基于离散余弦变换算法的数字水印研究(周伟峰)

基于离散余弦变换算法的数字水印研究

周伟峰

（上海大学机电与自动化学院，上海200072）

摘要：首先对数字水印技术进行了详细介绍，学习研究了数字水印技术的基本原理、基本特性及系统的设计。选取数字水印技术的离散余弦算法作为本文的主要研究方向，重点分析了基于DCT的水印方案。对离散余弦变换( DCT) 域的图像水印的生成、嵌入、提取做了详细的分析、实验, 结果表明: 这种算法较好地兼顾了水印技术的透明性和鲁棒性的要求。

关键词：数字水印；离散余弦变换；鲁棒性；水印方案

Research of Digital Watermark Based on DCT Domain

Zhou Wei-feng

(School of Mechatronical Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)

Abstract:In this paper we first introduce the research background of digital watermarking basic principles and technique characteristics。It was analyzed in detail hereby about generating, embedding and extracting of image watermark with DCT domain. It was concluded that the algorithm hereinafter gave better consideration to the demand of both transparency and robustness to watermark technology.

Key words: Digital Watermark; DCT; robustness; watermarking scheme

1引言

1.1数字水印技术

数字水印技术是指用信号处理的方法在声音，图像或视频等数字化的多媒体数据中嵌入某些能证明版权归属或跟踪侵权行为的隐蔽的信息，这些信息通常是不可见的，不能被人的知觉系统觉察或注意到，只有通过专用的监测器或阅读器才能提取。通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以达到确认内容创建者，购买者或判断内容是否真实完整的目的。水印系统所隐藏的信息总是与被保护的数字对象或它的所有者有关。

作为传统加密系统的有效补充办法，从1993年Caronni正式提出数字水印到现在的十几年时间里，无论国内还是国外对数字水印的研究都引起了人们的极大关注。在国外方面，由于有大公司的介入和美国军方及财政部的支持，虽然在数字水印方面的研究刚起步不久，但该技术研究的发展速度非常快。国内方面，我国学术界对数字水印技术的反应也非常快，已经有相当一批有实力的科研机构投入到这一领域的研究中来。我国相关学术领域的研究与世界水平相差不远，而且有自己独特的研究思路。数字水印技术从正式提出到现在虽然只有短短几年，但由于它是应用于开放性网络上的多媒体信息隐藏技术，为解决版权保护和内容完整性认证、来源认证、篡改认证、网上发行、用户跟踪等一系列问题提供了一个崭新的技术研究方向，因此在数字产品的知识产权保护、隐蔽标识、篡改提示、隐蔽通信和防伪等方面具有十分看好的应用前景。

从研究意义来看，对它的研究具有重要的学术、经济和军事价值一方面，它将促进多媒体技术、网络技术、通信技术、信号处理技术等多门新兴技术的有机结合，促进多媒体网络的进一步繁荣；另一方面，

它将有助于多媒体信息版权保护极其版权冲突问题的解决。同时，它将促进隐蔽通信技术，信息安全技术的提高。

1.2基于离散余弦变换的数字水印技术

DCT变换域数字水印是目前研究最多的一种数字水印，它具有鲁棒性强、隐蔽性好的特点。其主要思想是在图像的DCT变换域上选择中低频系数叠加水印信息。之所以选择中、低频系数，是因为人眼的感觉主要集中在这一频段，攻击者在破坏水印的过程中，不可避免地会引起图像质量的严重下降，一般的图像处理过程也不会改变这部分数据。

E. Koch和J.Zhao较早提出了利用DCT分解来设计水印的算法，他们不是把水印加载到整幅图像上，而是随机地选取图像的一些区域加以改动以嵌入水印，水印所选择的区域是由密钥来控制的。Cox等人在文献中提出了基于图像全局变换的水印方法。他们重要的贡献是明确提出加载在图像的视觉敏感部分的数字水印才能有较强的鲁棒性。的水印方案是对整个图像进行DCT变换，然后将水印加载在低频分量上。它的实现方法是首先对整幅图像进行二维DCT变换，然后选取除直流(DC)分量外的1000个较大的低频DCT系数并加以改变，用一个服从N （0，1）分布的高斯序列来调制水印序列，伪随机序列是以密钥为种子来产生的，密钥通常由作者的标识码和图像相关信息的散列值组成。检测时通过计算高斯序列与从加水印图像中得到的1000个改动过的低频DCT系数的相关性来判断水印是否存在。该算法不仅在视觉上具有水印的不可察觉性，而且水印的鲁棒性非常好，可经受一定程度的有损JPEG压缩、滤波、D/A及A/D 转换等信号处理，也可以经受一般的几何变换如剪切、缩放、平移及旋转等操作，对复印和扫描等处理也具有较强的鲁棒性。该算法具有较强的鲁棒性和安全性。由于该算法是由LTEc实验室的Cox等人提出的，因此又称为NEC算法。

2数字水印技术理论

人类社会经历了农业、工业社会后进入了信息化社会。生活在当今信息化社会里，人们不得不承认我们周边的“信息场”发生了两个重大变化:一是信息空间的结构越来越复杂，信息源的频率范围越来越宽，也就是说，我们的研究对象更加复杂;二是随着信息科学和技术发展，科学家和工程师获取信息的手段和方法越来越多样化。在这样的背景下，数据融合技术应运而生。数据融合的最终目的是构造高性能智能化系统。

