密钥分存的数字水印算法设计方案

燕山大学

毕业设计<论文）基于密钥分存的数字水印算法设计

学院里仁学院

年级专业03级电子信息工程

学生姓名李何建

指导教师许成谦

专业负责人练秋生

答辩日期 2007年6月24日

燕山大学毕业设计<论文）任务书

学院：信息科学与工程学院系级教案单位：电子与通信工程

摘要

近年来随着计算机技术的飞跃发展和数字媒体存储与传输技术的进步，数字媒体的版权保护正受到日益严重的挑战，在这种情况下，一种新的版权保护、信息隐藏、证件防伪技术—数字水印技术蓬勃发展起来。

数字水印技术是永久镶嵌在数字媒体中具有可鉴别性的数字信号，并且不影响数字媒体的可用性。该技术是往数字媒体或图象中添加一定量的信息，在对原始数据作微小修改之下使之具有版权保护或者信息隐藏、防伪的功能。首先，本文提出了几种数字水印的算法：包括离散余弦变换、傅立叶变换以及离散小波变换。着重说明了离散余弦变换的具体实现过程，包括水印的嵌入和提取以及抗攻击性的测试过程。

然后，提出了一种基于中国剩余定理的数字水印分存算法。即Asmuth-Bloom体系，将密钥分存的思想引入到数字水印中，实现了基于部分内容提取水印的算法，它具有很好的性能：算法隐藏效果好，凭借肉眼无法看出与原图像的差别；恢复水印时不需要原始图像；在图像受到损坏的情况下，仍可以恢复水印信包具有很好的安全性；水印的提取受到口令限制。实验结果表明，基于密钥分存的数字水印方案更加有利于水印抵抗攻击的特性，起到了二次加密的作用。

关键词：数字水印；离散余弦变换

Abstract

With the development of computer technology and the advancement of digital media storage and transmission, it is a serious challenge to protect the copyright of digital media. As a result, Watermarking, standing for a new technology of copyright protection, information hiding, and forgery preventionis developed quickly.

Digital Watermarking is a digital signal which is embed into digital media can be detected correctly without affecting the normal use of the digital media. The digital media is endowed with the function of copyright protection and information hiding and anti-counterfeiting printing by embedding a little information into it.First, this article proposed several kind of digitalwatermarks algorithm: Including the separate cosine transformation,Fourier transform as well as the separate wavelet transformation. Hasemphasized the separate cosine transformation concrete realizationprocess, inserts and withdraws as well as the anti- aggressive testprocess including the watermark.

Then, proposed one kind saves the algorithm based on the Chinesesurplus theorem digital watermark minute. Namely the Asmuth-Bloomsystem, the thought which saves the key minute introduces in thedigital watermark, realized has withdrawn the watermark based on thepartial contents the algorithm, it had the very good performance: Thealgorithm hideaway effect is good, relies on the naked eye to beunable to see with the original map picture difference。Restores whenthe watermark does not need the primitive picture。 Received the damagein the picture in the situation, still was allowed to restore thewater official seal package to have the very good security。Thewatermark withdraws is restricted password. The experimental resultindicated, saves the digital watermark plan based on the key minute tobe more advantageous to the watermark resistance attackcharacteristic, played the role which two time encrypted.

Keywords:Digital watermark。separate cosine transformation (DCT>。Chinese surplustheorem。 Asmuth-Bloom system.

