha i 200093,China)
Abstr act:A new encrypted in 2line holographic watermar king technique is proposed based on double 2random phase encoding method,hologr aphy and digital water marking.T he proposed method includes two processes of encryption and decryption.In the encryption process,a digital watermark image is modulated by double 2random phase encoding,and its in 2line hologram is superposed on a content im 2age.T he watermark is recovered by means of holographic r econstruction and calculations in reverse order of encryption pr ocess without the information of the content image (blind detection).Analysis and computer simulation prove that the encr ypted hologr aphic watermark is valid,robust and secure.The watermar k can be recover ed from the watermarked images distorted by noise added,JPEG com 2pression,par t occluded and low pass filter.The conditions for superposing the hologr am onto the con 2tent images are also investigated in detail
Key words:infor mation optics;encr yption;hologr aphy;digital water mark
1 引 言
近年来,数字全息技术[1,325,7211]和数字水印技术
[1,2,5]
的应用一直受到学者们的关注。N.T akai
和Y.Mifune 在文献[1]中用物体的Fourier 变换全息图像作为水印直接叠加到载体图像中,但是没有经过授权也可以读取图像中水印,安全性差,且不能抵抗低通滤波干扰。S.Kishk 和B.Javidi 在文献[2]中提出了一种在图像中隐藏图像的方法,隐藏的图像经过双相位编码加密生成随机图像并嵌入到载体图像中,只有经过授权才能读取隐藏图像,具有高安全性,但嵌入强度过高(A =50%)。
本文将加密技术、数字水印技术和数字全息技术结合
[1211]
,形成了一种新的加密数字全息水
印方法。该方法包括加密和解密两个过程,加密过程如下:将原始二值水印图像经过输入面和频谱面上分别放置随机相位模板进行调制加密,生成加密的复数图像,将其作为物光信息,与参考光叠加生成同轴全息图像,将其作为水印嵌入到载体图像中;解密过程是加密过程的逆过程。该加密水印只有通过解密模板才能恢复原始图像,安全性高,嵌入强度适中(A =5%~50%),具有较好的不可见性,且具有良好的抗低通滤波、剪切、叠加噪声和JPEG 压缩等干扰能力。
2 加密数字全息及其水印技术
设待加密图像或数据为已归一化的f (x,y),图像大小为M @N 个像素;(x,y)表示空域坐标,(F ,G )表示频域坐标;W (x,y)表示双随机相位的加密图像;p(x ,y)和b(F ,G )是均匀分布在[0,1]之间的两个独立白噪声随机图像。则双随机相位的加密图像为
W (x,y)={f (x ,y)exp [j 2P p(x,y)]}ah(x,y),
(1)
其中h(x,y)是B(F ,G )=exp [j 2P b(F ,G )]的脉冲
响应,符号a代表卷积运算。理论证明[2]W (x,y)是一个白噪声图像,其均值为0,方差为 R 2W
=
1M @N
E M -1u=0E
N-1v=0
|f (u,v)|2
,(2)
W (x ,y)包含了振幅信息和相位信息,是一个复数图像,不能直接作为水印叠加在可视图像上,因此必须做特殊处理。数字全息技术能够同时记录物体相位信息和振幅信息。经数字全息技术记录和处理的数字全息图像可以直接作为水印叠加在可视图像上。
2.1 加密数字全息图像及其解密技术
设W (x ,y)为A(x,y)exp [j <(x,y)],同轴参考光的位相为exp [j <0],则同轴全息图像为:H (x,y)=
|A(x,y)exp {j [<(x,y)+<0]}+exp (j <0)|2
=1+|A(x,y)|2
+A(x,y)exp [j <(x,y)]+A(x,y)exp [-j <(x,y)],
(3)
此全息图像含有A(x ,y)exp [j <(x,y)],此项即为恢复原始图像的信息。另外的1+|A(x,y)|2+A(x,y)exp [-j <(x,y)]项中的常数1可通过零频滤波去除,|A(x,y)|2
项可以通过计算其功率谱或零级滤波加以去除,A(x,y)exp [-j <(x,y)]项增加了恢复图像的背景高斯白噪声的方差。
同轴全息图像H (x,y)通过计算或滤波处理后,得到新的加密数字全息图像为
H c (x,y)=
A(x,y)exp [j <(x,y)]+ A(x,y)exp [-j <(x,y)],
(4)
加密图像的解密过程是加密过程的逆过程,即将加密图像H c (x,y )进行傅里叶变换后乘以exp [-j 2P b(F ,G )],再进行反傅里叶变换后乘以exp [-j 2P p(x ,y)],就可得到原始图像f (x,y),在f (x,y )的背景上叠加了高斯噪声信号f 1(x ,y),其表达式其中A ^(F ,G )表示A(x,y)exp [-j <(x,y)]的傅里叶变换。
132
光学 精密工程
第15卷
f 1(x ,y)=IFT {A ^(F ,G )exp [-j 2P b(F ,G )]}@
exp [-j 2P p(x,y)],
(5)
2.2 加密数字全息水印技术
设C(x,y)表示载体图像,I (x,y)表示含水印的载体图像,A 表示加权系数,表示水印添加的强度,则含水印的载体图像可用式(6)表示,I (x,y)是实值图像。
I (x ,y)=A H c (x,y)+C(x,y),
(6)
为了恢复原始图像信息,首先将I (x,y)进行傅里叶变换,并乘以exp [-j 2P b(F ,G )],再进行反傅里叶变换后乘以exp [-j 2P p (x,y)],就可得到原始图像f (x,y),在f (x,y)的背景上叠加了高斯噪声信号f 2(x ,y),其表达式为
f 2(x ,y)=IFT {[A A ^(F ,G )+C ^(F ,G )]exp [-j 2P b (F ,G )]}@exp [-j 2P p(x,y)],