2.1数字水印的基本原理

从图像处理的角度来看，嵌入水印信号可以视为在强背景下叠加一个弱信号，只要叠加的水印信号强度低于人类视觉模型HVS(Human Vision System)的对比度门限,HVS就无法感到信号的存在。从数字通信的角度看，水印嵌入可理解为在一个宽带信道(载体图像)上用扩频技术传输一个窄带信号(水印信号)。尽管水印信号具有一定的能量，但分布到信道中任一频率上的能量是难以检测到的。水印的检测就相当于是一个有噪声信道中弱信号的检测问题。

通常，可以定义水印为如下的信号：

W=｛W(k)|W(k)∈U,k∈o,1,2,…M-1｝

其中，W有时被称为原始水印，以区别与可能在嵌入或检测过程中变换处理以后的水印。M为水印序列的长度，U代表水印的值域。水印信号可以是二进制形（如：U=（0，1）或U = （-1，1）），也可以是高斯噪声形式（如均值为0，方差为1的高斯白噪声N(0,1)），或者其本身也是一幅图像，其幅值相对要保护的数字产品的幅值而言应该是很小的。

我们可以将数字水印系统的基本框架定义为六元体{}D

E

G

K

W

X,

,

,

,

,表示。

其中：1、X表示要被保护的数字产品X的集合。其中Xo为表示原始数字作品，Xw表示含水印的数字作品。

2、W为水印信号集合。

3、K是水印密钥集合。

4、G 表示利用密钥K 和待嵌入水印的X 共同生成水印的算法，即

G:X ×K →W,W=G(X,K)

5、E 表示将水印W 嵌入到数字作品X 中的嵌入算法，即

E: Xo ×W →Xw,Xw=E(Xo,W)

6、D 表示水印的检测算法。

D: X ×K →(0,1)

D(X,K)= ???

001X ,1H W X H W 其中，H1和H0分别表示水印的有无。

2.2 数字水印的基本特性

一般地，数字水印应具有如下的特征：

(1)稳健性:指经过常规的处理操作后，水印算法仍能从水印作品中检测到水印的能力。这些处理包括常见的图像处理(图像压缩、低通滤波、高通滤波和图像增强等)、几何失真变换(剪切、图像缩放、平移和旋转等)、噪声干扰、打印和扫描等。稳健性对于水印而言极为重要，通常只要求水印在嵌入和检测之间的信号处理操作中存在。对于不同的应用需求，要求有不同程度的稳健性。

(2)不可感知性:不可感知性包含两方面的意思，一方面指视觉上的不可感知性，即嵌入水印后不能导致图像质量在视觉上发生明显地变化。另一方面，用统计方法是不能恢复水印。

(3)安全性:指水印能够抵御未经授权的人的攻击的能力，这些攻击指专门为了阻碍水印发挥作用的处理行为。主要有三大类型的攻击。一类为未经授权的删除，指阻止检测出作品中水印的攻击。另一类为未经授权的嵌入(伪造)，指把不合法的水印嵌入到不应含有该水印的作品中的行为。第三类为未经授权的检测，按照其严重性不同，又可以分为三种程度。第一种最严重，指未经授权者检测并解密出嵌入水印的信息。第二种稍轻，指未经授权者检测出水印并且可以区分不同的水印信息，但是不能解读水印的具体含义。第三种最轻，指未经授权者能够判断水印的存在，但不能解读水印信息，也不能区分嵌入信息。

(4)有效性:指嵌入水印后紧接着检测到水印的概率。水印系统的有效性可能低于100%，如果要尽量接近期望的100%的有效性，需要在其它特性方面付出较高的代价。在实际的应用中，为了在其它特性方面获得更好的性能，需要牺牲一些有效性。在某些情况下，水印系统的有效性需要经分析后才能确定。

2.3 数字水印系统的设计

数据融合常用的方法有:Un 规则、贝叶斯准则、证据推理、模糊积分、确定性理论、神经网络方法等。下面简要介绍。

在实际应用中，一个完整水印系统的设计通常包括水印的生成、嵌入、提取和检测四个部分。

(1) 水印生成:通常基于伪随机数发生器或混沌系统来产生水印信号，从水印的稳健性和安全性考虑，常常需要对水印进行预处理来适应水印嵌入算法

(2) 水印嵌入:尽量保证水印不可感知性的前提下，嵌入最大强度的水印，来提高水印的稳健性。

水印的嵌入过程如图2-1所示。有三种常用的水印嵌入准则。一类为加法准则(Xi＇= Xi+a Wi)。｛Xi｝为原始图像，｛Wi｝为水印信号，｛Xi＇｝为含水印图像。a为水印嵌入强度，它的选择必须考虑图像的实际情况和人类的视觉特性。加法准则是一种普遍的水印嵌入方式，嵌入水印时没有考虑到原始图像各像素之间的差异，因此，用此方法嵌入水印后图像质量在视觉上变化较大，影响了水印的稳健性。