目录

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1课题背景1

1.2研究现状2

1.3论文研究方向3

第2章数字水印技术5

2.1数字水印技术5

2.2数字水印分类7

2.3数字水印的特性9

2.4数字水印的应用领域10

2.5数字水印基本框架11

第3章数字水印实现算法13

3.1典型数字水印算法13

3.2离散余弦变换14

3.3基于离散余弦变换的水印的嵌入和提取16

3.3.1水印的选择17

3.3.2视觉模型的选择17

3.3.3中频系数的选择18

3.3.4水印的嵌入18

3.3.5水印检测19

3.4数字水印抗攻击性测试20

3.4.1均方差MSE

3.4.2信噪比SNR

3.4.3峰值信噪比PSNR

3.4.4掩膜峰值信噪比MPSNR22

3.4.5相似性系数NC系数

第4章基于密钥分存的数字水印算法25

4.1引言25

4.2密钥分存原理25

4.2.1S HAMIR基于拉格朗日差值公式的办法26

4.2.2基于中国剩余定理的方案26

4.3数字水印分存、提取步骤27

4.3.1数字水印分存27

4.3.2数字水印嵌入和提取28

4.4实验结果28

结论30

参考文献31

附录132

附录235

附录338

致谢53

第1章绪论

1.1课题背景

近年来计算机技术飞跃发展，互联网络延伸到全球的每一个角落，数字化图像、数字化音乐、数字化视频……数字技术已融入我们生活的每一天。随着数字媒体存储与传输技术的进步，携带与分发数字媒体变得愈发容易，尤其是最近几年，伴随着因特网技术的盛行，网络带宽的不断增加，在全球范围内，交换数字媒体已成为广泛的现象，人们对数字媒体的需求正以令人吃惊的速度增长，操作数字媒体的工具亦迅猛增加。所有这些技术进步与巨大的需求使得数字媒体的合法使用成了一个非常严峻的问题，尤其是在目前人们的知识产权意识比较薄弱的情况下，知识产权的保护就更加变得脆弱不堪。保护数字媒体的知识产权，仅仅靠注册其所有权已无法有效保护作者的合法权益。不法分子的随意拷贝、任意发布，甚至以出售盗版来牟取暴利的行为，对作者的权益造成了极大的伤害。数字媒体的版权保护和来源认证成了在开放的网络环境下迫切需要解决的问题之一。

对数字媒体的版权保护，人们首先想到了信息安全领域的传统技术—密码技术。为了防止数据在传递过程中被别人窃听或修改，对数据进行加密，加密后的数据称为密文，这样即使别人窃取了传输中的数据<密文），由于没有密钥而无法将之还原成明文<未经加密数据），从而保证了数据的安全性，接收方因拥有正确的密匙，可将密文还原成正确的明文。加密技术多种多样，但总体来说可以分为私有密钥加密和公有密钥加密。

私有密钥加密系统使用私有密钥进行加密和解密。该密钥必须为发送者和接收者所共享。若甲要向乙发送一个加密邮件，甲用密钥将邮件信息加密，乙收到邮件后，须用同样的密钥将邮件信息解密。该方法的缺点：接收双方必须拥有同样的密钥，这要求要有一种安全的协议来保证密钥传送的可靠。有紧急的加密消息需要发送时，可能因接收方没有密钥而不能完成传送，若要将消息发给许多不同的团体，就需要与各个团体对应，维护许多不同的密钥。造成了密钥维护的负担，增加了不必要的额外工作。

公共密钥加密不需要信息的发送者和接收者都知道对方的密钥，就能访问该加密信息。公共密钥加密系统使用公共密钥和私有密钥对来加密和解密信息。其思想是：用公共密钥加密的信息只能用与之对应的私有密钥解开，而用私有密钥加密的信息，任何拥有与之对应的公共密钥的人均可解开。因此，私有密钥总是由个人保管而无须外传，公共密钥则可授权给他人使用而不会破坏安全性，公共密钥和私有密钥之间永远存在着一对一的关系。具体地讲，若信息是用接收方的公共密钥加密的，则只有拥有与该公共密钥对应的私有密钥的人才可解密。若信息是用发送方的私有密钥加密的，则任何拥有发送方公共密钥的接收者都可以对信息进行解密。

传统的加密方法对多媒体内容的保护和完整性认证也具有一定的局限性。首先，加密方法只用在通信的信道中，一旦被解密，则信息就完全变成明文。另外，密码学中的完整性认证是通过数字签名方式实现的，它并不是直接嵌到多媒体信息之中，因此无法察觉信息在经过加密系统之后的再次传播与内容的改变。这样，数字水印技术作为加密技术的补充，在多媒体信息的版权保护与完整性认证方面得到了迅猛的发展。数字水印是新近提出的一种版权保护手段。它是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性把版权信息嵌入在数字作品本身，从而起到保护数字作品版权的一种技术。数字水印可以标识和验证出数字化图像，视频和声频记录的作者、所有者、发行者或授权消费者的信息，还可追溯数字作品的非法分发，是目前进行数字作品版权保护的一种较为有效的技术手段。

