【正文】 ..............................................................................................................................34 致謝 .............................................................................................................................. 37 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 1 進(jìn)入 21 世紀(jì) 以來，我們 社會(huì)的發(fā)展己經(jīng)呈現(xiàn)兩個(gè)明顯的特征 :數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。數(shù)字化指的是 將 信息 以數(shù)字的形式進(jìn)行存儲(chǔ) ， 從而使 的信息可以大量存儲(chǔ)、 更加 輕易地 編輯和復(fù)制 。 網(wǎng)絡(luò)化指的是信息的傳輸形式， 在 網(wǎng)絡(luò)化 的模式 下信息的 傳輸具有 速度 更 快、分布 更 廣的優(yōu)點(diǎn)。 在 信息技術(shù) 邁入新世紀(jì)的 同時(shí)， 研究 對(duì) 信息源的保護(hù)和認(rèn)證 也凸顯的日益重要。 其中對(duì)圖像 作品的 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù) 和認(rèn)證就是其中一個(gè)重要的研究方向。 本課題主要 便是 研究 在 變換域下的數(shù)字 圖像水印處理技術(shù) 。 研究的背景和意義 我們通過互聯(lián) 網(wǎng)這一重要媒介可以去了解和認(rèn)知世界 ，感受新時(shí)代的多姿多彩 。好比 在互聯(lián)網(wǎng)上，我們可以隨時(shí)的 對(duì) 本身 感興趣的圖像進(jìn)行 搜索 、下載、瀏覽 和 觀看 。對(duì)于我們 的 日常 生活 ,互聯(lián)網(wǎng) 為我們提供 了 快捷與便利的方式，然而 對(duì)于 侵權(quán)和 仿 冒者同樣可以利用如此便捷的方式對(duì)具有版權(quán)信息 的 圖像 數(shù)據(jù)進(jìn)行非法 截獲與破解 ， 再對(duì) 圖像 內(nèi)容加以 復(fù)制、拷貝、改 動(dòng) 和傳播 ， 這樣就會(huì) 使得 圖像的 仿冒 和侵權(quán)變得極其簡單 。 過去 使用 傳統(tǒng) 方法的 安全 加密技術(shù)來對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理 ， 到了今天 傳統(tǒng)信息安全 加密技術(shù) 已經(jīng)越來越 顯得 無力了 。 在 盜 權(quán) 使用所 帶來 極高回報(bào) 的 誘惑 下 ， 侵權(quán)者 的 盜 版 方式 層出不窮， 盜版 的 方法 越來越 厲害 。 針對(duì) 此 種現(xiàn)象 ， 我們只能不斷的革新防偽技術(shù)， 用以 保護(hù) 圖像版權(quán) 所有者 的利益。 以前的 安全 加密 技術(shù)主要是基于 發(fā)展多年的密碼學(xué)經(jīng)驗(yàn)，主要是 將需要保護(hù)的圖像文件放在一個(gè)具有 復(fù)雜密碼 的 外殼 程序 里從而達(dá)到 加密 保護(hù) 的效果 ， 對(duì)于 沒有密鑰的使用者，由于無法打開外殼程序，從而 使得圖像文件受到保護(hù) [12]。面對(duì)當(dāng)今開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 人們需要的是 對(duì)圖像信息的 實(shí)時(shí)傳播和 實(shí)時(shí) 共享， 而 傳統(tǒng) 的加密需要 一套復(fù)雜的密碼 系統(tǒng) ， 將 圖像文件 放入一個(gè) 外殼 程序 ， 再 對(duì)外殼 程序進(jìn)行 加密 操作 ， 然而在現(xiàn)實(shí) 網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境中對(duì) 圖像數(shù)據(jù) 信 息 進(jìn)行傳統(tǒng) 外殼 程序 加密 處理 需要消耗 本就 有限 的資源 帶寬 ，拖慢本就不快的 網(wǎng)絡(luò) 傳播速度 ，對(duì)于實(shí)時(shí)傳播和實(shí)時(shí)共享帶來挑戰(zhàn) 。 