【正文】 法監(jiān)控多媒體信息的流動傳播情況； （ 2）加密大批量的多媒體信息時，資源占用嚴重，且效率低下． （ 3）多媒體信息加密后隱蔽性不高，容易引起攻擊者的注意和好奇，激發(fā)他們解密的興趣和欲望． （ 4）加密的魯棒性不高，如果破解失敗，攻擊者可以將信息破壞，使得合法接收者也無法獲得信息的內容； （ 5）只有在加密狀態(tài)下才能保護多媒體信息，解密后發(fā)生侵權時，無法提供有效的法律證據(jù)； 東北電力大學本科畢業(yè)論文 2 （ 6）加密會改變作品的形態(tài)，加密后只有少數(shù)持有解密密鑰的人，才 能獲得作品數(shù)據(jù)，作者無法在保護版權的前提下自由地展示作品． 為了使解密后的內容仍能受到保護 ， 人們開始尋求另一種 能夠 彌補密碼技術缺陷 的 技術 ． 數(shù)字水印 技術是一種密碼技術的補充技術， 是 由 信息隱藏技術 發(fā)展而來，是數(shù)字信號處理， 圖像處理 ，密碼學應用，算法設計等學科的交叉領域 ，是一門新興的信息安全技術 ． 這種 技術可以為解密后的數(shù)據(jù)提供進一步的保護 ，因此能夠 彌補密碼技術的缺陷 ； 另一方面，數(shù)字水印技術可以在原始數(shù)據(jù)中一次性嵌入大量的秘密信息 ， 這也 彌補了數(shù)字簽名技術的缺陷 ． 數(shù)字水印 的過程就是將一個有標志性的信息嵌入到需要保護的信息中的過程，這個標志性信息就是水?。?只有通過專用的瀏覽器或閱讀器才能提取 出 嵌入的水印，受到保護的 媒體信息 的 版權 歸屬 可以通過這種機制獲得判斷依據(jù) ． 嵌入的水 印具有魯棒性，即媒體信息中嵌入的水印不會被 常規(guī) 的數(shù)據(jù) 處理操作 完全 去除 ． 在信息技術高速發(fā)展的當代， 數(shù)字產品呈現(xiàn)爆炸式的增長速度，在這個前提下，保護數(shù)字產品作者的版權，防止數(shù)字產品的非法復制、惡意篡改等就變得尤為重要．數(shù)字水印技術正是在這樣的背景下發(fā)展起來的技術． 由于數(shù)字水印技術有著廣泛的應用前景，大量專家學者在進行這方面的研究，提出的水印算法也多種多樣．但這些算法的性能各有優(yōu)劣， 不同的應用環(huán)境需要不同特性的水印算法，而且具有同一特性的水印算法亦各有優(yōu)劣 ． 因此，研究各類算法的特性，以及比較這些算法的優(yōu)劣，就 變得尤為重要 ．對這些算法進行研究，找出算法的優(yōu)缺點，明確算法的適用環(huán)境，也是水印技術的一個重要研究方向． 數(shù)字水印的應用 隨著數(shù)字水印技術的發(fā)展， 該技術已經(jīng)成為信息隱藏技術的一個重要分支，其 應用領域 也越來越廣泛， 目前數(shù)字水印技術的應用 領域 主要包括： 1. 版權保護 數(shù)字作品 （ 如電腦美術、掃描圖像、數(shù)字音樂、視頻、三維動畫 ） 的版權保護是當前的熱點問題 ． 由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原第 1 章 緒論 3 作完全相同，所以 版權所有者 不得不加上 肉眼 可見的版權標志 以保護版權 ， 但這種做法 嚴重損害作品 的 質量 且 這種標志很 容易被篡改 ． 數(shù)字水印 技術 利用數(shù)據(jù)隱藏原理 隱藏 版權標志， 能在 不損害原作品 的前提下保護版權 ． 目前，數(shù)字水印技術 在 版權保護 方面的研究 已經(jīng) 達到 初步實用化 標準，但 市場上的數(shù)字水印產品 還是 很容易被破壞或破解 ， 這是因為 技術 的發(fā)展 還不 夠成熟，還要走很長的路 才能做到 真正的實用 ． 