(7)
其中C ^(F ,G )为载体图像C(x ,y)的傅里叶变换。对于大数M 和N ,高斯噪声信号f 2(x,y)的方差可表示为[2]
R 2=
1
M @N
[E M -1F =0E N-1G =0
|
A A ^(F ,G )+C ^(F ,G )|2.(8)
3 仿真结果与分析
3.1 水印的嵌入及检测
仿真实验用原始图像如图1(a)所示,图像大小为512@512pixel,灰度等级为256
。水印图像
(a)原始载体图像
(a)Or iginal gray 2level picture used as host
image
(b)原始二值水印图像(b)Or iginal bina ry picture 图1 仿真用原始载体图像和水印图像Fig.1 Original host image and waterma rk applied to
simulat ion
是表示特征信息或版权信息的二值图像,如图1(b)所示。水印嵌入强度系数A (5%~50%),嵌入水印后的图像及对应的恢复图像如图2所示。加入水印前后的载体图像在视觉上无法区分,体现了水印的不可见性。通过正确的相位模板解密,可从嵌入水印后的图像中获得重建水印图像,以此证明原始图像的版权。在水印重建过程中,
不需要原始图像的参与,此重建过程是盲检测过程。图2中的PSNR 采用式(9)的标准,其中f (x,y)和 f (x,y)分别表示为归一化的原始载体图像和嵌入水印后的载体图像。PSNR(dB)=10log 10MN
E M -1x=0E N-1
y=0
[f (x,y)-
f (x,y)]
2
,(9)
3.2 水印的鲁棒性测试
为了检验加密数字全息水印算法的鲁棒性,对含水印图像进行了低通滤波、JPEG 有损压缩、剪切干扰和加性随机噪声干扰等常见的干扰处理。仿真时取水印嵌入强度系数A =25%,仿真结果如下。3.2.1 低通滤波
为了测试含水印的图像抗低通滤波性能,对含水印图像进行了高斯滤波和巴特沃兹滤波,滤波器阶数N =2,截止频率D 0=50。滤波后的图像及对应的恢复图像如图3所示。
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第1期
孙刘杰,等:加密同轴全息数字水印
图2 含水印的载体图像和用正确密钥解密恢复的原始二值水印图像(A 为叠加强度,PSNR 为峰值信噪比)F ig.2 Superposed images(upper rows)and the images reconstr ucted from t hem(lower rows)using the cor rect key
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光学 精密工程
第15卷
3.2.2JPEG有损压缩
JPEG图像压缩是一种常见的图像操作,为了测试水印算法的抗JPEG压缩能力,对含水印图像进行了75%和50%质量的有损压缩,仿真结果
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第1期孙刘杰,等:加密同轴全息数字水印
如图4所示。
3.2.3剪切干扰和加性随机噪声干扰
为了检验加密数字全息水印算法的鲁棒性,对含水印图像还进行了剪切干扰和加性随机噪声干扰仿真。仿真结果如图5所示。图5(a)是含水印图像经50%剪切生成的图像;图5(b)是含水印图像经Photoshop画笔任意涂鸦后的图像;图5 (c)是含水印图像加入强度为0.02的椒盐噪声后
的图像。
(a)剪切图像
(a)Occluded
image
(b)涂鸦图像
(b)Scr atched
image
(c)加噪声图像
(c)Noise added image
图5含水印图像经过剪切、涂鸦和加性随机噪声操作
后的图像及其恢复水印图像
Fig.5Super posed images(upper r ow)through occlu2
ding,scr atching,adding noise and the recov2
ered images(low r ow)
4结论
加密同轴全息数字水印技术建立在双随机相
位加密技术的基础上,并结合了数字全息技术的
特点,具有高安全性、不可见性和鲁棒性。理论分
析证明了加密全息数字水印方法的可行性。仿真
实验证明了加密同轴全息数字水印具有抗低通滤
波、剪切、叠加噪声和JPEG压缩等干扰能力。从
嵌入水印后的图像及其受干扰图像中,通过正确
的相位模板解密,都可获得重建水印图像。在水
印重建过程中,不需要原始图像的参与,此重建过
程是盲检测过程。
136光学精密工程第15卷
参考文献:
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作者简介:孙刘杰(1965-),男,安徽怀宁人,副教授,在读博士,主要从事光学信息技术、数字水印技术和印刷防伪技术
研究与应用。E 2mail:liujiesunx@https://www.wendangku.net/doc/5b9680584.html,
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第1期
孙刘杰,等:加密同轴全息数字水印
基于DCT的数字水印算法的研究
基于DCT的数字水印算法的研究Research of Digital Watermarking Algorithm Based on Discrete Cosine Transform
摘要 近年来，由于网络的迅猛发展，越来越多的多媒体信息已经走向数字化。人们可以从网上更加方便的取得各类信息，可以更加方便的对别人的作品进行篡改，复制等，由此带来的版权维护问题也日益严重。版权维护也越来越受到人们的关注了，数字水印技术是解决这类问题最有效的手段，所以数字水印技术现在已然成为了研究的热点。 本文是对基于DCT域数字水印算法的研究，简要介绍数字水印的发展，基本原理等，在MATLAB环境中完成两种基于DCT域数字水印算法的设计。第一种是基于DCT图像全局变换的数字水印算法，而第二种则可以认为是第一种算法的改进，是基于DCT域分块水印算法。然后对于水印系统的鲁棒性，进行一些攻击测试，有盐噪声攻击、高斯噪声攻击、旋转攻击、剪切攻击、JPEG有损压缩攻击等，对比分析哪种算法更好。虽然说该课题只不过是对现有的数字水印技术进行了一个比较简单的研究，但是让我们充分认识到了数字水印技术对我们日常生活的重要性。 关键词：数字水印DCT 攻击测试
