【正文】 分 按水印是否 能 見(jiàn) 劃分， 數(shù)字水印 被 分為可見(jiàn)水印和不可見(jiàn)水印。 對(duì) 多媒體的 各種 變換或處理都非常敏感 的是脆弱水印 ；對(duì)各種處理操作和攻擊均有較強(qiáng)的魯棒性 的叫做魯棒水印 ， 一個(gè)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 34 頁(yè) 好的魯棒水印算法甚至可以 把水印 從質(zhì)量已被破壞的數(shù)字作品中提取出 來(lái) ； 如果 用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息，如作者、作品序號(hào)等 ，就要在用魯棒水印 。有意義 的 水印 指的是 水印本身 就是某個(gè)數(shù)字圖像或 著 編碼； 沒(méi)有 意義 的 水印則只 是對(duì)應(yīng) 一個(gè)序列號(hào)。空 間 域水印的嵌入和提取 ，是 通過(guò)修改圖像 的 像素點(diǎn)強(qiáng)度或 著圖像的 灰度值來(lái)實(shí) 現(xiàn)， 嵌入信息量大 ，但 是很 難抵抗常見(jiàn)圖像處理的 各種攻擊及 各種 噪聲干擾 對(duì)它的 影響， 魯棒性很差 。 如果 按水印的用途 劃分 ，我們將數(shù)字水印劃分為、版權(quán)保護(hù) 、 票據(jù)防偽、篡改提示和隱藏標(biāo)識(shí)水印。這種技術(shù)利用了人的知覺(jué)系統(tǒng)（ HVS）的冗余特性 [6]。W ,密鑰為K ,水印 的 提取 以及 檢測(cè)函數(shù) 為 D ,水印嵌入函數(shù)為 F。w ? (22) 算法應(yīng) 該 使 得 對(duì)原始圖像 做 的 改變 最小， 與此 同時(shí) 也 要保證魯棒性 很強(qiáng) 。,? (24) 其中 P =0/1， 0表示水印不存在， 1表示存在 。水印信息可以為任何形式的數(shù)據(jù)，原始信息可以為音頻 、 圖像或文本等，相應(yīng)的水印信息經(jīng)過(guò)嵌入算法的處理就被嵌入到 原始信息當(dāng) 中去，最后就 得到嵌入水印信息后的信息。 研究者 們研究數(shù)字水 都是 各 用 自學(xué)科的獨(dú)特視角， 從而 相繼出現(xiàn)了 各種各樣的 數(shù)字水印算法，數(shù)字水印系統(tǒng)的典型算法 如下： 空間域算法 空間域算法是直接 對(duì) 圖像的像素值 進(jìn)行修改 ， 把 水印直接加載在 數(shù)據(jù)載體 上。雖然 LSB 算法可以隱藏較 大 信 息 量 ，但 因?yàn)橛玫氖?圖像不重要的像素位， 它 的魯棒性 很差，水印信息 比較 容易 就 被濾波、圖像量化 和 幾何變形 等 的操作破壞，無(wú)法滿足 對(duì) 魯棒性 的 要求，所以如今 的數(shù)字水印技術(shù)中很少采用 LSB 算法。 如 果 適當(dāng)調(diào)整 它的 參數(shù)， 就 能有效地抵抗剪切、濾波和 JPEG 壓縮等攻擊，但對(duì)拷貝平均攻擊抵抗力較弱，而且該方法嵌入的信息量 是 有限 的 。 空間域算法雖然有嵌入 很大 信息量的優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)?它的 魯棒性 比較差 差，所以 如今的 數(shù)字水印系統(tǒng)已經(jīng)很少使用 它 了。 如今 的 算法 研究中大多 數(shù)是 使用變換域 的 方法。 所以 ，傳送變換系數(shù)的數(shù)碼率要大大小于傳送圖像像素所用的數(shù)碼率。圖像經(jīng)過(guò) 一級(jí) 小波分解后得到四個(gè)部分，左上為低頻，右上為水平方向細(xì)節(jié)部分，左下為垂直方向細(xì)節(jié)部分，右下為對(duì)角線方向細(xì)節(jié)部分。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 34 頁(yè) 數(shù)字水印面臨的 攻擊 與密碼學(xué)類(lèi)似，數(shù)字水印也是一個(gè)對(duì)抗性的研究領(lǐng)域。水印的攻擊可以分為主動(dòng)和被動(dòng)攻擊。 （ 2）迷惑攻擊：迷惑攻擊指的是試圖去通過(guò)偽造原始圖像和原始水印來(lái)迷惑版權(quán)歸屬，是針對(duì)可逆還有非盲水印而進(jìn)行的一種攻擊。 （ 4）多文檔攻擊：此方法是利用的不同水印版本的原始載體數(shù)據(jù)，產(chǎn)生近似的圖像數(shù)據(jù)（如平均法），以此來(lái)慢慢逼近進(jìn)而恢復(fù)原始圖像，與此同時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)根本無(wú)法恢復(fù)出水印信號(hào)。實(shí)驗(yàn)表明，在古典音樂(lè)信號(hào)中幾乎感覺(jué)不到這種改變，但是卻可以非常有效地阻止水印信號(hào)的檢測(cè)定位，達(dá)到難以提取水印信號(hào)的目的。 3 LSB 算法理論研究 LSB 算法 介紹 LSB（ Least Significant Bits）算法：將秘密信息嵌入到載體圖像像素值的最低有效位，也稱最不顯著位，改變這一位置對(duì)載體圖像的品質(zhì)影響最小。對(duì)于 8 位的灰度圖像，每個(gè)像素的數(shù)字 g可用公式表示為： 270ii ibg ??? (31) 其中： i 代表像素的第幾位 ,bi∈ {o， l}。 因?yàn)?低位所代表的能量很少，改變低位對(duì)圖像的質(zhì)量沒(méi)有太大的影響。 然而 LSB 算法對(duì) 一些 操作 非常 敏感 ， 因此 LSB 算法 原來(lái) 是用于脆弱性 的 水印的。 提取 :找到嵌入信息的偽裝元素的子集 {j1,j2,...jL(m)},從這些偽裝對(duì)象中抽取他們的最低比特位，排列組合后組成秘 密信息。然后，適當(dāng) 的 調(diào)整數(shù)字水印圖像的大小和比特位數(shù)，以適應(yīng)數(shù)據(jù)量 的 要求。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 34 頁(yè) 置 0 的方法是調(diào)用模 2 函數(shù) mod(a,2)，將得到的數(shù)值與原水印相減，從而得到最低位為 0的圖片。 嵌入算法的主要思路 讀 入 原 始 圖 像 讀 入 水 印 圖 像 處 理 水 印 圖 像在 原 始 圖 像 像 素 的 L S B 上嵌 入 水 印輸 出 原 始 圖 像 、 水 印 圖 像 、 嵌入 水 印 的 圖像 圖 印的嵌入算法思路 圖 是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的空域 LSB 算法水印嵌入的主要思路 [12]。 4 在 MATLAB 下的 仿真結(jié)果 及分析 嵌入水印后的運(yùn)行結(jié)果 （ 1） 嵌入水印的時(shí)候，在這里選擇的是 384x384 的 bmp 圖片，名為“ lena” ,bmp 是一種圖像文件格式，與常見(jiàn)圖像格式不同的是 bmp 屬于典型的位圖格式 ，因?yàn)榇舜螆D像水印嵌入是把水印嵌入到圖像像素值的最低有效位，所以采用 bmp 格式的圖片， 根據(jù)水印嵌入算法及顯示函數(shù)，得到原始圖像和嵌入水印后的圖像，如下圖 [13]。因?yàn)樵谇度胨〉臅r(shí)候，其中對(duì)水印圖像進(jìn)行處理， 使之成為和原始圖像尺寸相同的二值圖像 [14]。 JPG 格式圖片的水印嵌入與提取 （ 1）因?yàn)?LSB 算法是在圖像像素值的最低有效位上進(jìn)行操作，所以一般采用的是 bmp 格式的圖片，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，為了驗(yàn)證 LSB 算法對(duì)其他格式的圖片也適用，選用了一張 384x384 的 JPG格式圖片。說(shuō)明不僅僅是 bmp 格式的圖片可以基于 LSB 算法進(jìn)行水印嵌入，重新拿一張其他格式的圖片也可以 [15]。 圖 提取出來(lái)的水印圖像 結(jié)果如上圖 所示，可以看 出在對(duì) JPG 格式的圖片進(jìn)行水印嵌入之后，水印能夠完全的被提取出來(lái)，提取出來(lái)的水印圖像和原始圖像的大小一致。如果是圖片不同水印 也不同，所以對(duì) LSB算法進(jìn)行了第三次的驗(yàn)證。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 原始圖 像 圖 嵌入水印后的圖像 結(jié)果如上圖 和圖 ，圖 是原始的 JPEG 格式的圖片，圖 是嵌入水印之后的圖片，由對(duì)比可看出， JEPG 格式的圖片依然能在 LSB 算法上實(shí)現(xiàn)水印的嵌入，并且能保證水印的不可見(jiàn)性。