1.2 研究现状

自Schyndel在1994 年提出基于LSB 的水印算法以来，数字水印领域涌现出大量的水印嵌入和检测方法。这些方法大致可以分为空间域方法和变换域方法两种。其中，变换域算法需要先对源数据进行一个变换，然后在变换域中完成水印的嵌入和检测，因而往往会需要较大的运算量。但是，由于压缩、滤波等图像处理的过程经常也是在变换域完成，如果处理的过程和水印信号嵌入使用相同的变换域,那么这些处理对数字水印的影响将可以被大大地降低。例如，将图像进行DCT变换后再在变换域嵌入水印，就可以提高水印系统抵抗JPEG压缩处理的能力。因此，选择一个合适的变换操作，然后在该变换域嵌入水印，则可以提高水印嵌入系统的鲁棒性。目前，数字水印的研究从结构层次上可分为基础理论研究、应用基础研究和应用技术研究3个层次：①基础理论研究：主要针对感知理论、

信息隐藏及其数字水印模型、理论框架等；②应用基础研究：主要方向是针对声音、图像和视频等多媒体信号，研究相应的数字水印隐藏算法和检测算法，以及能够抵抗仿射变换、滤波、重采样、色彩抖动和有损压缩的鲁棒的数字水印技术；③应用技术研究：以实用化为主要目的，研究各种多媒体格式的数字水印算法。目前，虽有一些研究算法和技术可以抵抗常见的噪声干扰、JPEG 有损压缩等，但对于抵抗剪切、缩放、旋转、最新的JPEG 2000 压缩标准及A/D、D/A变换等处理和攻击却很少，尤其是不能抵抗信号处理和几何变换的联合攻击。在进一步的应用中，迫切需要可以抵抗旋转、缩放和平移的数字水印技术以及不需要原图像的盲检测，需要检测出的水印有数字、二值图、灰度图和彩色图，这些构成了第2代数字水印技术。根据数字水印技术的不可感知性和鲁棒性等特点，数字水印会在更为广阔的领域得到新的应用，如在印刷防伪中的应用。当然，这需要研究更为鲁棒的数字水印技术。在技术上除要满足第1、第2 代数字水印技术的特性外，还需要抵抗A/D和D/A变换、非线性量化、色彩失真、仿射变换和投影变换等攻击，且必须与打印扫描原理或印刷原理及工艺相结合。这在理论上和算法设计上都提出了更富有挑战性的课题。总的说来，水印技术的研究已经取得了相当的成绩，但是在水印技术进一步的研究和应用方面(本文关心的是图片资产版权保护这一特定应用>还有很多的路要走。首先，目前对于显式水印的研究是水印技术一个比较劣势的领域。另外，水印技术的研究应该和相关技术的研究保持紧密的联系，对于图片资产的水印技术而言，应该充分借鉴目前图片处理中用到的技术，例如小波分析的使用等。

1.3 论文研究方向

数字水印技术的发展为解决数字作品的侵权问题提供了一个有效的解决途径。虽然数字水印并不能直接防止数字作品的非法复制，但可以成为指证非法复制的证据。按照水印的嵌入方法可以将水印分为两类：空间域水印和变换域水印。空间域方法通过改变载体信息的空间域特性来隐藏水印。最低有效位方法(LSB>，是其中最具代表性的一种-其原理就是通过修改表示数字图像颜色(或者颜色分量>的较低位平面，一般对于图像来说，最低两比特位的修改不会给人的视觉造成很强的修改感觉。变换域方法通过改变数据(主要指图像、音频、视频等变换域的一些系数来隐藏水印，它在图像变换域改变数据，再进行反变换得到嵌入水印后的图像，基于变换

域的数字水印算法主要有：离散余弦变换、离散傅立叶变换和离散小波变换等。

本文提出了一种基于阿斯木斯-布隆份信息才可以恢复原始水印，水印提取时不需要原始图像。

第2章数字水印技术

2.1 数字水印技术

虽然加密技术层出不穷，但是其加密原理和解密方式基本未变，密码技术所能提供的保护作用是非常有限的、不完全的。因为数据被加密成密文后，其内容就会变的杂乱无章，这将引起公用网络上拦截者的兴趣，并激发他们破解密文的热情，以此来显示自己的才能。计算机技术的飞速发展为他们提供了良好的工具，网络的延伸则给他们创造了宽阔的平台，使得他们破译密码的能力越来越强。常规加密技术的安全性受到了极大挑战，仅通过增加密钥的长度，以此提升加、解密系统的可靠性已不再是行之有效的方法。在这种情况下，几乎所有的数据加密技术都一样处于危机边缘，并且密码一旦被破解，其保护作用也就随着密码的破解而完全消失，任何人都可以毫无障碍的取得和分发机密文件。数字签名虽然能用于保护电子文件的真实性、完整性，防止伪造、抵赖和冒充，但由于数字签名需要专业的机构来维护，同时在数字媒体中对签名的需求量会很大，因而数字签名对多媒体的保护就显得不完全，也不方便。正因为传统加密技术的以上缺点，造成了越来越多的数字媒体的版权被肆意侵犯，知识产权得不到有效的保护。