Abstract In recent years,with the rapid development of the network,more and more multimedia information has been digitized.People can obtain various kinds of information from the Internet more convenient, the work of others will be altered and copied more convenient, copyright protection issues are also increasingly serious. People are more and more concerned about copyright protection, digital watermarking technology is the most effective means to solve these problems, so the digital watermarking technology has become a hot topic now. This article is to study based on DCT-domain digital watermarking algorithm, introduced the development of digital watermarking and the basic principles etc,completed two design schemes based on DCT-domain digital watermarking algorithm in MATLAB environment. The first one is based on digital image watermarking algorithm global transformation of DCT, while the second one can be considered to improve the first algorithm, which is based on DCT-domain block watermarking algorithm. Then for the robustness of the watermarking system, we performed some attack test, salt noise attack, Gaussian noise attack and spin attack, cropping attack, JPEG compression attack, in order to prove which is better. Although the subject is a relatively simple research for the existing digital watermarking technique , but it let us aware of the importance of digital watermarking technology in our daily life. Key words:Digital watermarking DCT Robustness Attack test
数字水印技术综述
数字水印技术综述 （湖北武汉 430070） 摘要：介绍了数字水印技术的基本原理。并对其特点、分类、攻击技术及应用领域进行了阐述。同时对数字水印的各种算法进行了分类研究与深入分析。最后指出数字水印今后的研究方向。 关键词：数字水印；水印原理；水印算法；水印应用 Overview on Overview on Digital Watermarking Technology ( Wuhan, Hubei 430070, China) Abstract：The basic concepts of watermark techniques are first introduced，and then the characteristics、classification、attacking techniques and application and applications first expatiated．For further understanding．the watermark technique from the various aspects aye classified and some conventional watermark techniques and algorithms are analyzed in detail．Finally，research direction of digital watermark technology is pointed out． Key words：digital watermarking；watermarking principle；watermarking algorithms ；watermarking application； 0数字水印 随着Internet与数字媒体技术的飞速发展，信息安全问题日益突出，因此，数字媒体的版权保护与信息完整性保证已逐渐成为人们迫切需要解决的一个重要问题，数字水印技术就是在这种需求下迅速发展起来的。 数字水印是通过一定的算法，在图像、视频、音频等多媒体数据中嵌入一个可以标示其知识产权的水印信息。水印信息可以是文字、商标、印章或序列号等可以识别作品的作者、来源、版本、拥有者、发行人或合法使用人对数字产品的拥有权。水印信息通过特殊的方式，可以从宿主信号中提取出水印或是检测出它的存在性。水印不占用额外的带宽。是原始数据不可分离的一部分，并且它可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来。 1数字水印的特征 一般认为数字水印应具有以下特征（1）鲁棒性水印信号在经历多种无意或有意的信号处理后，仍能保持其完整性或仍能被准确鉴别的特性。（2）知觉透明性数字水印的嵌入不应引起数字作品的视/听觉质量下降，即不向原始载体数据中引入任何可知觉的附加数据。（3）内嵌信息量(水印的位率) 数字水印应该能够包含相当的数据容量，以满足多样化的要求。（4）安全性水印嵌入过程(嵌入方法和水印结构)应该是秘密的嵌入的数字水印是统计上不可检测的，非授权用户无法检测和破坏水印。对于通过改变水印图像来消除和破坏水印的企图，水印应该能一直保持存在，直到图像已严重失真而丧失使用价值。（5）实现复杂度低数字水印算法应该容易实现。在某些应用场合(如视频水印)，甚至要求水印算法的实现满足实时性要求。（6）可证明性数字水印所携带的信息能够被唯一地、确定地鉴别，从而能够为已经受到版权保护的信息产品提供完全和可靠的所有权归属证明的证据。 2 数字水印的分类 2.1按照嵌入的位置 按照嵌入的位置可分为：(1)空域数字水印：空域数字水印的嵌入是通过直接修改图像的灰度值或是强度值来完成的。(2)变换域数字水印：变换域的数字水印是将图像进行某种变换，通过修改变换域系数来达到嵌入水印的目的。
LSB数字水印算法