即使不考慮 傳統(tǒng)加密帶來的硬件和資源 帶寬 的消耗 ， 面對(duì)越來越高明的 仿冒 和破解 技術(shù) ，傳統(tǒng) 圖像 信息安全 加密 技術(shù) 在 當(dāng) 今高性能處理器 的時(shí)代已經(jīng)不再具有優(yōu)勢(shì) ， 一般 對(duì) 數(shù)字 密鑰的 解密 對(duì)于 性能極高的 處理器 只是稍稍費(fèi)點(diǎn)時(shí)間罷了 。所以 研究 一種 不需要增加文件大小 的 又可以對(duì)圖像的知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行 有效 保護(hù)的圖像 加密 技術(shù) 具有十分現(xiàn)實(shí)河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 2 的意義 [3]。 數(shù)字 圖像 水印技術(shù)就是 當(dāng)前眾多 圖像 加密技術(shù)中的一項(xiàng) 十分重要的 技術(shù) ， 自 從1993 年 這項(xiàng)技 術(shù) 提出后，就得到了 學(xué)術(shù)界的 廣泛關(guān)注 [4]。 數(shù)字水印技術(shù)具有 其 獨(dú)特的加密方法 ， 它通過 一定的 嵌入算法將具有特殊意義的水印 信息 隱藏在 目標(biāo) 圖像 數(shù)據(jù)中， 所 要求 的是 嵌入 系統(tǒng)中的 水印 信息 不 可以將 原始 圖像 的 基本外觀 和 尺寸 大小 發(fā)生明顯的改變，也就是說 是 嵌入水印 不 可以 影響 原本 圖像 數(shù)據(jù)的 外在市場(chǎng) 價(jià)值，在水印系統(tǒng)提取水印信息的 階段 ，隱藏其中的 水印 信息 提取后 不 可以 無法識(shí)別 。 因此 一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)字圖像水印系統(tǒng)會(huì) 具有 良好的 隱蔽 性、魯棒性和 非常安全 的特點(diǎn) 。 基于 數(shù)字 圖像水印技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，侵權(quán)者在對(duì)被水印技術(shù)保護(hù)的圖像 作品 進(jìn)行 侵權(quán) 行為時(shí)，會(huì)變得 異常的不簡單 ， 圖像 數(shù)據(jù) 進(jìn)行 傳輸 通信時(shí)也可以 變得更加便捷高效 ，因此 在版權(quán)維護(hù)、 出版 音像、數(shù)字網(wǎng)路 以及鑒別 防偽 數(shù) 據(jù) 等領(lǐng)域 都 可以 得到極 好的 發(fā)展 [5]。 基于這些原因 ， 對(duì) 數(shù)字圖像水印技術(shù) 不斷的深入 探索 是很有 價(jià)值 的，這 便 是 選擇本課題 的原因 。 數(shù)字水印的起源與研究現(xiàn)狀 在人類歷史漫長的歲月中我們可以發(fā)現(xiàn) 很多 發(fā)明都有 水印技術(shù) 的 影子 。古希臘 特殊信息 刻在木板上， 木板上的特殊信息用石蠟 填平， 這樣看起來寫有特殊信息的木板就猶如普通的木板一般 ， 但將看似普通的 木板 加熱后覆蓋其上的 石蠟 被 融化 ， 隱藏其中的 軍事 信息就會(huì)顯露出來，這 就和 現(xiàn)在的 防 止 偽 造盜版的 水印 系統(tǒng) 原理類似 [6]。在中國 古代 傳遞信息的藏頭詩 ， 中世紀(jì)歐洲 隱藏信息的 柵格技術(shù) ， 近代 碟戰(zhàn) 中 出現(xiàn)的 類似 隱形墨水、文字 密 碼書 信 等 ，都可以 隱約 看到水印技術(shù)的影子 。 真正類似今天的 水印 技術(shù) 可以追述到 8 世紀(jì)末或 9 世紀(jì)初， 由 中 國唐代造紙工匠首創(chuàng)，他們 在 造紙的 竹簾 模型 上 用 絲線編織花紋 ， 花紋 的處理 比 竹 簾 本身 突出一些，故成紙時(shí)相對(duì)應(yīng) 有花紋 的部位纖維交織得薄一些，則透光程度高一些 ， 于是 就可以 得到 類似今天 水印 的 效果 [7]； 13 世紀(jì)意大利工匠在抄紙網(wǎng)上 編織出字母、數(shù)字或圖案，使 造紙機(jī)上 的 修飾裩（水印裩） 留 有水印 圖案 ， 當(dāng) 壓制濕紙頁 時(shí)就可以 形成水印 了 [8]。 今天我們使用的人民幣上用來識(shí)別真?zhèn)蔚木褪撬〖夹g(shù)，在各種防偽標(biāo)識(shí)中 也都可以見到水印的出現(xiàn)。但是 現(xiàn)代 水印技術(shù)應(yīng)用時(shí)間并不是很長， 1993 年， Tirkel 等人 首次 使 用 “ water mark” 這個(gè)詞 發(fā)表了一篇論文 ，在論文中對(duì)現(xiàn)代意義上的數(shù)字水印做 了 最早 的 概念性論述，提出 將數(shù)字水印運(yùn)用 在版權(quán)保護(hù)中的 想法 。 