数字图像课设数字水印Word文档格式.docx

1、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图像质量。不同的应用对数字水印的要求不尽相同, 一般认为数字水印应具有如下特点:安全性:数字水印中的信息应是安全的, 难以被篡改或伪造, 同时有较低的误检测率。只有被授权者能够检测、恢复和修改水印。能充分可靠地证明所有者对特定产品的所有权。隐形性:数字水印应是不可知觉的, 即数字水印的存在不应明显干扰被保护的数据, 不影响被保护数据的正常使用。密匙唯一性: 不同的水印密匙不应产生相同的水印, 即对于一种水印只有唯一的检测方法才能对其进行检测和抽取。稳健性（鲁棒性）:指水印算法有较强的抗攻击能力, 即水印信息经过一些常见的改

2、变后仍具有较好的可检测性。这些改变包括常见的图像处理、几何变换和几何失真等。自恢复性:即水印信息经过一些操作或变换后,可能会使原图产生较大的破坏, 如果仅从留下的片段数据便能恢复出水印信息, 而且恢复过程无须原始图像。具有上述特点的水印才是严格意义上的数字水印, 但由于对数字水印的定义尚未统一, 许多文献中讨论的数字水印并不具备上述特点, 或者仅具有部分上述特点。水印的生成：水印信号分为无意义水印信号和有意义水印信号两种。无意义水印信号的产生通常基于伪随机数发生器或混沌系统, 产生的水印信号往往需要进一步的变换以适应水印嵌入算法的需要。有意义水印信号包括二值图像、灰度图像和彩色图像等。有意义的

3、图像可以直接作为水印嵌入到载体数据中, 但是为了增强水印的安全性, 一般需要先对水印进行加密预处理, 处理的方法包括使用m序列进行扩频、对水印信号进行位分解、利用图像的置乱对水印进行预处理等。数字水印生成过程的一般流程如下：图1：水印生成水印提取：水印的提取与检测是一个在有噪信道中弱信号的检测问题, 最终目的在于判断水印信号是否存在或把水印提取出来。在对提取的水印和原始的水印进行判断和检测的过程中, 可以通过输出一个0- 1 决策来判断水印有无。设C 为相关检测函数, W 为原始水印, W* 为提取水印, K 为密钥, d 为决策阈值, 则有:水印提取与检测过程的一般流程图如下图2：水印提取2

4、.2数字水印常用算法早期人们对数字水印的研究基本上都是基于空域的。空域水印算法是通过改变载体图像某些像素点的强度值/灰度值来嵌入水印信息，这些算法相对简单，实用性较强。由于空域算法比较形象直观，容易理解，且具有对遭受攻击的时间和空间位置的定位能力，因此空域算法主要是脆弱水印或半脆弱水印算法，鲁棒性水印相对较少。空域水印算法中比较典型的算法是最低有效位（LSB）。最低有效位算法LSB（LeastSignificantBit），其基本思想是用水印信息直接代替数字图像的最低位，水印信息通常是二值比特序列。Tirkel等人最先提出了基于LSB的数字水印算法。这种算法的优点是嵌入过程与提取过程都很简单且

5、具有较好的不可见性和较大的信息隐藏量。但缺点也比较明显，由于最低有效位相对不重要，因此在其中嵌入的水印信息对噪声的抵抗能力差，而且易遭受攻击。与空域水印算法相比，随后发展起来的变换域水印算法更受青睐。变换域水印算法是通过改变变换域系数来嵌入水印信息。变换域水印算法相比空间域水印算法具有很多优点：在变换域中嵌入的水印信号能量可以分布到空间域的所有像素上，有利于保证水印的不可见性；可以更方便地将人类视觉系统（HVS）的某些特性结合到水印算法中；可与国际数据压缩标准（如JPEG2000和MPEG等）兼容，从而实现压缩域内的水印编码；鲁棒性比空域算法好，尤其对滤波、量化和压缩等攻击。实际上，变换域水印

6、算法就是首先利用相应的变换方法（DFT、DCT、DWT等）将数字图像的空间域数据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，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，但抗攻击能力强，很适合于数字作品保护的数字水印技术中。1996年Cox等人提出第一个变换域水印算法之后，其良好的性能备受关注，很多研究者开始研究不同变换域下的水印算法，包括离散傅里叶变换（DFT）、离散余弦变换（DCT）和离散小波变换（DWT）域等的数字水印算法。其实变换域

7、水印算法并不局限于这三种变换，只要某种信号变换形式能够很好地隐藏数字水印信息，就可以运用到数字水印系统中。离散傅里叶变换（DFT）是利用图像的DFT的相位信息嵌入水印的方法，是线性系统分析的有力工具；而DWT法是利用小波变换将图像进行多分辨率分解，选择适当的小波系数嵌入水印。离散余弦变换（DCT），任何连续的实对称函数的傅立叶变换中只含有余弦项，因此余弦变换与傅立叶变换一样有明确的物理意义，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。通过DCT变换，对空间域的信号进行取样，然后把它们变换成一个等同的频率域表示形式。M*N二维DCT定义如下其中x，y是采样域的空间坐标值，u，

8、v是变换域的坐标DCT反变换（IDCT）定义如下DCT是目前最常用的有损数字图像压缩系统。JPEG的核心与空域图像水印相比，DCT域图像水印鲁棒性更强且与常用的图像压缩标准JPEG兼容，因而得到广泛的重视。一个简化的基于DCT的水印系统，在正向DCT后嵌入水印信息，再进行反向DCT变换，得到含有水印的图像。水印的提取也是在正向DCT之后进行。DCT变换类型算法的关键问题在于它忽略了算法实现时造成的数据损失。在不对DCT系数进行任何扰动的时候，对其做DCT变换，再做反DCT变换，它的值将落在各点数值的附近，误差很小，做少许的处理即可还原成原始数据。2.3水印的嵌入算法设CI 是M *N 大小的原