一．数字水印 数字水印技术 数字水印技术(Digital Watermark):技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。目前主要有两类数字水印,一类是空间数字水印,另一类是频率数字水印。空间数字水印的典型代表是最低有效位(LSB)算法,其原理是通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面,调整数字图像中感知不重要的像素 来表达水印的信息,以达到嵌入水印的目的。频率数字水印的典型代表是扩展频谱算法,其原理是通过时频分析,根据扩展频谱特性,在数字图像的频 率域上选择那些对视觉最敏感的部分,使修改后的系数隐含数字水印的信息。 可视密码技术 二．可视密码技术:可视密码技术是Naor和Shamir于1994年首次提出 的,其主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学计算,而是以人的视觉即可将秘密图像辨别出来。其做法是产生n张不具有任何意义的胶片,任取其中t张胶片叠合在一起即可还原出隐藏在其中的秘密信息。其后,人们又对该方案进行了改进和发展。主要的改进办法办法有：使产生的n张胶片都有一定的意义,这样做更具有迷惑性;改进了相关集合的造方法;将针对黑白图像的可视秘密共享扩展到基于灰度和彩色图像的可视秘密共享。 三． 数字水印（Digital Watermark或称Steganography）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 数字水印技术源于开放的网络环境下保护多媒体版权的新型技术，它可验证数字产品的
matlab数字图像加密
MATLAB数字图像加密
一、实验名称 MATLAB数字图像加密 二、实验目的 熟悉MATLAB编译环境； 掌握基本的矩阵操作； 了解初级的加密算法。 三、实验环境 WindowsXP操作系统，MATLABR2010a编译环境 四、实验原理 将数字图像划分成块，对RGB矩阵进行转置、水平翻转、垂直翻转等变换，形成新的矩阵，实现对图像的加密。 五、实验过程 1.获取数字图像存入矩阵； 2.获取矩阵大小存入变量； 3.将矩阵划分成等大的4*4子矩阵； 4.分别对存储图像RGB信息的矩阵进行转置、水平翻转、垂直翻转等变换； 5.再次细化矩阵，将矩阵划分成等大的16*16子矩阵； 6.分别对存储图像RGB信息的矩阵进行转置、水平翻转、垂直翻转等变换； 7.加密完成，存储加密后的图像； 8.逆推过程，完成解密，存储解密后的图像。 六、源程序 a=imread('C:\Documents and Settings\Owner\×à??\jm\jmtp.jpg'); subplot(2,2,1); imshow(a); [l,m,n]=size(a); x=l/4; y=m/4; for i=0:3 for j=0:3 a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),1)=a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):
((i+1)*y),1)'; a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),2)=flipud(a((j*x+1):((j+1)*x),( i*y+1):((i+1)*y),2)); a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),3)=fliplr(a((j*x+1):((j+1)*x),( i*y+1):((i+1)*y),3)); end end subplot(2,2,3); imshow(a); x=l/16; y=m/16; a(:,:,1)=flipud(a(:,:,1)); a(:,:,2)=fliplr(a(:,:,2)); a(:,:,3)=a(:,:,3)'; for i=0:15 for j=0:15 a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),1)=a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1): ((i+1)*y),1)'; a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),2)=flipud(a((j*x+1):((j+1)*x),( i*y+1):((i+1)*y),2)); a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),3)=fliplr(a((j*x+1):((j+1)*x),( i*y+1):((i+1)*y),3)); end end subplot(2,2,2); imshow(a); imwrite(a,'jiamihou.jpg'); for i=0:15 for j=0:15 a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),1)=a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1): ((i+1)*y),1)'; a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),2)=flipud(a((j*x+1):((j+1)*x),( i*y+1):((i+1)*y),2)); a((j*x+1):((j+1)*x),(i*y+1):((i+1)*y),3)=fliplr(a((j*x+1):((j+1)*x),( i*y+1):((i+1)*y),3)); end end a(:,:,1)=flipud(a(:,:,1)); a(:,:,2)=fliplr(a(:,:,2)); a(:,:,3)=a(:,:,3)'; x=l/4; y=m/4; for i=0:3 for j=0:3
基于Matlab的数字水印设计——基于DCT域的水印实现
摘要 数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。随着数字水印技术的发展，数字水印的应用领域也得到了扩展，数字水印的基本应用领域是版权保护、隐藏标识、认证和安全不可见通信。 当数字水印应用于版权保护时，潜在的应用市场在于电子商务、在线或离线地分发多媒体内容以及大规模的广播服务。数字水印用于隐藏标识时，可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。数字水印的认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。 本文主要是根据所学的数字图象处理知识，在MATLAB环境下，通过系统编程的方式，建立并实现基于DCT域的数字水印加密系统。该系统主要包含数字水印的嵌入与提取，仿真结果表明，数字水印算法具有有效性、可靠性、抗攻击性、鲁棒性和不可见性，能够为数字媒体信息在防伪、防篡改、认证、保障数据安全和完整性等方面提供有效的技术保障。 关键词：数字水印；MATLAB；DCT