因?yàn)樵谇度胨〉臅r(shí)候，其中對(duì)水印圖像進(jìn)行處理， 使之成為和原始圖像尺寸相同的二值圖像。 魯棒性驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn) （ 1）濾波攻擊 對(duì)已經(jīng)嵌入水印后的圖像進(jìn)行 高斯 濾波，再通過(guò)水印提取算法將水印提取出來(lái)，如 下 圖 所示。 圖 經(jīng)過(guò)放大攻擊后提取的水印圖像 結(jié)果如上圖 所示，在對(duì)原圖像放大處理之后，嵌入圖像的水印不能被提取，由此可以看出 LSB算法在圖像進(jìn)行幾何變形之后，水印不能被提取出來(lái)。最后圍 著 數(shù)字水印的兩個(gè)重要的特點(diǎn) ——隱蔽性和魯棒性進(jìn)行考慮，設(shè)計(jì) 并且 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的水印系統(tǒng)。同時(shí)，由于水印是嵌入到圖像的不重要像素位上，因此很輕易被濾波、放大、噪聲等操作破壞，以致無(wú)法恢復(fù)水印，所以通常可以采用一些增強(qiáng)數(shù)字水印的隱蔽性的算法，如 patchwork 算法、 nec 算法等，從而使水印的隱蔽性更高。 可以想象到 ， 伴 隨著技術(shù)的 逐漸 進(jìn)步 和相關(guān) 理論的不斷完善，數(shù)字水印技術(shù)的研究及應(yīng)用將會(huì)更加深入廣泛，在 將來(lái) 的信息安全體系中 將 發(fā)揮更大的作用，進(jìn)而 會(huì) 推動(dòng)整個(gè)信息領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展 。 熱情的教師團(tuán)隊(duì)以及同學(xué)間的相互幫助，使我更加增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)以及競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。 同時(shí)我還要感謝陳莉老師 。 最后，還要對(duì)學(xué)校表示感謝 ，感謝學(xué)校培養(yǎng)了我四年，不僅僅學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，而且明白了更多做人的道理。 感謝你們 ， 有了你們 ， 我受益匪淺。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我受到了很大的幫助和啟發(fā) 。 都給我提供了相當(dāng)大的幫助 。 把淺淺的理論上升到實(shí)踐 ， 使我對(duì)理論的掌握更加深入 。 為期兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中 ， 老師給與了我很大幫助 ， 無(wú)論是從 剛開(kāi)始 的懵懂狀態(tài)，再到軟件仿真以及畢業(yè)論文的完成后的略有小成 。無(wú)論 是 從技術(shù)含量、研究 的 價(jià)值還是從應(yīng)用 的 前景來(lái) 說(shuō) ，數(shù)字 圖像 水印技術(shù)都處于 發(fā)展的前沿 。 本設(shè)計(jì)采用的是基于空域的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，通過(guò) LSB 算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)可以保證數(shù)字水印的不可見(jiàn)性。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 34 頁(yè) 結(jié)束語(yǔ) 本次課程設(shè)計(jì) 對(duì)數(shù)字圖像水印技術(shù)進(jìn)行了比較全面的研究，主要做了以下工作： 查閱 了較多 有關(guān) 數(shù)字 水印技術(shù)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，對(duì) 當(dāng)前 數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展 情況 ，包括數(shù)字水印的基本特征 以 及 其 分類(lèi)，數(shù)字水印系統(tǒng)的基本框架以及目前 存在 的一些主要算法進(jìn)行了論述。 （ 2） 加入高斯噪聲 對(duì)已經(jīng)嵌入水印后的圖像加入高斯噪聲，再通過(guò)水印提取算法將水印提取出來(lái)，如下圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 提取出來(lái)的水印圖像 結(jié)果如上圖 所示，可以看出在對(duì) JPEG 格式的圖片進(jìn)行水印嵌入之后，水印能夠完全的被提取出來(lái)，提取出來(lái)的水印圖像和原始圖像的大小一致。 將要嵌入到圖像中的水印顯示出來(lái)，此次驗(yàn)證采用的水印圖片是 314x223 的帶有“許喚弟”字樣的灰度圖片，如圖 。水印圖像采用 314x223 的帶有自己名字“許喚弟”字樣的灰度圖片，如下圖 所示。 LSB 算法的再次驗(yàn)證 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，對(duì) LSB算法進(jìn)行了多次的驗(yàn)證，從剛開(kāi)始的對(duì) Lena 圖像進(jìn)行水印的嵌入 與提取，才對(duì)算法有了一定的了解，大概了解了水印的嵌入與提取是怎樣的一個(gè)過(guò)程，了解了它其 中的原理。因?yàn)樵谇度胨〉臅r(shí)候，其中對(duì)水印圖像進(jìn)行處理， 使之成為和原始圖像尺寸相同的二值圖像。根據(jù)水印嵌入算法及顯示函數(shù)，得到原始圖像和嵌入水印后的圖像，如下圖 。 圖 提取出來(lái)的水印圖像 結(jié)果如上圖 ，圖 表示的是沒(méi)有進(jìn)行任何攻擊提取出來(lái)的水印圖像，通過(guò)圖示顯示，能夠正確的提取水印，但是水印有一定的模糊性。 （ 2）將要嵌入到圖像中的水印顯示出來(lái)，此次設(shè)計(jì)采用的水印圖片是 267x107 的帶有“ copyright”字樣的灰度圖片，如圖 。在嵌入水印的時(shí)候，是嵌入到圖像像素的 8 個(gè)位平面的最低有效位 0。 LSB 算法 是 一般嵌入 到 圖像的最低一位 著 最低兩位 上 ，如果嵌入的位數(shù)太 過(guò)多 ， 就 會(huì) 輕易 被人眼察覺(jué)。下面通過(guò)MATLABR2020a 實(shí)現(xiàn)這一算法。但是嵌入的信息量越大，對(duì)圖像的視覺(jué)效果影像 就會(huì) 越大。 嵌入 :選擇一個(gè)載體元素的子集 {j1,j2,...jL(m)},其中共有 L(m)個(gè)元素，用以信息隱藏信息的 L(m)個(gè) Bit。 LSB算法原理及基本步驟 LSB 算法的基本原理： 替換空域的 LSB，用來(lái)替換 LSB 的序列 也 就是需要加入的水印信息或者由水印 信息 生成的偽隨機(jī)序列。從位平面的分布來(lái)看，隨著位平面從低位到高位（即從位平面 0 到位平面 7），圖像的特征 也漸漸 變得復(fù)雜，細(xì)節(jié) 也在 不斷 的 增加。 拿 圖像數(shù)據(jù) 來(lái)說(shuō) ， 每 一幅圖像的每個(gè)像素 都 是以多比特的方式構(gòu)成， 尤其對(duì)于 灰度圖像，每個(gè)像素通常 是 8 位。 這里對(duì)數(shù)字水印面臨的攻擊進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹與分類(lèi)。這種攻擊手段雖然不破壞數(shù)字水印本身，但是卻可以破壞水印與某些權(quán)利、義務(wù)之間的關(guān)系，所以它是一種針對(duì)應(yīng)用協(xié)議的攻擊。 （ 3）抖動(dòng)攻擊：此方法是在信號(hào)加入抖動(dòng)，如將圖像分為多個(gè)部分，在每一部分內(nèi)隨機(jī)復(fù)制或刪除某些采樣。我們常見(jiàn)的攻擊方法有： （ 1）簡(jiǎn)單攻擊：簡(jiǎn)單攻擊就是指對(duì)圖像進(jìn)行各種各樣的信號(hào)處理操作，試著去削弱甚至是刪除嵌入的水印信息，并不是去識(shí)別或著是分離水印。除此之外，為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字水印，必須安全測(cè)試各種水印算法。 對(duì)比于 DCT， DWT 具有以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)一幅圖像來(lái)說(shuō) 它 具有多分辨率和分層次的特性， 在 解碼過(guò)程 中 可以連續(xù)地