另一类为乘法准则(Xi＇= Xi(1+a Wi))，它考虑到原始图像各像素间的差异，因此，乘法准则的性能在很多方面要优于加法准则。第三类为融合准则(Xi＇=(1-a)Xi+a Wi)，近年来，融合准则引起了人们的广泛关注，它综合考虑了原始图像和水印图像，在不影响人的视觉效果的前提下，对原始图像做了一定程度地修改。

水印嵌入框图如下：

图2-1 水印嵌入框图

(3)水印提取:指水印可比较精确地被提取出来的过程，比如在完整性确认的应用中，必须能够精

确地提取出嵌入的水印信息，并且可以通过水印的完整性情况来确认多媒体数据的完整性。水印的提取和检测可以需要原始图像的参与，也可不需要原始图像的参与，如果没有原始图像，则提取和检测将比较困难。水印的提取过程如图2-2所示，虚框表示提取水印信号时并不一定需要原始图像。

图2-2 水印提取框图

(4)水印检测:判断水印载体中是否存在水印的过程，水印的检测过程如图2-3所示，虚框表示判断

水印信号是否存在时并不一定需要原始图像。

图2-3 水印检测框图

2.4数字水印的分类

数字水印有多种分类方法，出发点不同导致了不同的分类，它们之间既有联系又有区别。常见的分类

方法有以下几种:

(1)按水印信号的意义划分:可将水印分为无意义水印和有意义水印。无意义水印指嵌入的水印信号没有实际的含义，可以为伪随机实数序列、伪随机二值序列和混沌序列等。有意义水印指嵌入的水印信号具有一定的意义，能比较直观地表示数字作品的信息，可以为数字图像、数字音频和文字等。目前有意义水印在实际应用中更加广泛，它能更有效地保护数字作品的版权。

(2)按水印的可见性划分:此类划分主要用于数字图像作品中。从人类视觉系统来看，按照数字水印在数字图像作品中是否可见分为可见水印和不可见水印。可见水印指水印在数字图像中可见。不可见水印指将水印信号嵌入到数字图像、音频或视频中，从表面上很难察觉到这些数字作品的变化，但当发生版权纠纷时，可以从这些数字作品中提取水印，来证明数字作品的版权，它比可见水印应用更加广泛。

(3)按水印的稳健性划分:按照嵌入的水印能多大程度地经受常见的信号处理等操作可将水印分为易损水印和稳健性水印。易损水印指当嵌入水印的载体数据被修改后，通过水印检测，可以对载体是否进行了修改或进行了何种修改进行判定。稳健性水印指嵌入的水印能抵抗一定失真内的恶意攻击，且一般的信号处理不影响水印的检测。

(4)按水印所依附的载体形式划分:可将水印划分为图像水印、音频水印、视频水印和文本水印等。

(5)按水印隐藏的位置划分:可将水印划分为空域数字水印和变换域数字水印。空域数字水印指水印直接嵌入到信号空间上，即通过改变载体空间的某些系数来嵌入水印。变换域数字水印指改变某些变换域系数来嵌入水印。

(6)按水印检测过程划分:可将水印分为非盲水印、半盲水印和盲水印。非盲水印指在检测和提取数字水印的过程中，需要原始数据和原始水印的参与。半盲水印指不需要原始数据，但需要原始水印来进行检测。盲水印指在检测和提取数字水印的过程中只需要密钥，既不需要原始数据，也不需要原始水印。通常，非盲水印的稳健性比较强，但它需要存储原始数据和原始水印，其应用受到了限制，因此，盲水印和半盲水印将成为今后的发展方向。

3基于DCT域的数字水印算法

DCT变换域数字水印算法的主要思想是在DCT变换域上选择中、低频系数叠加水印信息，因为人眼的感觉主要集中在中、低频段，攻击者破坏水印时，小可避免地会引起图像质量的严重卜降，而且一般的图像处理也不会改变这部分数据。再者，由于JPEG, MPEG等压缩算法的核心是在DCT变换域上进行量化，故通过巧妙的融合水印和量化过程，可以使水印抵御一定的有损压缩。此外，DCT变换域系数的统计分布有比较好的数学模型，可以从理论上估计水印的信息量。基于DCT变换的数字水印在逆变换时会散布在整个图像空间中，故水印小像空间域技术那样易受到裁剪、低通滤波等攻击的影响，具有鲁棒性高、隐蔽性好的特点。由于以上的种种优点，目前基于DCT变换得图像数字水印算法是目前国内外研究的热门方向之一。

3.1DCT变换理论基础

离散余弦变换(Discrete Cosine Transform)简称DCT是简化傅立叶变换的重要方法，从傅立叶变换的性质可以知道当连续的实函数f(x)或f(xy)为偶函数时，变换的计算只有余弦项，因此余弦变换和傅立叶变换一样有明确的物理意义，可以说余弦变换是傅立叶变换的特例。DCT变换避免了傅立叶变换中的复数运算，它是基于实数的正交变换。DCT变换矩阵的基向量很近似于Toeplitz矩阵(系数矩阵对称且沿着与主对角线平行的任一对角线上的元素都相等)的特征向量，而Toeplitz矩阵又体现了人类语言及图像信号的相关特性，