目录 1 课程设计目的 (1) 2 课程设计要求 (2) 3 数字水印技术基本原理 (3) 3.1 数字水印基本框架 (3) 3.2 算法分类 (3) 3.2.1 DCT法 (4) 3.2.2 其他方法 (4) 3.3 实际需要考虑的问题 (4) 3.3.1 不可见性 (4) 3.3.2 鲁棒性 (5) 3.3.3 水印容量 (5) 3.3.4 安全性 (5) 4 基于DCT变换仿真 (6) 4.1 算法原理 (6) 4.1.1 准备工作 (6) 4.1.2 选取8*8变换块 (7) 4.1.3 边界自适应 (7) 4.1.4 DCT变换与嵌入 (7) 4.1.5 恢复空域 (8) 4.2 嵌入算法扩展 (8) 4.2.1 RGB彩色图像三个矩阵的划分 (8) 4.2.2 八色彩色水印 (8) 4.3 水印的提取 (9) 4.4 仿真程序 (9) 5 结果分析 (14) 结束语 (16) 参考文献 (17)
数字水印技术：概念、应用及现状
数字水印技术：概念、应用及现状 一、引言 随着信息时代的到来，特别是Internet的普及，信息的安全保护问题日益突出。当前的信息安全技术基本上都以密码学理论为基础，无论采用传统的密钥系统还是公钥系统，其保护方式都是控制文件的存取，即将文件加密成密文，使非法用户不能解读。但随着计算机处理能力的快速提高，这种通过不断增加密钥长度来提高系统秘密级别的方法变得越来越不安全。 另一方面，多媒体技术已被广泛应用，需要进行加密、认证和版权保护的声像数据也越来越多。数字化的声像数据从本质上说就是数字信号，如果对这类数据也采用密码加密方式，则其本身的信号属性就被忽略了。最近几年，许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线，尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密，并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。 二、认识数字水印 数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 数字水印技术的基本特性: 1. 鲁棒性(robustness)：所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。 2.安全性(security):指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会被破坏。 3.透明性(invisibility):利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。 ***典型的数字水印系统模型： 图 1为水印信号嵌入模型，其功能是完成将水印信号加入原始数据中；图 2为水印信号检测模型，用以判断某一数据中是否含有指定的水印信号。
基于Matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现
摘要 数字水印(Digital Watermarking)技术是我们生活中经常见到的信息隐藏技术。它将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统觉察或注意到。 空间数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向，另一类是频率数字水印。空间数字水印采用最低有效位(LSB)算法,通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面,调整数字图像中感知不重要的像素来表达水印的信息,以达到嵌入水印的目的。本实验是基于matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现。 关键词：信息隐藏技术；空间数字水印； LSB算法；matlab
目录 1 设计任务与目的 (1) 2 MATLAB的简介及应用 (1) 2.1 MATLAB简介 (1) 2.2 MATLAB应用 (1) 3 数字水印技术 (2) 3.1 数字水印技术的发展 (2) 3.2 水印分类 (2) 3.3 数字水印的特点 (3) 3.4 数字水印技术的基本原理 (4) 4 基于LSB的数字水印算法 (5) 4.1 LSB算法原理 (5) 4.2 LSB算法的实现 (6) 4.2.1 水印嵌入算法 (7) 4.2.2 水印提取算法 (9) 5 MATLAB软件仿真 (11) 5.1 仿真结果 (11) 5.1.1 水印嵌入仿真 (11) 5.1.2 水印提取仿真 (12) 5.2 仿真分析 (13) 结论 (14) 参考文献 (15)
基于Matlab的数字水印设计 ——基于空域的水印实现 1 设计任务与目的 (1)通过课程设计把自己在大学中所学的知识应用到实践当中。 (2)在课程设计的过程中掌握程序编译及软件设计的基本方法。 (3)深入了解利用Matlab设计基于Matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现。 (4)提高自己对于新知识的学习能力及进行实际操作的能力。 (5)锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。 2 MATLAB的简介及应用 2.1 MATLAB简介 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 2.2 MATLAB应用 MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： 1)数值分析 2)数值和符号计算 3)工程与科学绘图
数字通信系统的模型
数字通信系统的模型 ? 数字通信系统的分类 ?数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。 1. 数字频带传输通信系统 数字通信的基本特征是，它的消息或信号具有“离散”或“数字”的特性，从而使数字通信具有许多特殊的问题。例如前边提到的第二种变换，在模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与代表消息的基带信号之间的比例特性；而在数字通信中，则强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。 另外，数字通信中还存在以下突出问题：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。这是通过所谓的差错控制编码来实现的。于是，就需要在发送端增加一个编码器，而在接收端相应需要一个解码器。第二，当需要实现保密通信时，可对数字基带信号进行人为“扰乱”（加密），此时在收端就必须进行解密。第三，由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号，因而接收端必须有一个与发端相同的节拍，否则，就会因收发步调不一致而造成混乱。另外，为了表述消息内容，基带信号都是按消息特征进行编组的，于是，在收发之间一组组的编码的规律也必须一致，否则接收时消息的真正内容将无法恢复。在数字通信中，称节拍一致为“位同步”或“码元同步”，而称编组一致为“群同步”或“帧同步”，故数字通信中还必须有“同步”这个重要问题。 综上所述，点对点的数字通信系统模型一般可用图1-3 所示。