再 后來， “ water 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 3 mark” 逐漸 合并成 為了“ watermark[9]。 正式對(duì) 數(shù)字水印 技術(shù)進(jìn)行具體描述是在 1994年 的 IEEE 國際圖像處理會(huì)議上 ， Tirkel 與 Van Schyndel 等人 發(fā)表了 一篇 題為 A digital watermark”的學(xué)術(shù)論文 ， 從此 數(shù)字水印技術(shù) 日新月異， 研究成果和技術(shù) 文檔 不斷 涌現(xiàn) 。 在學(xué)術(shù)界的有關(guān)電氣電信的 權(quán)威雜志 上有關(guān) 數(shù)字水印技術(shù)的 論文 或?qū)ｎ}研究頻繁的 出 現(xiàn)例如 《 IEEE 會(huì)報(bào)》， 《 IEEE 通信選題》等 雜志 。 在信息安全、密碼學(xué)和信息處理領(lǐng)域的國際會(huì)議上 有關(guān)數(shù)字水印技術(shù) 的討論也 不斷 的 被 提及 ， 可見 其研究熱度 之高 [10]。 雖然相對(duì) 國際 上 對(duì)數(shù)字水印技術(shù)研究時(shí)間來說， 國內(nèi) 對(duì) 數(shù)字水印 技術(shù)開始研究的時(shí)間是 稍晚 一些 的。 不過 咱們 國家對(duì)數(shù)字水印技術(shù) 卻 是 十 分的 重視 ， 引入數(shù)字水印概念后 國家先后舉辦了 5 次信息隱藏技術(shù)研討會(huì)， 具體就是 討論如何 將 數(shù)字水印 技術(shù)運(yùn)用 到 社會(huì)的 各個(gè)領(lǐng)域中 ， 造福社會(huì) [11]。 并且 不僅如此，國家自然科學(xué)基金， 86 973等項(xiàng) 目 中 數(shù)字水印 技術(shù)的規(guī)劃赫然在列 [12]。 這些 都足以體現(xiàn)國家對(duì)數(shù)字水印技術(shù) 研究的重視。如今，隨著技術(shù)的交流與不斷公關(guān) ，國內(nèi)對(duì)于數(shù)字水印 技術(shù) 的研究 已經(jīng)逐步與 世界水平同步，并且還具有自己的 算法理論 。 自水印技術(shù)提出以來這些年由于技術(shù) 不斷 的 創(chuàng)新，針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)字水印系統(tǒng)不斷的被發(fā)明，許多新數(shù)字 水印概念 與 水印 算法 亦 不斷 的 涌現(xiàn)， 國際上出 現(xiàn)了各種各樣的 水印方案。 在空域， 由 Trikel 等人 最先 提出 的 基于最低有效位的數(shù)字水印算法 [13]， Bender 等人提出 的有關(guān) Patchwork 方法及 用于 紋理塊映射 的 編碼算法。在變換域， COX 等人提出了一種基于擴(kuò)頻通信思想的頻域水印方案 [14]。 Barni 等人 在前人基礎(chǔ)上提出了首先將圖像進(jìn)行 全局 DCT 變換， 然后 將水印 信息 嵌入到中頻系數(shù) 的 水印算法 [15]。 Huang 等人 用 奇異值分解 技術(shù) 和 DCT 變換相結(jié)合 ，創(chuàng)造了一種新的算法 [16]。Kaewkamnerd 和 Kwon 等人利用 HVS在 DCT 域確定水印的嵌入位 置和強(qiáng)度 [17]。 Ruanaidh最先提出將水印嵌入到圖像 DFT 域的水印方案。 Solachidis 等人提出了一種 基于 DFT域 的 盲水印 數(shù)字水印 算法 系統(tǒng)，它的基本原理是 運(yùn)用 了 循環(huán)對(duì)稱 的方式將 我們需要的水印 信息嵌入 到目標(biāo)載體圖像之 中 的 [18]。 Podilchuk 等 人 在小波變換域進(jìn)行水印嵌入的方案 。 Kundur 等人提出了基于小波變換的圖像融合水印算法方案。 Xia 等人提出一種基于小波變換的分層水印處理方案， Zhao 等人提出了一種針對(duì)靜止圖像的局部小波變換混沌數(shù)字水印算法 [19]。 Kang 等人提出了一種 DWTDFT 分 解的數(shù)字水印算法。 數(shù)字水印算法 發(fā)展 到 目 前為止可以分為兩代，第一代水印算法大多作用在整個(gè)圖像中，缺點(diǎn)甚多 。第二代水印算法主要基于內(nèi)容特征的方法，局部化了水印的 嵌 入與河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 4 提取，第二代水印技術(shù)己經(jīng)越來越受到研究者關(guān)注 [21]。 論文的主要工作和內(nèi)容 本文的主要工作是先介紹 了一些數(shù)字水印技術(shù)有關(guān)的基本知識(shí) ， 之后 對(duì) 在變換域下的數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行了闡述。 