2. 數(shù)字信息 的隱藏標識和篡改提示 數(shù)據(jù)的標識信息 有時 比數(shù)據(jù)本身更具有保密價值 ， 數(shù)字水印技術 能夠 隱藏標識， 使得 原始文件上 的 標識信息只有 使用 特殊的閱讀程序 才能提取，目前 國外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫已經(jīng)采用這種方法 ． 現(xiàn)有的信號拼接 技術 和 信息 鑲嵌技術 能夠實現(xiàn)無 痕拼接，達到肉眼難以分辨的程度，只有通過 數(shù)據(jù)的篡改提示 才能識別．因此， 數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項很重要的工作 ， 而 數(shù)字水印 技術能夠 通過辨識 隱藏水印的狀態(tài)判斷 數(shù)字信息 是否被篡改 ． 3. 隱蔽通信及其對抗 在網(wǎng)絡通信戰(zhàn)中 攻擊者 往往會 注意 到 經(jīng)過加密的混亂無序的文件 ， 因此數(shù)字水印的隱蔽性也有了用武之地， 利用數(shù)字化聲像信號相對于人的視覺、聽覺冗余來進行 各種時空域和變換域的信息隱藏， 可以達到 隱蔽通信 的目的 ． 4. 商務交易中的票據(jù)防偽 各種電子票據(jù)即使在網(wǎng)絡安全技術成熟以后也還需要一些非密碼的認證方式 ， 數(shù)字水印技術 能夠通過嵌入隱藏的認證 標志 增加偽造的難度 ． 5. 證件真?zhèn)舞b別 水印技術 對于有效辨別 證件的真?zhèn)?很有幫助 ， 特別是能夠防止 證件 的 仿制和復制 ． 東北電力大學本科畢業(yè)論文 4 數(shù)字水印研究現(xiàn)狀 發(fā)展現(xiàn)狀 在 互聯(lián)網(wǎng)和信息技術高速發(fā)展 的今天，水印技術的研究更具有現(xiàn)實意義 ． 但是 數(shù)字水印 技術的研究目前還很不成熟，在 版權保護 方面只能初步 從理論 轉為 應用， 而且應用過程中還有大量沒有解決的 問題 ． 目前有關數(shù)字水印的設計和模擬攻擊的理論都很 缺乏 ． 因此 ， 在 國際學術界的研究 方向中， 數(shù)字水印技術是 比較 前沿熱門 的 ， 對該技術的研究還有很長的路要走． 水印 技術的研究 在 版權保護 和 商 業(yè)應用方面 都 具有重要的意義 和 廣闊的前景 ， 這一研究方向 已經(jīng)引起了國內外專家和商業(yè)團體的廣泛關注 ． 算法現(xiàn)狀 隨著 數(shù)字 水印技術的不斷發(fā)展， 各類 文獻 中提出的 水印算法也 五花八門 ， 這些算法大都是 研究數(shù)字水印的產生、嵌入和檢測 （ 提取 ） 三個方面 ． 在生成數(shù)字水印時 ， 許多數(shù)字 水印算法采用 如 Gaussian 序列、二進制序列和 均勻分布序列 的 偽隨機序列 作為水印信號 ． 在偽隨機序列中， Gaussian分布的隨機序列與其它分布的等長的隨機序列相比具有更大的自相關系數(shù) ， 所以 利用Gaussian隨機序列產生的水印具有更好的穩(wěn) 健性 ． 在討論偽隨機序列水印的同時，有意義水印的研究引起了人們的注意，已有一些算法采用有意義的文字串或一個圖像 （ 如商標、印簽等 ） 作為水印信號 ． 這種有意義的信號與無意義的偽隨機序列相比，所具有的優(yōu)點是不言而喻的 ． 因此，如何在圖像中嵌入有意義的信息將是極具實際價值的研究內容 ． 