需要说明的是，图中调制器/ 解调器、加密器/ 解密器、编码器/ 译码器等环节，在具体通信系统中是否全部采用，这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中，如果发端有调制/ 加密/ 编码，则收端必须有解调/ 解密/ 译码。通常把有调制器/ 解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。 2. 数字基带传输通信系统 与频带传输系统相对应，我们把没有调制器/ 解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图1-4 所示。 图中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。 3. 模拟信号数字化传输通信系统 上面论述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字基带信号，实际上，在日常生活中大部分信号（如语音信号）为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发端将模拟信号数字化，即进行A/D 转换；在接收端需进行相反的转换，即D/A 转换。实现模拟信号数字化传输的系统如图1-5 所示。
0105114数字水印和数字产品的版权保护
0105114数字水印和数字产品的版权保护. 孔祥维 (大连理工大学信息学院, 116023) 杨德礼胡祥培 (大连理工大学治理学院, 116023) 摘要全球迅猛进展的Internet网络给世界经济带来了新的商机，数字技术提供了与原作品同样精美的复制品，但同时使得数字媒体的版权爱护咨询题日益突出。本文介绍了最新的多媒体版权爱护技术－数字水印的概念，在阐述数字水印的分类和特性的基础上，提出了以数字水印为基础的数字作品版权爱护系统，并研究了数字水印系统的处理框架和数字水印算法。最后对数字水印技术进行了展望。 关键词数字水印数字产品爱护版权爱护系统 1 引言 随着多媒体技术和数字传输的迅猛进展，因特网和CD-ROM上的数字媒体应用正在呈爆炸式的增长。数字信号处理和网络传输技术能够对数字媒体（数字声音、文本、图像和视频）的原版进行无限制的任意编辑、修改、拷贝和散布，造成数字媒体作品的原创者庞大的经济缺失，并对数字媒体的安全权限提出了挑战，促使数字媒体的知识产权爱护和信息安全咨询题日益突出，并已成为数字世界的一个专门重要和紧迫的议题。 目前的信息安全技术差不多上以密码学理论为基础的，采纳的传统方法是将文件加密成密文的密钥系统或公钥系统，提升加密、解密系统密级的方法是持续增加密钥的长度。据报道：56 bit长密钥的DES可在20多小时内攻破，因而这种方法在实际中变得越来越不安全[1]。另外这种将文件加密成密文的方法，在将密文解开后就失去了保密意义；加密的密文还容易引起许多好事者的爱好，触发他们主动破译的激情。数字签名技术是一种较新的技术。已用于检验短信息的正式可靠性，尽管数字签名的标准已
基于变换域的数字水印算法【文献综述】
毕业设计文献综述 电子信息科学与技术 基于变换域的数字水印算法 摘要：数字水印提出的主要目的是为了对数字作品的版权保护。本文介绍了数字水印的背景以及阐述了数字水印技术的基本原理。数字水印主要分为空间域和频域两大类，这里主要分析了目前在频域中比较流行的水印算法。同时，对数字水印发展进行展望。 关键字：数字水印；版权保护；水印算法；频域； 1.背景 随着Internet的迅猛发展，通信技术和计算机网络的普遍运用，使人们可以通过互联网收发信息、上传数字图象、听音乐等等。然而，也正是因为网络的这种便捷性、传播迅速的优点使其很容易被非法拷贝，导致数字产品的版权、完整性、有效性得不到保证，严重损害了创作者的利益。 为了解决上述各类问题，提出了数字水印技术[1]。它是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。目前，数字水印在音频、视频、图像等的应用迅速得到广泛的研究和发展。 数字水印技术的研究现状主要分为两大类：空间域数字水印和频域数字水印。最初提出的数字水印嵌入方法是在空间域上实现的。1995年，Btuyndoncky等提出了一个基于空域分块的方法，通过改变均值来嵌入水印。1996年，Patchwork等人提出了一种算法（Patchwork算法），该算法随机选取图像的N对像素点，通过增加其中一个点的亮度值而相应降低另一个点的亮度来隐藏信息。1998年，Darmstaedter等人提出了一种新的空域水印算法，该算法是基于图像的8×8块的空间域分解进行的。 频域数字水印按频域法大体分为三类：DFT域、DCT域和DWT域[2-3-4]。 Pun和Ruanaidh利用傅立叶域对全局性的旋转，平移和缩放变换具有不变性的特点，将水印嵌入到傅立叶域来达到对这些攻击的鲁棒性。 1999年，Wu和Hsu等人提出了基于可视化模型的算法，该算法具有很强的鲁棒性。2000年，易开样、黄继武等人还提出了一种DCT域数字水印算法：首先把图像分成8×8的不重叠像素块，经过分块DCT变换后，得到有DCT系数组成的频率块，然后随机选取一些频率块，水印信号嵌入到由密钥控制选择的一些DCT系数中。2004年，王向阳等提出了一种DCT域自适应彩色图像二维数字水印算法，将灰度图像嵌入到原始彩色图像中。其实，很多国内外研究人员提出的其他DCT域
基于M序列的通信加密系统设计
目录 一、系统框图 (2) 二、m序列 (2) 1.m序列简介 (2) 2.m序列的产生 (3) 3.m序列的随机性质 (3) 4.m序列的加密与解密 (4) 三、曼彻斯特编码解码 (4) 1.曼彻斯特码简介 (4) 2.曼彻斯特编码 (4) 3.曼彻斯特解码 (5) 四、系统设计及实现过程 (6) 1.Multisim仿真图 (6) 2.具体模块 (6) 3.仿真结果 (9) 4.存在的问题 (10) 五、总结 (10) 六、参考文献 (10)
基于M序列的通信加密系统设计 摘要：m 序列是目前广泛应用的一种伪随机序列，其在通信领域有着广泛的应用，如扩频通信，卫星通信的码分多址，数字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。本文介绍了使用m序列对给定数字信号进行加密解密以及曼彻斯特编码解码。该通信加密系统设计使用multisim软件进行仿真。 关键词：m序列加密曼彻斯特译码