故DCT 变换常常被认为是对语音和图像信号的准最佳变换，同时DCT 算法较易于在数字信号处理器中快速实现，因此它目前在图像编码中占有重要的地位，成为一系列有关图像编码的国际标准(JPEG,MPEG , H.261等)的主要环节。

基于DCT 域的数字水印算法，根据对宿主图像DCT 的计算方法分为两大类，一类是直接对整幅图像进行DCT 计算，选取合适频段的系数，嵌入水印。另一类是，首先将整幅图像分成块，对每一块分别进行DCT 计算，在每一块中选取合适频段的系数，将水印信息分散嵌入到每一块所选取的DCT 系数中。这种方法称为分块DCT 。通常块的大小采用g*g 像素点。由于后者是JPEG 压缩标准中采用的方法，而且分块DCT 计算速度要比全局DCT 计算速度快得多，因此目前DCT 域的水印方法大多数是采用分块DCT 方法。

利用DCT 域作为水印嵌入域的优点是:

1.图像被DCT 分成伪频率段，水印可以很容易地嵌入到中频段。

2.基于DCT 变换域的算法可以更好的结合HVS 模型，图像失真度的约束可以很容易地加进去，进一步改进算法性能。

3.分块DCT 被广泛地应用在压缩方法中如JPEG 。通过预测哪些系数在压缩过程中会被减弱，可以把水印嵌入到非损系数中，增强水印对图像压缩的鲁棒性。

4.可以嵌入较多的信息。

5.将水印嵌入到DCT 域的某一个频段，经过反变换后，水印分散到整幅图像中，对于剪切等图像处理有一定的鲁棒性。

6.二维DCT 是一种可分离变换，DCT 是一种准最优变换。

但是，DCT 算法也有其缺点，利用DCT 域作为水印嵌入的缺点主要有以下两点:

1. DCT 对于图像在空域上的平移和位置交换具有敏感性。对于几何攻击的鲁棒性较弱。

2.基于DCT 变换域的算法:即相对来说计算复杂。但是目前，己经有针对DCT 计算的硬件芯片了，所以计算复杂的缺点可以在很大程度上得到克服。

3.2 二维DCT 的定义

目前文献中关于二进制DE 算法的相关研究还比较少，具有代表性的二进制DE 算法主要是：AMDE ，AIS-DE ，BCDE ，BADE ，DBDE 。这五种二进制DE 算法的交叉、选择算子与标准DE 算法完全相同，其不同之处在于变异算子，即变异个体的生成策略不同。

我们知道，数字图像可以用二维矩阵S 表示，因此其二维DCT 用矩阵S ~表示，其定义如下式所示：

S ~（k,l ）=

)2)12(cos()2)12(cos(),()()(2210101N l j M k i j i S l k N M c c M i N j ππ++?∑∑-=-= (3-1)

二维IDCT 如下式所示

)2)12(cos()2)12(cos(),(~)()(2),(210101N l j M k i l k S l k N M j i S c c M k N l ππ++?=∑∑-=-= （3-2）

其中{}{}

,1,...2,1,0,,1,...2,1,0,-∈-∈N l j M k i 并且 ?????-===1,...2,1,10,21)(1M k k k c ?????-===1,...2,1,10,21)(2N l l l c （3-3）

我们最常用到的是8?8分块DCT ，即首先将大小为M ?N 的图像分成(M/8) ? (N/8) =(M ?N)/64的非重叠的大小为88?的块，然后对每一块作DCT 。根据式(4-1)和式(4-2) 8?8 DCT 的定义如下:

S ~（k,l ）=

)16)12cos()16)12(cos(),(2)(2)(707021ππl j k i j i S l k i j c c ++?∑∑== (3-4) 8?8 IDCT 的定义如下: )16)12(cos()16)12(cos(),(~2)(2)(),(707

02

1ππl j k i l k S l k j i S k l c c ++?=∑∑== （3-5）

其中，{},7,...2,1,0,,,∈l k j i 并且

?????===7,...2,1,10,21)(1k k k c ?????===7,...2,1,10,21)(2l l l c （3-6）

3.3 DCT 变换理论基础

3.3.1 嵌入水印的过程

本文采用的是分块DCT 算法，使用的宿主图像是256×256的灰度图像

水印嵌入步骤如下:

1， 将宿主图像S(i, j), i =1,2..., M; j =1,2,..., N 分成互不覆盖的8?8的块，然后对每一块都进行DCT

变换，得到与宿主图像相同尺寸的DCT 域系数矩阵 ),(~j i S ,i=1,2..., M; j=1,2,...，N 。

2， 我们用密钥生成长度为N w 的Gaussian 白噪声作为水印信号:

W ～ N(0,1)。

3将每个8?8的DCT 系数矩阵从每一块的中频段取出((64 ?Nw) /(M ?N))个系数B c n u m k k j i ,...2,1),,(=。

4．根据公式)*1('mark alfa W W +=嵌入水印，其中alfa 为尺度因子，mark 为水印信息，W 为原图像的分块DCT 系数。

5．用得到的新的DCT 系数对原来位置的DCT 系数进行置换。

6．对新的DCT 系数矩阵进行DCT 反变换，得到了嵌入水印信号的图像。

在MA TLAB 中实现后得到图1

图1 原始图像和嵌入水印后的图像

3.3.2 水印的提取和检测

在某些水印系统中水印可以被精确地抽取出来.这一过程称为水印提取。通过所提取出的水印的完整性来确认多媒体数据的完整性。如果提取的水印发生了部分的变化最好是能够通过发生变化的水印的位置来确定原始数据被篡改的位置。