近年来，国际上开始提出并尝试一种新的关于信息安全的概念，即将机密资料隐藏到一般的文件中，然后再通过网络来传递，由于非法拦截者从网络上拦截下来的是伪装后的资料，它们看起来与一般非机密资料没有两样，因而十分容易逃过拦截者的破解。其道理如同生物学上的保护色，巧妙地将自己伪装隐藏于环境中，免于被天敌发现而遭受攻击。这一点是常规加/解密系统所欠缺的，也是信息伪装最基本的原理。所谓信息伪装又称为信息隐藏，即将机密资料秘密地隐藏于另一非机密文件内容中，其形式可为任何一种数字媒体，如图像、声音、视频或一般的文档等等，其首要目标是隐藏性要好，即要使加入隐藏信息的目标媒体产生最小的可见性降质，使人无法看到或听到隐藏的数据，达到令人难以察觉的目的，以此实现机密资料的安全传输。信息隐藏技术极大地缩小了隐藏数据的危险性。首先除非作者本人，别人根本不会知道数据中藏有信息，因此就不会激发其他人的兴趣去破译其中的信息,其次，即使藏身的载体数据被破坏，所导致的结果就是使隐藏于其中的信息亦随着载体数据的被破坏而消

失，隐藏于其中的信息也就不会流传开来。

信息隐藏与传统的加密技术有着本质上的区别：传统的加密技术是通过限制用户对数据的访问而实现其安全目的，而信息隐藏不限制用户正常地使用数据资料，相反它鼓励正常地使用携带了信息的数据资料。信息隐藏的目的是保证所隐藏的数据不被侵犯和非法重现。另外信息隐藏必须考虑隐藏的信息在经历各种环境、操作之后而免遭破坏的能力。在图像传递过程中，机密资料若是在非法拦截者破解的过程中消失，则机密资料可以说是安全的，倘若机密资料是在正常的处理过程中消失，则机密资料的传递算是失败的、无效的，必须重新传递。一般的多媒体形式的文件，其信息量都非常大，为了节省传递时间，在传递之前都会将传递的信息资料进行压缩处理。因此信息隐藏还必须考虑诸如图像压缩等多种非恶意操作所带来的威胁，使机密资料对正常的有损压缩技术等操作具有免疫能力。这种免疫力的关键是要使隐藏资料的信息不易被有损压缩破坏，也不易被常用的信号变换操作破坏。信息隐藏的数据量与隐藏的免疫力互相矛盾，不存在一种完全满足这两种要求的方法。通常只能根据需求的不同有所侧重，采取某种妥协。从这一点来看，实现真正有效的数据隐藏的难度很大，因而十分具有挑战性。

数字水印技术正是这样一种信息隐藏技术，但又与之不完全相同。数字水印技术不但可以用于数字媒体的版权保护，而且还可以用于保密通信、商品证件防伪等多种应用领域，实现在开放的网络环境中安全的进行信息传输。数字水印是永久镶嵌在其他数据<宿主数据）中具有可鉴别性的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性。数字水印技术往数字媒体中添加一定量信息，在对原数据作微小修改之下使之具有版权保护或者信息隐藏功能。从嵌入水印的数字媒体中检测或者提取出一定的信息，实现跟踪和鉴别标识作品的所有权、数据的授权使用认证等功能。例如数字水印技术用于数字作品的版权保护时，为保证作品的使用不受版权保护要求的影响，就必须将版权信息或其他标志版权的信息隐形地嵌入到数据中，这是传统数据加密技术无法处理的。同样，根据需要可将这样类似的信息嵌入到数字媒体中，再将其印刷输出，则可形成数字水印防伪标签，由于这样的标签可以防伪造，但不能防复印拷贝，就必须将数字水印技术与其他的防拷贝技术复合，复合后的防伪标签将可以以低成本的优势应用于各种大小商品的防伪。