主要介紹 在離散余弦變換域下和小波變換域下分別對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行水印信息的置亂、嵌入和提取操作，以及在算法實(shí)現(xiàn)后對(duì)水印系統(tǒng)進(jìn)行包括噪聲、濾波、壓縮、剪切和旋轉(zhuǎn)的魯棒性攻 擊測(cè)試， 在文章最后通過 對(duì) 以上兩種算法 進(jìn)行 比較 ， 對(duì)在變換域下的數(shù)字水印技術(shù) 進(jìn)行客觀分析 及 總結(jié) 。 全文 5 章節(jié)結(jié)構(gòu)安排如下 : 第一章緒論，提出本課題研究的背景和意義，敘述數(shù)字水印起源以及現(xiàn)如今研究發(fā)展的狀況。 第二章 數(shù)字水印的 基礎(chǔ)知識(shí)，介紹有關(guān)數(shù)字水印的起點(diǎn)知識(shí)如 定義、基本特性、分類、應(yīng)用領(lǐng)域、以及應(yīng)用前景等，之后對(duì)數(shù)字水印幾 種經(jīng)典算法和常見攻擊方法進(jìn)行簡要概括。 第三章方案論證， 對(duì) DCT 域下的數(shù)字水印技術(shù) 從概念定義，到嵌入、提取的流程，最后進(jìn)行攻擊測(cè)試進(jìn)行闡述。 第四章 方案論證， 對(duì) DWT 域下的數(shù)字水印技術(shù)從概念定 義，到嵌入、提取的流程，最后進(jìn)行攻擊測(cè)試進(jìn)行闡述。 第五章 算法之間的比較， 對(duì)本文所研究的兩種算法進(jìn)行定量分析，用圖表進(jìn)行直觀的比較。 第六章 總結(jié)，通過對(duì) 兩種算法的 PSNR 和 NC 系數(shù)進(jìn)行比較分析，客觀的對(duì)變換域下的數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行 總結(jié)。 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 5 2 數(shù)字 圖像 水印技術(shù) 數(shù)字圖像水印技術(shù)隨著新時(shí)代 的步伐，已經(jīng)越來越深入我們的 日常 生活 。我們每天使用的 人民 幣中的防偽技術(shù)， 到各種 防偽標(biāo)識(shí) ，再到平常 我們?cè)谙嗥?加入的 可看見的水印信息，這些都是 數(shù)字圖像水印 在日常生活中的技術(shù)運(yùn)用，這門技術(shù)與我們的生活密切 相關(guān) ，聯(lián)系頗 多。 數(shù)字 圖像 水印 技術(shù)的 含義及特性 數(shù)字 圖像 水印技術(shù) 通過特定的嵌入算法將 具有特殊含義的 水印 信息掩藏在 原本的 目標(biāo) 圖像 之中，并且 還 要求在 嵌入的水印 信息之后 不 可以 使得目標(biāo) 圖像 數(shù)據(jù) 的 外觀印象 和 實(shí)際大小發(fā)生破壞性的 改變，不 可以 影響 原本 目標(biāo) 圖像 數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí) 使用價(jià)值，在水印 信息 提取檢測(cè) 階段 ，隱藏的 水印 信息要可以大體辨認(rèn)，不可過于失真 。 欲使 數(shù)字圖像 水印技術(shù) 在實(shí)際應(yīng)用中 作為一項(xiàng)值得信賴的 技術(shù)， 運(yùn)用 到實(shí)際中的數(shù)字 圖像 水印 技術(shù) 最好 必須具有以下 技術(shù) 特性 [22]: （ 1）隱蔽性 :對(duì)于隱蔽水印系統(tǒng)，在 嵌入水印后，對(duì)于數(shù)字 圖像數(shù)據(jù) 本身影響不 可以太大， 圖像 質(zhì)量 不可以有 明顯的 下降，最大限度的不 被人 眼 所感知。 （ 2）安全可靠性 :嵌入的 水印 信息及嵌入的 水印 位置都 要 進(jìn)行加密隱藏 處理 ，使得非法 侵權(quán)攔截者無法 獲取相關(guān) 水印 信息。 （ 3）魯棒性 :當(dāng)數(shù)字圖像 遭受一些非法操作或人為破壞 時(shí) ， 水印必須要還能夠 提取并分辨識(shí)別出來。 （ 4）水印容量 :在保證 圖像數(shù)據(jù) 質(zhì)量的前提下，盡量將 更多的實(shí)用信息嵌入原始圖像數(shù)據(jù)中。 （ 5）低錯(cuò)誤率 :水印檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)檢測(cè)錯(cuò)誤的概率必須相當(dāng)?shù)停ＷC 提取水印的準(zhǔn)確率 。 水印 隱蔽 性和魯棒性是數(shù)字 圖像 水印系統(tǒng)的兩個(gè) 重要 屬性，是水印系統(tǒng)性能