水印检测采用相关检测技术。待测试图像

),(*y x f 与原始图像的差为： 8

',0'),','(),(),(*),(1

0<≥=-=∑-=y x y x e y x f y x f y x e k K k 对)','(y x e k 进行DCT 变换，再利用下式提取水印序列：

alfa v u F v u F x k k i /)','(/)','('(=

得到了可提取的待测试序列:

{}∑-==≤≤=10

**

*0,K k k i W n i W x 然后进行相似度计算。定义被恢复出的水印信号W *和原始水印信号W 的相似程度为:

根据相似度的值可判断图像中是否含有水印信号.从而达到版权保护的目的。判定准则为:事先设定阈值T.若T >ρ，可以判定被测图像中含有水印W.否则，没有水印W 。阈值T 的选择要同时考虑虚警概率和漏警概率。虚警概率是指待测图像中不包含水印而检测器输出结果却表明含有水印的概率;漏警概率是指待测图像中包含水印而检测器输出结果却表明不含有水印的概率。T 减少，则漏警概率降低而虚警概率提

高;T 增大.则虚警概率降低而漏警概率提高。若W *与W 不相关. T >ρ的概率等于具有Gaussian 分布的

随机变量超过其均值T 倍方差的概率。水印测试结果如图2所示.其中纵坐标表示相关系数值.横坐标表示50个length ? 1的测试水印序列.测试结果清楚表明第10个(即正确水印)的相关

210*10**)(/)*(),(∑∑-=-==n i i i n i i x x x W W ρ

值大于其他值.并且绝对值大于设定的阈值。因此可以检测到正确的水印。

图2 水印检测结果

3.3.3 攻击试验

接下来对算法产生的含水印图像进行了一系列攻击实验.水印的攻击实验是检验水印鲁棒性的有力手段。1）噪声干扰实验:利用MA TLAB图像处理工具箱提供的随机序列产生函Y=randn( size( A))产生一个均匀的高斯随机序列加入目标图像图3 实验结果.证实了水印图像在噪声攻击后仍然能够提取出水印。

图3噪声图像及检测结果

2）滤波实验:利用MATLAB图像处理工具箱提供的滤波函数B= imfilter( A, H)对嵌入水印后的图像进行滤波处理.如图4.仍然能够提取出较清晰的水印图像。

图4滤波图像及检测结果

3）剪切实验:利用MATLAB图像处理工具箱提供的图像剪裁函数W Image4 =imcrop( WImage4, [ 50 40 100 100])对水印图像进行剪裁的几何操作.图5是被剪裁掉约70%后的目标图像仍然能够提取出较清晰的水印图像。

图5剪切图像及检测结果

4）JPEG压缩实验:利用MA TLAB图像处理工具箱提供的双精度数转换函数I2= im2double ( I) ,DCT矩阵计算函数B = dctmtx ( n).块处理操作函数D= blkproc( A,[m，N]，fun，P1，P2，…).重排图像块为矩阵阵列函数B= im2col(A,[ m，N]，block-type)等利用分块DCT变换来实现对嵌入水印后的图像的压缩，图6是该图像的水印提取结果

图6压缩图像及检测结果

5）旋转实验:利用MA TLAB图像处理工具箱提供的图像旋转函数T= imrotate( A, angle, method, bbox)对嵌入水印后的图像进行旋转的几何操作.然后再调用函数watermark_ detect证实了水印图像在旋转后仍然能够提取出水印。图7是实验结果。

图7旋转图像及检测结果

4结束语

随着通信技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，数字多媒体信息的存储、复制与传播变得非常方便，数字化产品的产权保护成为急需解决的问题。数字水印技术作为一种新的有效产权保护手段，应用前景和使用价值十分广阔。

本文首先对数字水印技术进行了详细介绍，学习研究了数字水印技术的基本原理、基本特性及系统的设计。选取数字水印技术的离散余弦算法作为本文的主要研究方向，重点分析了基于DCT的水印方案。在DCT水印系统选择DCT系数交流系数中的低频系数作为嵌入的载体(出于不可觉察性和健壮性的考虑)。用MATLAB模拟图像可能遭受的各种攻击，测试水印系统的鲁棒性，并对水印图像的失真进行主观和客

观的评估。证明在文中所建立的水印系统都具有很好的抵抗常见信号处理(JPEG压缩、滤波、噪声干扰等)以及图像处理(旋转、直方图调整、图像剪切等)的性能。

水印技术的研究在国内的起步较晚，水平相比较国外还有一定的差距，目前还没有具体的产品问世。我们应该抓住信息时代对于数字版权保护的迫切需求，开发出自己的水印产品。数字水印技术是一个新兴的研究领域，基于DCT域的数字水印的嵌入、提取、检测和攻击等领域还有许多未触及的而且很有价值的研究课题，在今后的工作中将作进一步的研究。