数字水印技术应用的另外一个领域是保密通信，将机密文件信息当成水印，添加到数字媒体中，由于对数字媒体的改动量微乎其微，而且添加水印后不影响数字媒体的使用，因此对破解者来说将很难分辨是否在数字媒体中存在密文信息，而且在水印添加过程中将采用多种处理方式，比如对水印进行伪随机化处理，对嵌入水印的位置进行伪随机化处理等，以保证水印的不可被攻击性，实现信息的安全隐藏和传输。若首先对要添加的机密信息进行加密处理，将使得破解难度更加增大。

2.2 数字水印分类

数字水印的分类方式有多种：

一、数字水印按照嵌入方式可分为空域水印和频率域水印。直接在空域中对采样点的幅度值进行改变，嵌入水印信息的称为空域水印；对空域数据进行频率变换，然后对频率域中的系数进行改变并嵌入水印信息，之后进行反变换得到嵌入水印后的空域数据称为频率域水印。

二、数字水印按照可见性可分为可见水印和不可见水印。对于可见水印，就如同货币上的有形图案，我们可以通过感觉器官感知；而不可见水印，是指无法直接感知，但又确实存在的东西，我们可以通过特定的方法进行某种处理之后感觉到，如货币上的隐形水印，需借助紫外线的照射才能看见。

三、数字水印按照其作用可分为鲁棒水印和脆弱水印。前者主要应用于数字作品中标志著作版权信息，需要嵌入的水印能够抵抗常见的编辑处理和有损压缩；后者主要用于完整性保护，判断信号是否被篡改。

四、数字水印按照其载体的不同可分为图像水印、视频水印、音频水印、文本水印等。

五、数字水印按照水印的检测方法可分为明水印和盲水印。在检测过程中需要原始数据的水印技术称为明水印，其鲁棒性较强；在检测过程中不需要原始数据的技术称为盲水印。

数字水印的分类多种多样，但不管是那种数字水印，通常都具有以下一些特性：

不可见性。水印应该是视觉上不可见的，即它的存在不应该使原始图像视觉质量发生变化或影响原始图像的视觉效果。水印在通常的感知条件下不被感觉，原始图像发生的变动和失真低于可感知的门限。

稳健性。水印图像经过一些常见的改变后，水印仍具有较好的可检测

性。这些改变包括图像处理中的数据压缩、低通滤波、图像增强、二次抽样、二次量化A/D、D/A 转换等，以及裁剪、尺度拉伸、平移、旋转、扭曲等几何变换。

低复杂性。算法实现容易，甚至在某些场合，要求水印算法满足实时性的要求。

秘密性。嵌入过程是秘密的，水印在统计上是不可检测的，对于通过改变水印图像来消除和破坏水印的企图，水印应该保持存在直到图像已严重失真而丧失使用价值。

安全性。数字水印系统使用一个或多个密钥来确保安全，防止修改和擦除水印。信息被隐藏在多媒体内容中，并不因文件格式转换而丢失，且未经授权者不能检测出水印。

正确解决所有权的死锁问题。即水印用来作为所有权的证明时，应能给判断所有权提供唯一性的证据。

与数字水印在互联网中的应用相比，数字水印技术应用于印刷或打印具有一些特殊的特点。从技术的角度来讲，设计软件和算法时，需要使水印具有更好的鲁棒性和抗攻击性，抵抗A/D、D/A 转换，应用于印刷的数字水印好需要满足一些特殊的性质：

视觉不可见性。即人眼在视觉上察觉不出有隐藏的水印，同时它不影响原有印刷品的视觉质量。利用软件将数字水印嵌入到数字图像中，在网络上流通时，容易满足视觉不可见性；而用于印刷防伪，此特性表现在采用打印或印刷设备时，在各种分辨率下加入的水印，不能因分辨率的降低或升高而使水印显现。

机读性。检测方式为机读方式，既可以采用简便的专用仪器或普通扫描仪加上软件完成水印的检测，也可以根据需要配合数据库的支持和网络进行认证。

抵抗非线性的变换。所设计的数字水印算法实现软件必须能抵A/D和D/A 转换，即通过计算机加入数字水印，并将含有水印的图像进行打印或印刷输出。经过流通后图像经过光电检测输入到计算机内，这其中包括非线性的量化失真和空间混叠。