早期的研究主要集中在空域上，水印信息直接加載在圖像數(shù)據(jù)上，這種方法的缺點是抵抗圖像幾何變形、噪聲和圖像壓縮 [1]的能力較差 ． 但是空域算法的計計算速度快，而且隱藏的信息量大 ． 近期的研究則主要集中 在變換域如離散傅立葉變換 DFT[2]，離散余弦變換 DCT[3]，離散小波變換 DWT[3]中實現(xiàn) ． 在變換域中嵌入水印，信號能量可以擴展到空間域所有像素上，有利于保證水印的不可見性，同時變換域的方法可以與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)壓縮標準兼容，例如，基于 DCT 的方第 1 章 緒論 5 法可以與 JPEG 壓縮方法兼容，基于 DWT 的方法可以與 JPEG2020 兼容等等 ． 從目前的情況看，大多數(shù)研究工作更關注變換域 算法研究 ． 根據(jù)水印系統(tǒng)的載體媒體的不同有圖像水印算法、音頻水印算法、視頻水印算法、文本水印算法幾大類 ． 在圖像水印算法中，又有灰度圖像水印和彩色圖像水印 [3]． 根據(jù)水印的應用目的，有些水印主要應用于版權保護，身份驗證，這種應用要求水印需要有較強的魯棒性，即魯棒性水印 [4]，有些水印主要應用于數(shù)據(jù)的完完整性檢測 [5]，以驗證載體作品是否被篡改，這種應用要求水印需要有較 強的敏感性，則我們就應嵌入脆弱性水印 [6]． 在很多的研究中，那些算法都是 基于 魯棒性的算法，但也有許多研究工作者對脆弱性水印進行了研究 ． 本文主要研究內容 由于各類文獻的水印算法層出不窮，但算法的性能卻良莠不齊，對水印算法性能及特性的分析研究也顯得愈發(fā)重要 ． 本文的研究工作主要是 對選定的幾種水印算法的性能及特性進行分析評估，從而了解它們的優(yōu)缺點，找出它們的適用環(huán)境，并對其中部分算法的瑕疵給出適當?shù)母倪M建議 ． 本文的結構如下： 第 1章為緒論 ． 簡單介紹數(shù)字水印 技術的研究背景、應用及研究現(xiàn)狀； 第 2章對數(shù)字水印技術 中的常用技術 離散小波變換 [7]和奇異值分解 [7]進行了行了全面的介 紹 ， 詳細描述了 它們 的概念、 算法和 特點 [8]； 第 3章至第 6章的每一章都介紹了一種文獻中的算法，并對算法進行了仿真實驗和簡單的性質分析 [9]． 第 7章以表格列出了第 3章至第 6章的四種算法的仿真實驗的結 果，并對列出的參數(shù)進行了簡單的對比． 最后 為 結論 ，對本文 中提到的四種算法的 數(shù)據(jù)容量、隱蔽性、魯棒性和安全性以及適用領域 進行了 分析和總結 ． 東北電力大學本科畢業(yè)論文 6 第 2 章 離散小波變換和奇異值分解的研究綜述 引言 在本 章 中， 介紹了 基于離散小波變換（ DWT）和 一種叫做 奇異值分解 的廣泛用于分析信號處理應用像 是 數(shù)字水印，人臉識別，指紋識別等 的 數(shù)值技術 ． 離散小波變換 1945 年 由 Gabor 提出了 小波理論的基本思想 ， 小波理論 的基本思想 是根據(jù)比例和時間來分析 一個 信號 ． 傅立葉變換 能 識別信號中存在的所有頻譜分量 ， 但傅立葉變 換的主要缺點是，它不提供 相關組成部分 的時間定位的任何信息 ． 小波使我們能夠在空間和時間域分解圖像 ． 二維 的 小波變換可以被表示為一個二維尺度函數(shù) ),( yx? 和三個二維小波 函數(shù) ),( yxH? ， ),( yxV? ， ),( yxD? ． 一個NM?