参考文献：

[1] 孙圣和，陆哲明，牛夏牧.数字水印技术及应用.科学出版社，2007

[2]易开祥，石教英，孙鑫.数字水印技术研究进展.图形图像学报2011，6(2): 111~117

[3]孙锐，孙洪，姚天任.多媒体水印技术的研究进展与应用.系统土程与电子技术，2009，25(6): 772~776

[4]王丙锡，陈琦，邓峰森，数字水印技术，西安电子科技大学出版社，2010

[5] 钟桦，张小华，焦李成. 数字水印与图像认证——算法及应用，西安电子科技大学出版社，2010

[6] 余成波，杨菁，杨如民，周登义. 数字信号处理及MA TLAB实现，清华大学出版社2008

[7] 王家文，李仰军. MA TLAB7.0图形图像处理，国防工业出版社2006

[8] 张问银，梁永全. 基于DCT的一种数字图像水印策略，山东科技大学学报2012

[9] 肖力，一种基于DCT域的数字水印的实现，鄂州大学学报2005

[10] 黄继武，SHI Y Q，程卫东.DCT域图像水印:嵌入对策和算法.电子学报，2010. 2-8(4)

[11] 飞思科技产品研发中心，精通MA TLAB 7 ，电子工业出版社2005

[12] Rafael C.Gonzalez，Richad E.Woods，数字图像处理，阮秋琦，阮宇智等译电子工业出版社2003

[13] 耿永军，朱雪芹，基于离散余弦变换的数字水印算法，郑州大学学报2005

[14] 赵伟,陈仁安,张晓玲,游荣义. 基于ICA和DCT的鲁棒性盲水印算法[J]. 厦门理工学院学报. 2011(02)

[15] 赵彦涛,吴希军,马云飞,李志全. 基于可逆信息隐藏的的无损鲁棒数字水印模型的研究[J]. 燕山大学学报. 2010(03)

[16] 李绍华,林克正,李东勤. 基于Watson感知模型的DCT变换数字水印算法[J]. 哈尔滨理工大学学报. 2007(02)

[17] 李秋艳,孟庆华. 基于融合的数字水印在电台加密技术中的应用研究[J]. 长春工业大学学报(自然科学版). 2008(03)

[18] 路玲,孙新德. 基于图像子块DCT系数对的盲检测数字水印[J]. 郑州大学学报(工学版). 2010(02)

[19] 兀旦晖,赵晨飞,李晗,郭琴. 基于DCT图像水印系统的研究[J]. 包装工程. 2009(11)

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

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

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MATLAB的数字水印算法实现

数字水印作为一门新的学科, 自 1993 年 Tirkel 等人正式提出到现在十几年里, 国内外对数字水印的研究都引起了极大的关注, 从最初的版权保护, 已扩展到多媒体技术, 广播监听, in-ternet 等多个领域。数字水印是永久镶嵌在其他数据( 主要指宿主数据) 中具有可鉴别性的数字信号或数字模式, 其存在不能影响宿主数据的正常使用。为了使数字水印技术达到一定的设计要求, 当前水印数据一般应具备不可感知性(imperceptible) 、鲁棒性(Robust) 、可证明性、自恢复性和安全保密性等特点。在数字水印技术中, 水印的数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾。理想的水印算法应该既能隐藏大量数据, 又可以抗各种信道噪声和信号变形。然而在实际中, 这两个指标往往不能同时实现, 实际应用往往只偏重其中的一个方面。如果是为了隐蔽通信, 数据量显然是最重要的, 由于通信方式极为隐蔽, 遭遇敌方篡改攻击的可能性很小, 因而对鲁棒性要求较为不高。但对保证数据安全来说, 情况恰恰相反, 各种保密的数据随时面临着被盗取和篡改的危险, 对鲁棒性的要求很高, 而对隐藏数据量的要求则居于次要地位。典型的数字水印系统至少包含两个组成部分- - 水印嵌入单元和水印检测与提取单元。将水印信息进行预处理后加入到载体中, 称为嵌入。从水印化数据中提取出水印信息或者检测水印信息的存在性称为水印的提取和检测。数字水印算法主要

是指水印的嵌入算法, 而提取算法往往被看成是嵌入算法的逆变换。 当前典型的嵌入算法主要被分为空间域水印算法和变换域水印算法。DCT 变换域算法是数字水印算法的典型代表, 也是数字水印中较为常用的一种稳健的算法。其算法思想是选择二值化灰度图像作为水印信息, 根据水印图像的二值性来选择不同的嵌入系数, 并将载体图像 ( 原始图像) 进行 8×8 的分块, 再将灰度载体图像( 原始图像) 进行 DCT变换。然后, 将数字水印信息的灰度值直接植入到载体灰度图像的 DCT 变换域中, 实现水印的嵌入。而后, 将嵌入了水印信息灰度图像进行 IDCT( 逆离散的余弦变换) 变换, 得到含有了嵌入水印信息的图像, 嵌入过程完毕。水印的提取、检测过程为嵌入过程的逆过程, 其方法和嵌入方法有所雷同不再进行介绍。 下面以 MATLAB 为工具, 给出一个在频域嵌入和提取黑白二值水印图像的实现过程。(1) 水印图像的预处理: 将水印信息图像进行灰度处理, 然后再将转换后的图像进行二值转换。而这些都是为了提高水印信息的安全性对图像所做的处理。(2) 读取原始公开图像(大小为 256×256) 和黑白水印图像(大小为 32×32, 模式为灰度) 到二维数组 I 和 J。(3) 将原始公开图像I 分割为互不覆盖的图像块, 每块大小为 8×8, 共分为 32×32 块。然后对分割后的每个小块Block- dct(x,y) 进行 DCT 变换, 得到变换后的小块 Block-dct(x, y)。(4) 取黑白水印图像中的一个元素 J(p, q) , 通过嵌入算法嵌入到原始公开图像块的中频系数中。(5) 对嵌入水印信息后的图像块Block- dct (x, y) 进行逆DCT 变换, 得到图像块 Block(x′, y′)。