抵抗旋转、缩放和剪切在印刷品产生过程中，要产生缩放等比例变化。在检测过程中，由于印刷品摆放的位置不正，也可能产生旋转和剪切变化。

抵抗色彩变换和文件格式变换。在A/D和D/A转化过程中，数字水印算法需抵抗伽玛矫正和色彩失真。打印和印刷的图像在再流通过程中，由于印刷品的老化也会产生色彩失真。文件格式变换也是经常遇到的，如BMP、TIFF、CYMK等的格式切换。

数字水印的不可见性和稳健性，是互相冲突的。要提高数字水印的稳健性就需要加大水印嵌入强度，增加水印嵌入容量，但同时可能导致水印的不可见性降低。事实上，数字水印的一个基本问题就是要在这两者之间达成一个好的平衡。数字水印的早期研究集中于隐形性上，而没有考虑稳健性要求。最近大量工作都集中在设计一个稳健的水印方案。各种视觉模型也被用到，以达到两个基本要求之间的最佳平衡。

2.3 数字水印的特性

数字水印的特性如下：

<1）透明性：对于以模拟方式存储和分发的信息(如电视节目>，或是以物理形式存储的信息(如报刊、杂志>，用可见的标志就足以表明其所有权。但在数字方式下，标志信息极易被修改或擦除。因此应根据多媒体信息的类型和几何特性，利用用户提供的密钥将水印隐藏到一系列随机产生的位置中，使人无法察觉。

<2）鲁棒性：水印必须对一般的信号处理操作(如滤波、平滑、增强和有失真压缩等>、删除攻击和迷惑攻击等具有鲁棒性。除非对数字水印具有足够的先验知识，任何破坏和消除水印的企图都将严重破坏多媒体信息的质量。

<3）不可检测性：包括两方面的含义：①水印信息与原始载体数据具有一致的特性，使攻击者无法通过信息分析手段判断多媒体数据中是否存在水印；②水印信息本身具有不可统计性，避免攻击者通过统计多个多媒体数据进而分析存在的相似性来进行攻击。

<4）安全性：指水印嵌入算法具有较强的抵抗攻击的能力，能够承受一定程度的人为攻击而使水印不会被破坏。

<5）自恢复性：经过一些操作或者变换之后，可能会使原始载体数据产生较大的破坏，如果从留下的片断数据能够恢复信号，就是所谓的自恢复性。

2.4 数字水印的应用领域

多媒体技术的飞速发展和Internet 的普及带来了一系列政治、经济、军事和文化问题，产生了许多新的研究热点，以下几个引起普遍关注的问题构成了数字水印的研究背景。

<1）数字作品的知识产权保护数字作品(如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频和三维动画> 的版权保护是当前的热点问题。由于数字作品的拷贝或修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。数字水印利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。目前，用于版权保护的数字水印技术已经进入了初步实用化阶段，IBM 公司在其“数字图书馆”软件中就提供了数字水印功能，Adobe 公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。然而实事求是地说，目前市场上的数字水印产品在技术上还不成熟，很容易被破坏或破解，距离真正的实用还有很长的路要走。

<2）商务交易中的票据防伪随着高质量图像输入输出设备的发展，特别是精度超过1200 dpi 的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其它票据的伪造变得更加容易。据美国官方报道，仅在1997 年截获的价值4000 万美元的假钞中，用高精度彩色打印机制造的小面额假钞就占19 %，这个数字是1995 年的9.05 倍。目前，美国、日本以及荷兰都已开始研究用于票据防伪的数字水印技术。其中麻省理工学院媒体实验室受美国财政部委托，已经开始研究在彩色打印机、复印机输出的每幅图像中加入惟一的不可见的数字水印，在需要时可以实时地从扫描票据中判断水印的有无，快速辨识真伪。另一方面，在从传统商务向电子商务转化的过程中，会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。即使在网络安全技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的证标志，从而大大增加了伪造的难度。

<3）声像数据的隐藏标识和篡改提示数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值，如遥感图像的拍摄日期、经纬度等。没有标识信息的数据有时甚至无法使用，但直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原始文件上是

看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所采用。此外，数据的篡改提示也是一项很重要的工作。现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到“移花接木”而不为人知，因此，如何防范对图像、录音和录像数据的篡改攻击是重要的研究课题。基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径，通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。

<4）隐蔽通信及其对抗数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战,尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。网络情报战是信息战的重要组成部分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。迄今为止，学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思维模式，然而，经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的视/听觉冗余，可以进行各种时<空）域和变换域的信息隐藏，从而实现隐蔽通信.