1 系统框图 图1 系统框图 本通信系统首先利用频率为100kHz数字信号产生一个周期为15的m序列，与将要进行加密的频率为50kHz的数字信源进行模二运算即加密过程，对加密后的序列进行曼彻斯特编码，即与另一数字信号进行模二运算，按照前面的理论分析，此数字信号频率设置为100kHz，得到编码序列。然后进行解码、解密，分别为编码与加密的逆过程。 二、m序列 1.m序列简介 如果一个序列，一方面它是可以预先确定的，并且是可以重复地生产和复制的；一方面它又具有某种随机序列的随机特性（即统计特性），我们便称这种序列为伪随机序列。伪随机序列是具有某种随机特性的确定的序列。它们是由移位寄存器产生确定序列，然而他们却具有某种随机特性的随机序列。因为同样具有随机特性，无法从一个已经产生的序列的特性中判断是真随机序列还是伪随机序列，只能根据序列的产生办法来判断。伪随机序列系列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，并且有预先的可确定性和可重复性。m序列是一种典型的
数字水印基本原理
介绍了数字水印技术的基本原理 随着信息技术和计算机网络的飞速发展，人们不但可以通过互联网和CD-ROM方便快捷地获得多媒体信息，还可以得到与原始数据完全相同的复制品，由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题。因此，数字多媒体产品的水印处理技术已经成为近年来研究的热点领域之一。 虽然数字水印技术近几年得到长足发展，但方向主要集中于静止图像。由于包括时间域掩蔽效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立，视频水印技术的发展滞后于静止图像水印技术。另一方面，由于针对视频水印的特殊攻击形式的出现，为视频水印提出了一些区别于静止图像水印的独特要求。 本文分析了MPEG—4视频结构的特点，提出了一种基于扩展频谱的视频数字水印改进方案，并给出了应用实例。 1视频数字水印技术简介 1.1数字水印技术介绍 数字水印技术通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的感知系统觉察或注意到。与传统的加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播，鉴别真伪，解决
版权纠纷并为法庭提供认证证据。为了给攻击者增加去除水印的难度，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密体系来加强，在水印嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用。水印嵌入和提取的一般方法如图1所示。 1.2视频数字水印设计应考虑的几个方面 水印容量：嵌入的水印信息必须足以标识多媒体内容的购买者或所有者。不可察觉性：嵌入在视频数据中的数字水印应该不可见或不可察觉。 鲁棒性？押在不明显降低视频质量的条件下，水印很难除去。 盲检测：水印检测时不需要原始视频，因为保存所有的原始视频几乎是不可能的。 篡改提示：当多媒体内容发生改变时，通过水印提取算法，能够敏感地检测到原始数据是否被篡改。 1.3视频数字水印方案选择 通过分析现有的数字视频编解码系统，可以将目前MPEG—4视频水印的嵌入与提取方案分为以下几类，如图2所示 (1)视频水印嵌入方案一：水印直接嵌入在原始视频流中。此类方案的优点是：水印嵌入的方法较多，原则上数字图像水印方案均可应用于此。
通信加密
通信信息加/解密研究进展 【摘要】密码技术是信息安全的核心技术。如今，计算机网络环境下信息的保密性、完整性、可用性和抗抵赖性，都需要采用密码技术来解决。密码体制大体分为对称密码(又称为私钥密码)和非对称密码(又称为公钥密码)两种。公钥密码在信息安全中担负起密钥协商、数字签名、消息认证等重要角色，已成为最核心的密码。又有一些新的密码算法不断的出现，在不同的信息领域扮演着重要的角色。 【关键词】密码学；加密；密码算法；新进展 Study Progress for Encryption/Decryption of Communication Information 【Abstract】The cryptography is the key technology in the field of information security. Nowdays, the security, integrity, availability and non-repudiation of the information could only be realized by the cryptography. Cryptosystem is devided into two types, namely Symmetric Cipher (Private Key) and asymmetric cryptography (Public Key Cryptography). Public Key Cryptography, as the core, plays an important role in key agreement, digital signature, message authentication, and so on. Now, some new cryptographic algorithms are constantly emerging, and playing important parts in different information fields. 【Key words】cryptography；encryption；cipher algorithm；new progress 0 引言 密码加密作为保障数据安全的一种方式，它不是现在才有的，它产生的历史相当久远，它是起源于要追溯于公元前2000年，虽然它不是现在我们所讲的加密技术，但作为一种加密的概念，确实早在几个世纪前就诞生了。近期密码学技术主要应用于军事领域，随着计算机的发展，运算能力的增强，过去的密码都变得十分简单了，于是人们又不断地研究出了新的数据加密方式[1]。 1 经典加/解密算法 1.1 数据加密标准DES 数据加密标准（Data Encryption Standard,DES）曾被美国国家标准局（NBS,现为国家标准与技术研究所NIST）确定为联邦信息处理标准（FIPS PUB 46），是一种世界范围之内广泛使用的以密钥作为加密方法的加密手段，被美国政府确定是很难破译的，因此也被美国政府作为限制出口的一种技术。 DES使用56 bit有效密钥的64-bit分组密码来加密64位数据。它是一个16-圈的迭代型密码。加、解密算法一样，但加、解密时所使用的子密钥的顺序刚好相反。DES 的硬件实现的加密速率大约为20 Mbit/s；DES 的软件实现的速率大约为400～500 kbit/s。DES 专用芯片的加密和解密的速率大约为1 Gbit/s。DES密码算法输入的是64 bit的明文，在64 bit 密钥的控制下产生64 bit的密文；反之输入64 bit的密文，输出64 bit的明文。64 bit的密钥中含有8个bit的奇偶校验位，所以实际有效密钥长度为56 bit。 正因为DES只有56 bit的有效密钥，64 bit密钥中的第8位、第16 位、…、第64 位为校验位。所以对DES最尖锐的批评之一是DES的密钥太短。 1.2 高级加密标准AES 高级加密标准（Advanced Encryption Standard,AES）作为传统对称加密算法标准DES 的代替者，由NIST 于1997年提出征集该算法的公告。2000年10月2日，以安全性（稳定的数学基础、没有算法弱点、算法抗密码分析的强度、算法输出的随即性）、性能（必须能够在多种平台上以较快的速度实现）、大小（不能占用大量的存储空间和内存）实现特性（灵活性、硬件和软件适应性、算法的简单性等）为标准最终选定了Rijindael算法，并于2001年正式发布了AES标准。 Rijindael 算法本质上是一种对称分组密码体制，采用代替/置换网络，每轮由三层组成：