数字水印技术概论

数字水印技术概论 【摘要】本文就数字水印科学保护技术展开探讨，通过原理定义论述、领域背景介绍与应用探讨，明晰了技术核心应用价值。对促进数字水印技术的继续深化拓展，发挥对电子信息相关数据产品的可靠安全保护职能，有积极有效的促进作用。 【关键词】数字水印;应用;保护 0.前言 信息时代，各类信息化数字技术扩充发展，针对丰富数字信息的安全保护需求也日益扩充。基于数字文档可方便快捷的复制、篡改与盗取，因而令其产权保护面临一定困难。同时数字图像具有一定适应性特征，可供用户任意设计更新并为己所用。为此应科学探究一种良好的数据可靠加密保护技术，进而有效应对不良信息篡改、窃取、盗用问题。本文基于这一目标引入水印数字技术探讨，该技术通过印记图形加密有效保护版权信息，形成印记图形同原始保持一致，基于一定标准形成水印图像，进而探究非法复制信息、相关违规产品的不良流通应用。该技术核心特征在于潜入模式，是通过视觉设想推理阐释实效的科学方式。 1.数字水印技术概述 1.1数字水印技术原理内涵 数字水印技术是一类进行数据产品安全保护、信息内容科学检测，通过嵌入模式将相关序列代码或用户定义标识引入信息中，并可基于相关算法进行水印提取，进而实施保护信息版权检验的科学技术方式。可有效维护产权人享有的产品版权利益，杜绝非法盗版问题。数字水印技术所保护的对象可以是媒体，数据文档、工具软件、视频音频资料、信息图像等丰富内容，包括生成水印、相关嵌入过程、综合信息测试与提取水印等实践环节。 数字水印核心原理在于通过针对宿主进行标识信息嵌入形成水印，令其具备无法感知的良好属性，进而确保信息数据安全性。同时需要遵循相应感知规则，令水印信息具有充分冗余性，即可通过分段数据实现恢复。 1.2数字水印具体类别 数字水印基于出发点各异性，令其种类划分各不相同，并体现了一定的联系渗透属性。依据水印特征，可将其划分成健壮与脆弱水印。前者可服务于数字作品资源中进行著作权相应表述，通过水印嵌入可满足综合编辑实践需求。后者则可实现数据完整统一保护，基于对更新信号的敏锐反映性，可依据其水印状况进行数据信息安全程度分析判别。依据水印媒体，可将其分为图像、视频、音频水印、文本与网格水印形式。而基于检测流程，数字水印则包括明文与盲水印等。前者检测进程要利用原始信息，后者则应利用密钥。 基于水印不同内容，可将数字水印定义为有意义以及无意义形式。前者即水印自身同时代表数字图像或音频数据编码，而后者则仅仅代表序列号。 1.3数字水印技术服务应用领域 数字水印技术基于优质属性、科学原理，在数字化、信息化社会建设与市场经济发展中体现了较大的应用潜能，可在电子商务领域、多媒体技术服务、广播媒介中发挥综合优势。数字水印技术具备良好的版权保护功能，基于来源信息与版权内容嵌入，有效预防不良侵权行为，体现良好安全的版权保护能效，当然其实践应用对数字水印提出了显著的鲁棒性要求。同时，数字水印技术科有效实现

数字水印技术综述

数字水印技术综述 【摘要】本文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 １什么是数字水印 所谓数字水印（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。比如我们通过一定的算法，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。这样的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。 ２数字水印的特点 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）水印容量(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，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）确定性：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。 ３数字水印的分类 数字水印按照嵌入的位置可分为空域数字水印、变换域数字水印；按照水印的检测方式可分为私有水印、半私有水印和公开水印；按照水印的抗攻击能力可分为易损水印、鲁棒水印；按照水印的选取形式可分为序列水印、标识信息水印、标志图像水印；按照水印的可见性可分为可见水印、不可见水印；按照载体数据的性质可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印等等。４数字水印的基本原理 数字水印包含两个基本方面：水印的嵌入和水印的提取或检测。水印可由多种模型构成，如随机数字序列、数字标识、文本以及图

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。

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

信息隐藏技术-数字水印综述

（重庆邮电大学2014-2015学年第一学期）信息隐藏技术课程 期末大作业 学号： 2011211650 2011211651 姓名：曾湘宇黄明雄 班级： 0441102 成绩评定：