2.5 数字水印基本框架

一般来说，对图像添加水印分为两部分来进行：数字水印的嵌入数字水印的提取。

一、数字水印的嵌入。该过程的一般表示过程如图2-1所示：图像S，水印W和密钥Password <通常作为伪随机发生器的种子），嵌入过程相当于一种映射：S W P→Sw。

图2-1 嵌入数字水印基本框架

二、数字水印的提取。该过程的一般表示过程如图2-2所示：提取过程中要么完全提取出嵌入其中的数字水印，要么给出其含有所嵌入水印的可能性有多大。图像Sw，水印W和密钥Password<通常作为伪随机发生器的种子），提取过程相当于一种映射：Sw W P→<有无水印判断

Wr）。

图2-2 提取数字水印基本框架

第3章数字水印实现算法

3.1 典型数字水印算法

近年来，数字水印技术研究取得了很大的进步，下面对一些典型的算法进行了分析，除特别指明外，这些算法主要针对图像数据(某些算法也适合视频和音频数据>。

<1）空域算法该类算法中典型的水印算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位(least significant bits，LSB> 上，这可保证嵌入的水印是不可见的。但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易为滤波、图像量化和几何变形等操作破坏。另外一个常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。

Patchwork算法方法是随机选择N对像素点(>，然后将每个点的亮度

值加1，每个点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。适当地调整参数Patchwork 方法对JPEG 压缩、FIR 滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，但该方法嵌入的信息量有限。为了嵌入更多的水印信息，可以将图像分块，然后对每一个图像块进行嵌入操作。

<2）频域算法该类算法中，大部分水印算法采用了扩展频谱通信(spread spectrum communication>技术。算法实现过程为：先计算图像的离散余弦变换(DCT>，然后将水印叠加到DCT 域中幅值最大的前ｋ系数上(不包括直流分量>，通常为图像的低频分量。若DCT 系数的前k个最大分

量表示为，水印是服从高斯分布的随机实数序列

,那么水印的嵌入算法为，其中常数a为尺度因子，控制水印添加的强度。然后用新的系数做反变换得到水印图像I。解码函数则分别计算原始图像I 和水印图像I*的离散余弦变换，并提取嵌入的水印W*，再做相关检验以确定水印的存在与否。该方法即使当水印图像经过一些通用的几何变形和信号处理操作而产生比较明显的变形后仍然能够提取出一个可信赖的水印拷贝。一个简单改进是不将水印嵌入到DCT 域的低频分量上，而是嵌入到中频分量上以调节水印的顽健性与不可见性之间的矛盾。另外，还可以将数字图像的空间域数据通过离散傅里叶变换(DFT>或离散小波变换(DWT>转化为相应的频域系数；其次，根据待隐藏的信息类型，对其进行适当编码或变形；再次，根据隐藏信息量的大小和其相应的安全目标，选择某些类型的频域系数序列(如高频

或中频或低频>；再次，确定某种规则或算法，用待隐藏的信息的相应数据去修改前面选定的频域系数序列；最后，将数字图像的频域系数经相应的反变换转化为空间域数据。该类算法的隐藏和提取信息操作复杂，隐藏信息量不能很大，但抗攻击能力强，很适合于数字作品版权保护的数字水印技术中。

本文将要用到的水印算法是离散余弦变换

3.2 离散余弦变换

离散傅立叶变换虽然具有很多优点，得到了广泛的应用，但其缺点也很明显，如傅立叶变换需要计算的是复数而不是实数，计算量大，耗费时间多。如果采用离散余弦变换即可避免复数运算，减少计算量和时间耗费。

一维离散余弦正变换的定义如下：

(3-1>

(3-2>

其中为第u个余弦变换系数，μ为广义频率变量，μ=1,2,3…N-1,为时域中N点序列， x=1,2,3…N-1

一维离散余弦反变换定义如下：

(3-3> 对于二维离散余弦变换，定义的表达式如下：

(3-4>

(3-5>

(3-6>

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)