【正文】 有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究方向。 在數(shù)字水印技術(shù)中，水印的數(shù)據(jù) 量和魯棒性構(gòu)成了一對基本矛盾。從主觀上講，理想的水印算法應(yīng)該既能隱藏大量數(shù)據(jù)，又可以抗各種信道噪聲和信號變形。然而在實(shí)際中，這兩個指標(biāo)往往不能同時實(shí)現(xiàn)，不過這并不會影響數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用，因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用一般只偏重其中的一個方面。如果是為了隱蔽通信，數(shù)據(jù)量顯然是最重要的，由于通信方式極為隱蔽，遭遇敵方篡改攻擊的可能性很小，因而對魯棒性要求不高。但對保證數(shù)據(jù)安全來說，情況恰恰相反，各種保密的數(shù)據(jù)隨時面臨著被盜取和篡改的危險，所以魯棒性是十分重要的，此時，隱藏數(shù)據(jù)量的要求居于次要地位。 數(shù)字水印技術(shù)是通過一定的算法 將一些標(biāo)志性信息直接嵌到多媒體內(nèi)容當(dāng)中，但不影響原內(nèi)容的價值和使用，并且不能被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到。水印信息可以是作者的序列號、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等，可用來識別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發(fā)行人、合法使用人對數(shù)字產(chǎn)品的擁有權(quán)。 與加密技術(shù)不同，數(shù)字水印技術(shù)并不能阻止盜版活動的發(fā)生，但它可以判別對象是否受到保護(hù)，監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別和非法拷貝、解決版權(quán)糾紛并為法庭提供證據(jù)。總的來說，數(shù)字水印可以攜帶有版權(quán)保護(hù)信息和認(rèn)證信息，保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的合法拷貝和傳播。 沈陽理工大學(xué)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計 2 2 課程設(shè)計要求 利用所學(xué)的數(shù)字圖像處理技術(shù)，建立并實(shí)現(xiàn)基于 DCT 的數(shù)字水印加密系統(tǒng)，利用MATLAB 軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)水印的嵌入和提取，并對算法的不可見性、魯棒性進(jìn)行測試。 具體要求： （ 1）熟悉和掌握 MATLAB 程序設(shè)計方法； （ 2）學(xué)習(xí)和熟悉 MATLAB 圖像處理工具箱； （ 3）學(xué)會運(yùn)用 MATLAB 工具箱對圖像進(jìn)行處理和分析； （ 4）能對圖像 jpg 格式進(jìn)行打開、保存、另存、退出等功能操作； （ 5）利用所學(xué)數(shù)字圖像處理技術(shù)知識、 MATLAB 軟件對圖像進(jìn)行水印的嵌入和提取 ； （ 6）在程序開發(fā)時，清楚主要實(shí)現(xiàn)函數(shù)目的和作用，需要在程序書寫時做適當(dāng)注釋說明，理解每一句函數(shù)的具體意義和使用范圍； （ 7）每個程序都必須做到功能仿真成功，運(yùn)行結(jié)果以圖片的形式粘貼到報告中。 沈陽理工大學(xué)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計 3 3 數(shù)字水印技術(shù)基本原理 數(shù)字水印基本框架 一個數(shù)字水印系統(tǒng)一般包括三個基本方面：水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或檢測。數(shù)字水印的嵌入和提取的一般過程基本框架如圖 ，圖 所示。 圖 水印嵌入的 一般過程基本框架 圖 水印檢測的一般過程基本框架 算法分類 根據(jù)水印實(shí)現(xiàn)方法不同，數(shù)字水印可分為空（時）域數(shù)字水印和頻域數(shù)字水印。 空域數(shù)字水印是直接在信號空間上疊加水印信號，而頻域法加入數(shù)字水印的原理是首先將原始信號（語音一維信號、圖像二維信號）變換到頻域，常用的變換一般有 DWT、DCT、 DFT、 WP 和分形。然后，對加入了水印信息的信號進(jìn)行頻域反變換（ IDWT、 IDCT、DFT、 WP），得到含有水印信息的信號。 頻域法檢測水印的原理 是將原始信號與待檢測信號同時進(jìn)行變換域變換，比較兩者的區(qū)別，進(jìn)行嵌入水印的逆運(yùn)算，得出水印信息。如果是可讀的水印，那么就此結(jié)束，如果是不可讀水印，如高斯噪聲，就將得出的水印與已知水印作比較，由相關(guān)性判斷，待檢測信號含不含水印，故水印的檢測有兩個結(jié)束點(diǎn)。 