9、始图像, SI 是水印图像大小为P *Q, M 和N 分别是P 和Q 的偶数倍。把水印SI 加载到图像CI 中, 算法分以下几步进行:（1） 分块将CI 分解为（ M/8） *（ N/8） 个8 * 8大小的方块BCIm, n ; 同时, 将SI 也分解为（ M/8） *（ N/8） 个方块BSIm, n , 1 =m =M/8, 1 =n|Q|;else|P|A t=block_dct1（1,3）; block_dct1（1,3）=block_dct1（3,1）; block_dct1（3,1）=t; if abs（block_dct1（1,3）block2 big = big+1; sma

10、ll = small+1; end if big A W（p,q）=1; W（p,q）=0;3.4 水印攻击算法Jpeg压缩攻击直接对图片进行压缩存储，即可实现。 中值滤波则使用medfilt2函数对RGB三值分别滤波，然后拼合成彩色图像的方式进行。 以下为密钥水印添加后攻击后提取效果：由图片分析可以得出结论，相对中值滤波，jpg压缩的攻击方法对与图片的攻击更为强大，但是通过与密钥的对比，都能完成水印的提取，并且可辨识度比较高。由图像对比可知，无密钥水印的鲁棒性相对较差，遭受攻击后提取的可辨识度不高，但辨识程度不受攻击种类影响，基本一致，而且无密钥水印方便提取，不一定必须有原图片，因此与密钥水

11、印可以说是各有优劣。四. 课程设计总结通过对数据的分析可以看出，鲁棒性与嵌入算法和提取算法有很大的关系，好的提取算法和嵌入算法可以大大提高水印的鲁棒性。对于中频系数的交换嵌入方法，不同的中频系数交换也能发现鲁棒性有所改变，将选取的（1,3）（3,1）换为（2,4）（4,2）后，再此进行攻击和提取，结果如下：图15：不受攻击水印提取图16：Jpg攻击后水印提取可以看出在更改的嵌入的中频系数后，鲁棒性大大降低，在收到攻击后基本不能识别水印，因此对于使用DCT中频系数的盲水印隐藏方法，系数的选择就显得尤为重要，靠近低频则容易被肉眼发现，靠近高频则容易被攻击。对于使用密钥提取的嵌入方法，嵌入的系数也显

12、得尤为重要，说明增加系数可以提高此种水印隐藏方法的鲁棒性，但此时的嵌入图像水印却已经可以被肉眼识别图18：大系数水印嵌入提取这说明对于系数的选择同样重要，太大或太小都不能取得好的效果，只有兼顾了鲁棒性和隐蔽性才能完成良好的水印嵌入。五. 设计体会本次课设中仔细学习了数字水印的嵌入方法及提取方法，同时也了解了图像的DCT变换，这些都是以前课本上没有学习过的知识。通过资料查阅和学习，初步掌握了matlab中DCT的分块变换，通过对图像矩阵的观察及计算，自己设计了水印提取的方法，提高了水印隐藏的鲁棒性，这是此次课设中最大的收获。通过本次课设的学习，也使得自己对于数字图像处理有了新的理解。对于数字图像

13、处理，不仅仅是一门单纯的学科，同时也对于日常的生活有很大的帮助，数字水印的嵌入及提取，不单单是一种算法，更是一种处理问题的思想。不但掌握了方法，还学习了一种解决问题的思路，这也是课设带给自己的一种提高。由于对理论不足，在课设过程中对于图像处理还是遇到了很大的麻烦，但是通过网络的查找和学习，不断了客服了各种小的问题了，加深了自己对数字图像处理这一学科的理解，深化了曾经学过的知识，同时也学习到了新的知识和算法，同样带给了我很大的收获。最后感谢老师的殷切指导以及同学们的帮助。六. 参考文献1 李永全 基于MATLAB 的DCT 域数字水印技术实现 信息技术 2005,4:66-712 付 炜, 邢广

14、忠 置换DCT域中频系数的盲水印嵌入算法研究 计算机应用研究 2007,24（3）：160-1623 康健鹏吴晓波MATLAB在数字水印中的应用 电脑开发与应用 2004,17（9）：26-274 王银花 基于MATLAB数字水印技术实现 XX学院学报 2009,3（9）：36-385 X卫东，寻洋洋，X助文 DCT水印算法及MATLAB仿真实现 中国科技论文在线 6 冯战申，贺勤，臧振戎 基于图像与处理的DCT数字水印算法及MATLAB实现 XX学院学报 2009，28（2）：90-947 徐宏伟 彩色图像数字水印的研究与实现 XX工业大学硕士学位论文8 X利田 彩色数字图像水印算法研究 XX航空航天大学硕士学位论文 9 佚名 基于DCT域自适应中频嵌入的数字水印算法10 冯新岗，周诠 基于DCT中频系数的信息隐藏技术 11 王金伟，戴跃伟，王执铨 一种置换DCT域中频系数的盲水印算法 XX理工大学学报 2005,10（29）：9-1312 蔚立磊, 王俊飞, 李新锋 基于小波变换的数字水印及Matlab 仿真实现信息技术 2009,6:77-8013 王潇 利用MATLAB 对彩色图像进行低通滤波 中国集成电路 2006,4:40-41课程设计成绩评定表设计上机验收成绩表XX学号课题名称序号验收项目分值得分1设计内容合理、目的明确