数字水印技术综述 摘要 现今数字时代的到来，多媒体数字世界丰富多彩，数字产品几乎影响到每一个人的日常生活。如何保护这些与我们息息相关的数字产品，如版权保护、信息安全、数据认证以及访问控制等等，就被日益重视及变得迫切需要了。借鉴普通水印的含义和功用，人们采用类似的概念保护诸如数字图像、数字音乐这样的多媒体数据，因此就产生了“数字水印”的概念。所谓“数字水印”是往多媒体数据中添加的某些数字信息，比如将在数码相片中添加摄制者的信息，在数字影碟中添加电影公司的信息等等。与普通水印的特性类似，数字水印在多媒体数据中（如数码相片）也几乎是不可见的，也很难被破坏掉。因此数字水印在今天的计算机和互联网时代大有可为。数字水印技术还有很多其它用途，并且其应用领域还在不断扩大。要完整地说明数字水印应用的未来还不可能，但是业界对数字水印技术在复制保护和纸质媒介上的应用有了越来越大的兴趣，比如用比如水印技术保护钞票、支票、发票等等。除了技术发展，市场营销和商业规划也极为重要，并且需要有深度的分析与战略计划。技术推广和普及也必不可少，以保证市场为接受数字水印技术做好准备： 关键词：数字水印，水印攻击，FCM算法，应用，前景

目录 第一章前言 (2) 1.1问题背景 (2) 1.2问题分析 (2) 1.3小组分工 (3) 第二章数字水印技术 (4) 2.1为什么要用数字水印? (4) 2.3数字水印的起源 (6) 2.3发展历史 (6) 2.4国内外研究现状 (7) 2.5数字水印的概念 (7) 2.6数字水印的要素 (9) 2.7数字水印的优点 (10) 2.8数字水印的应用 (11) 2.8.1数字版权保护（DRM） (11) 2.8.2多媒体认证和篡改检测 (11) 2.8.3数字指纹和盗版追踪 (12) 2.8.4拷贝控制和访问控制 (12) 2.8.5广播监视 (12) 2.8.6商务交易中的票据防伪、电子印章 (12) 2.8.7隐蔽通信及其对抗 (13) 第三章常见的水印攻击方法 (14) 3.1基本攻击 (14) 3.2共谋攻击 (14) 3.3几何攻击 (14) 3.4马赛克攻击 (14) 3.5解释攻击(又称IBM攻击) (15) 3.6合法性攻击 (15) 第四章数字水印的算法 (16) 4.1空间域水印算法 (16) 4.2变换域水印算法 (16) 4.3 NEC算法该算法 (17) 4.4其他一些水印算法 (18) 4.5一个简单的数字水印算法 (19) 第五章总结与前景展望 (23) 总结 (23) 数字水印的未来 (23) 参考文献 (234)

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DCT的数字水印算法 阅读报告

《基于DCT的数字水印研究》 阅读报告 课程名称计算机视觉 姓名廖杰 学号M201372880 专业计算机技术 任课教师王天江 所在学院计算机科学与技术学院 报告提交日期2014-01-13

一．概要 提出了一种基于DCT变换的图像数字水印算法,重点解决了水印嵌入过程中不可见性和鲁棒性折衷问题。首先对原始图像进行分块并对各子块做DCT变换,接着将经过Torus置乱的水印图像嵌入到各子块的中频DCT系数中,通过选择适当的嵌入强度,可以得到较好的不可见性和鲁棒性。 二．概念综述 2.1 数字水印技术 数字水印技术(Digital Watermarking)是一种信息隐藏技术,它的基本思想是在数字图像、音频和视频等数字产品中嵌入秘密信息,以便保护数字产品的版权、证明产品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。其中的秘密信息可以是版权标志、用户序列号或者是产品相关信息。一般,它需要经过适当变换再嵌入到数字产品中,通常称变换后的秘密信息为数字水印(Digital Watermarking)。数字水印的嵌入不应影响原有数据内容的价值和使用,通常是不可见的或不能被人的感知系统察觉,且不会被常规处理操作去除。 2.2 数字水印系统的基本框架 一个典型的水印系统由嵌入器和检测器组成。嵌入器至少具有两个输入量:一个是原始信息,它通过适当变换后作为待嵌入的水印信号;另一个就是要在其中嵌入水印的载体作品。水印嵌入器的输出结果为含水印的载体作品,通常用于传输和转录。之后这件作品或另一件未经过这个嵌入器的作品可作为水印检测器的输出量。大多数检测器试图尽可能地判断出水印存在与否,若存在,则输出为所嵌入的水印信号。下图给出了数字水印处理系统基本框架的详细示意图。它可以定义为九元体(M,X,W,K,G,Em,At,D.Ex),分别定义如下: 1、M代表所有可能原始信息的集合。 2、X代表所要保护的数字产品x(或称为作品)的集合,即内容。 3、W代表所有可能水印信号w的集合。 4、K代表水印密钥k的集合。 5、G代表利用原始信息m、密钥K和原始数字产品x共同生成水印的算法,即 G:M*X*K->W,w=G(m,x,K)