頻域法有以下優(yōu)點(diǎn)：嵌入的水印信號能量可以分布到空域的所有像素上，有利于保證水印的不可見性；視覺系統(tǒng)（ HVS）的某些特性（如頻率的掩蔽特性）可以更方便地結(jié)合到水印編碼過程中；頻域法可與國際數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容，從而實(shí)現(xiàn)在壓縮域水印生成算法 (G) 數(shù)字水?。?W） 原始載體數(shù)據(jù) (J) 水印嵌入算法（ E） 私鑰 /公鑰 (K) 嵌入水印后的數(shù)據(jù)（ IW） 待檢測數(shù)據(jù) (IW) 水印檢測算法（ D） 私鑰 /公鑰 (K) 估計水印（ W） /相似度檢測（ Sim） 數(shù)字水印 (W)/原始數(shù)據(jù)（ I） 沈陽理工大學(xué)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計 4 （ pressed domain） 內(nèi)的水印編碼。 DCT法 對原始信號做 DCT 的算法： Cox 和 Piva 等人提出的 DCT 技術(shù)的經(jīng)典之作。 Cox 利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)序列作為水印信息對圖像進(jìn)行整體 DCT 變換后，選取除去 DC 系數(shù)之外部分較低頻率系數(shù)疊加水印信息 。Piva 則修改整幅圖像的中頻部分。 對原始信號分塊后，再作 DCT 的算法： Hsu 和 Wu 把圖像進(jìn)行 8*8 分塊，將一個二進(jìn)制序列作為水印放入 DCT 的中頻區(qū)；有些學(xué)者則計算整個圖像的 DCT，把一個實(shí)數(shù)序列嵌入 DCT 的中頻系數(shù)上。選擇中頻區(qū)的好處是一方面盡量減少嵌入信息對圖像主觀 視覺的影響；同時，盡量避免有損壓縮對水印信息可能帶來的損失。 還有一種 DCT 方法就是把水印信息嵌入到高頻系數(shù)上，但是采用這種方法，抗壓縮性非常差。 其他方法 其它變換域還有 Fouriermellin 域、 Fourier 變換域、分形或 WP（ Wavelet Package）等。 以上的變換域算法計算量都非常大，編程實(shí)現(xiàn)這些變換和逆變換也需要好好下一番功夫，由此造成研究人員把大量的時間和精力浪費(fèi)在與水印算法研究無關(guān)的問題上。 3． 3 實(shí)際需要考慮的問題 在數(shù)字水印技術(shù)中，水印的數(shù)據(jù)量和魯棒性構(gòu)成了一 對基本矛盾。從主觀上講，理想的水印算法應(yīng)該既能隱藏大量數(shù)據(jù)，又可以抗各種信道噪聲和信號變形。然而在實(shí)際中，這兩個指標(biāo)往往不能同時實(shí)現(xiàn)，不過這并不會影響數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用，因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用一般只偏重其中的一個方面。如果是為了隱蔽通信，數(shù)據(jù)量顯然是最重要的，由于通信方式極為隱蔽，遭遇敵方篡改攻擊的可能性很小，因而對魯棒性要求不高。但對保證數(shù)據(jù)安全來說，情況恰恰相反，各種保密的數(shù)據(jù)隨時面臨著被盜取和篡改的危險，所以魯棒性是十分重要的，此時，隱藏數(shù)據(jù)量的要求居于次要地位。 不可見性 對于以模擬方式存儲和 分發(fā)的信息（如電視節(jié)目），或是以物理形式存儲的信息（如報刊、雜志），用可見的標(biāo)志就足以表明其所有權(quán)。但在數(shù)字方式下，標(biāo)志信息極易被修改或擦除。因此應(yīng)根據(jù)多媒體信息的類型和幾何特性，利用用戶提供的密鑰將水印隱藏到一系列隨機(jī)產(chǎn)生的位置中，使人無法察覺。圖 左側(cè)為原始圖像，右側(cè)為嵌入水印后的圖像。 沈陽理工大學(xué)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計 5 圖 原始圖像與嵌入水印后的圖像對比 魯棒性 水印必須對一般的信號處理操作（如濾波、平滑、增強(qiáng)、有失真壓縮等）、刪除攻擊、迷惑攻擊等具有魯棒性。除非對數(shù)字水印具有足夠的先驗(yàn)知識，任何破壞和消除 水印的企圖都將嚴(yán)重破壞多媒體信息的質(zhì)量。 水印容量 嵌入的水印信息必須足以表示多媒體內(nèi)容的創(chuàng)建者或所有者的標(biāo)志信息，或是購買者的序列號。這樣在發(fā)生版權(quán)糾紛時，創(chuàng)建者或所有者的信息用于標(biāo)示數(shù)據(jù)的版權(quán)所有者，而序列號用于標(biāo)示違反協(xié)議而為盜版提供多媒體數(shù)據(jù)的用戶。 數(shù)字水印在多媒體信息安全中的另一個重要應(yīng)用就是內(nèi)容的真實(shí)性鑒定（即認(rèn)證）。當(dāng)多媒體內(nèi)容發(fā)生改變時，具有較強(qiáng)的敏感性的易損水?。?Fragile watermarking）會隨之發(fā)生一定程度的改變，從而可以鑒定原始數(shù)據(jù)是否被篡改。 安全性 水印的安全性要求未授權(quán)者不能發(fā)現(xiàn)數(shù)字作品中含有水印信息?；蛘咚惴ò踩詢H僅依賴于密鑰而不依賴于算法的保密性。因此在沒有密鑰的情況下，未授權(quán)者即使知道含有水印信息和知道水印算法，也不能提取出水印信息或者破壞水印信息。另外算法還應(yīng)該能夠抵抗合謀攻擊。 由于水印特性的要求對應(yīng)用的依賴型很強(qiáng)，恰當(dāng)?shù)脑u價準(zhǔn)則和具體的應(yīng)用有關(guān)。 沈陽理工大學(xué)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計 6 4 基于 DCT變換仿真 算法原理 離散余弦變換（ Diserete Cosine Transform）簡稱 DCT 變換。離散余弦變換是傅立葉變換的一種特殊情 況，在傅立葉級數(shù)展開式中，如果被展開的函