加密同轴全息数字水印
第15卷 第1期2007年1月 光学精密工程 Opt ics and Precision Engineering Vol.15 No.1 Jan.2007 收稿日期:2006207212;修订日期:2006211222. 基金项目:上海市重点学科基金光学工程(No.T0501);印刷出版资助项目(No.P0501) 文章编号 10042924X(2007)0120131207 加密同轴全息数字水印 孙刘杰 1,2 ,庄松林 1,2 (1.上海理工大学出版印刷学院,上海200093; 2.上海理工大学光电学院,上海200093) 摘要:在研究数字全息技术的基础上,提出了一种新的加密的同轴全息数字水印方法。该方法包括加密和解密两个过程。加密过程首先将原始二值水印图像经过输入面和频谱面上分别放置随机相位模板进行调制加密,生成加密的复数图像,将其作为物光信息,再与参考光信息叠加生成同轴全息图像,然后将其作为水印嵌入到载体图像中;解密过程是加密过程的逆过程,水印重建不需要原始图像的参与,属盲检测过程。在理论分析部分证明了该水印技术的有效性,在仿真实验部分证明了该水印技术具有抗随机噪声干扰、剪切干扰、有损压缩和低通滤波等常见的干扰能力。文中还详细研究了全息数字水印的嵌入强度及对应恢复水印的效果。关 键 词:信息光学;加密技术;全息技术;数字水印中图分类号:O438.1;T P309.7 文献标识码:A Digital watermarking of encrypted in 2line holography SUN Liu 2jie 1,2,ZH U ANG Song 2lin 1,2 (1.College of Printing and Pub lishing,Shanghai U nive rsity of Sc ience and T echnology ,Shanghai 200093,China; 2.Colleg e of Op tics a nd Electronic I nf or mation Engineering ,Sha nghai Univer sity of Science a nd Technology ,Sha ngha i 200093,China) Abstr act:A new encrypted in 2line holographic watermar king technique is proposed based on double 2random phase encoding method,hologr aphy and digital water marking.T he proposed method includes two processes of encryption and decryption.In the encryption process,a digital watermark image is modulated by double 2random phase encoding,and its in 2line hologram is superposed on a content im 2age.T he watermark is recovered by means of holographic r econstruction and calculations in reverse order of encryption pr ocess without the information of the content image (blind detection).Analysis and computer simulation prove that the encr ypted hologr aphic watermark is valid,robust and secure.The watermar k can be recover ed from the watermarked images distorted by noise added,JPEG com 2pression,par t occluded and low pass filter.The conditions for superposing the hologr am onto the con 2tent images are also investigated in detail Key words:infor mation optics;encr yption;hologr aphy;digital water mark
基于小波变换的数字水印算法研究
目录 摘要 (Ⅲ) Abstract (Ⅴ) 第1章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2本文研究的目的及意义 (2) 1.3数字水印技术的国内外研究现状 (2) 第2章数字水印理论基础 (5) 2.1 数字水印的基本概念 (5) 2.2 数字水印的基本特征 (5) 2.3 数字水印的基本原理 (5) 2.4 数字水印的分类 (8) 2.5 数字水印典型算法（针对图像领域） (10) 2.6 数字水印的鲁棒性问题和攻击行为 (12) 2.7 数字水印应用领域 (13) 第3章小波分析理论基础 (17) 3.1小波分析的发展历程 (17) 3.2小波函数与小波变换 (18) 3.3离散小波变换 (20) 3.4 多分辨率分析 (22) 3.5实验环境：可实现数字水印技术的高效实用工具——Matlab (24) 第4章基于小波变换的数字水印算法 (25) 4.1算法描述 (25) 4.2实验结果及分析 (28) 4.3 本章小结 (36) 参考文献 (37) 致谢 (39) 附录 (41)
基于小波变换的数字水印算法研究 摘要 数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向，是一个在开放的网络环境下，保护版权和认证来源及完整性的新型技术。 本文针对基于小波变换的数字水印技术，提出了一种基于小波域的二值图像水印算法。该算法选择了检测结果直观、有特殊意义的二值图像作为原始水印，并在嵌入之前进行图像置乱预处理，以提高安全性和隐蔽性，兼顾了水印的不可见性和鲁棒性，利用多分辨率分析思想进行水印的嵌入与提取。通过大量的仿真实验，证明本文算法在保证水印不可见性的同时，对常见的图像处理如JPEG压缩、噪声、滤波、剪切等，均有较好的鲁棒性。 关键词：数字水印，小波变换，鲁棒性，不可见性，JPEG压缩