尺寸 的 圖像 的 離散小波變換),yf定義為： ? ??????1010 ..00 ),(),(1),( MxNy nmj yxyxfMNnmjW ?? （ 21） ? ??????1010 , ),(),(1),( MxNyi nmji yxyxfMNnmjW ?? （ 22） 其中},{ DVHi，是一個任意值．),0 nmW?在0j值域內定義了一個)xf的低頻系數(shù)，),( nji?在0jj?值域內定義了水平，垂直和傾斜細節(jié)． 在離散小波變換的幫助下，可以將圖像分 解為 4 個叫做低頻子帶的子帶和屬于三個不同位置的高頻子帶．低頻子帶包含了圖像的均值信息和最大能量，而高頻子帶包含了圖像的細節(jié)．相對高頻子帶代表最優(yōu)尺度的小波系數(shù)，低頻子帶表示的是粗略等級的小波系數(shù)．為了得到更高的魯棒性，在 本文 提出的水印方案中選擇了低頻子帶，因為高頻子帶對圖像處理操作沒有表現(xiàn)出抵抗力． 離散小波變換 的主要特征源于在對數(shù)刻度上恒定帶寬的頻率信道中的圖像的分解的多 尺度的分析 ． 第 2 章 離散小波變換和奇異值分解的研究綜述 7 奇異值分解 奇異值分解是一種線性代數(shù)中分析矩陣的重要技術，被應用于許多圖像處理應用中，像是圖像壓縮，人臉識別，圖像 放大，水印等．奇異值分解把一個大小為 NM?的矩陣分解為三個矩陣，分別是 U， S 和 V．例如： )(][ AsvdUSV ? （ 23） 這里大小為 M?的 U和大小為 NN? 的 V都是單位正交矩陣，也就是每一列的平方和都一致并且 所有列都是不相關的， S 是一個大小為 NM? 的正交矩陣，因此],[ 121 mrr uuuuu ????? ?是一個構成規(guī)范正交基的列向量，即 miji jiuu jti ,2,101 ????? ??? ，其中，若，若 （ 24） 同樣的， V是一個大小為 NN?的正交矩陣，因此 ],[ 121 nrr vvvvvV ??? ?是一個構成規(guī)范正交基的列向量，即 niji jivv jti ,2,101 ????? ??? ，其中，若，若 （ 25） S 是一個大小為 NM? 的對角矩陣，它的對角線元素是按降序排列的代表圖像亮度的奇異值， U， V部分叫做 A 的左右奇異向量，39。摘 要 I 摘 要 本文對多種數(shù)字水印算法進行了研究、對比和改進 ．首先 基于 matlab 編程進行實際檢驗， 驗證算法的可行性，然后從水印的置亂、嵌入和提取三個方面，根據(jù)實際檢驗的參數(shù) 對這些算法的魯棒性、抗攻擊性和隱蔽性進行了對比分析，同時測量了各水印算法的數(shù)據(jù)容量，并 對 部分 算法中的瑕疵給出了改進建議 ． 其中魯棒性的檢驗主要是對水印后的圖像進行 JPEG 壓縮、旋轉、裁剪等操作，然后觀察提取出的水印圖像是否被破壞，并用實際數(shù)據(jù)表示破壞程度，進行對比分析．不同水印算法的數(shù)據(jù)容量的測量主要是通過計算同一原始圖像中可以嵌入的水印 圖像的大小，并測量水印圖像的數(shù)據(jù)量來實現(xiàn)． 關鍵詞 數(shù)字水?。恍〔ㄗ儞Q； 離散余弦變換； 奇異值分解； Matlab Abstract II Abstract In this paper, a variety of digital watermarking algorithm is studied, pared and improved. Firstly, based on the MATLAB programming of the actual test, verify the feasibility of the algorithm. And then, from the scrambling, embedding and extracting th