【正文】 Patchwork 是麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室 Walter Bender 等人提出的一種數(shù)字水印算法。 空域算法 空域水印算法是直接寫該圖像像素值的方法。 167。即使是輕微的改動(dòng)也都可以使嵌入的水印失效，此技術(shù)用于法庭、醫(yī)院、商業(yè)等領(lǐng)域，特別是在傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中 將會(huì) 得到廣發(fā)地應(yīng)用。當(dāng)然其他票據(jù)和支票的偽造更是不在話下。數(shù)字水印技術(shù)能夠使嵌入到作品中的水印不可見(jiàn)，因此不影響作品的美觀和質(zhì)量。 167。 票證防偽水印是 一類比較特殊的水印，主要用于打印票據(jù)和電子票據(jù)、各種證件的防偽 ； 版權(quán)標(biāo)識(shí)水印是目前研究最多的一類數(shù)字水印 。有意義水印是指水印本身也是某個(gè)數(shù)字圖像（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片段的編碼 ，包括產(chǎn)品有著的 ID 號(hào)、產(chǎn)品序列號(hào)、文本、公司標(biāo)志、數(shù)字簽名以及其他本科畢業(yè)論文 14 各種有意義的符號(hào)圖像（包括二值圖像、灰度圖像和彩色圖像），該類水印產(chǎn)生算法較復(fù)雜，產(chǎn)生的水印能夠提供較多信息，可以滿足不同應(yīng)用需要 ；無(wú)意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào) ，該水印產(chǎn)生較簡(jiǎn)單，用相關(guān)的檢測(cè)方法對(duì)其產(chǎn)生的水印檢測(cè)，通常檢測(cè)結(jié)果包含的信息量較少，僅包含一些必要的判別信息（水印媒體中是否含有所加的水印信號(hào)）， 不能滿足更多需要， 故其 應(yīng)用范圍有限 。 按水印檢測(cè)過(guò)程劃分 按水印的檢測(cè)過(guò)程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印 、 盲水印 和半盲水印 。 不可見(jiàn)水印又可以分為魯棒性數(shù)字水印和脆弱性數(shù)字水印兩類。 數(shù)字水印的分類 數(shù)字水印分類方法很多，不同的標(biāo)準(zhǔn) 導(dǎo)致了不同的分類，它們之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。 自恢復(fù)性 水印信息經(jīng)過(guò)一些操作或變 換后，可能會(huì)使原圖產(chǎn)生較大的破壞，自恢復(fù)性表示僅從留下的片段數(shù)據(jù)便能恢復(fù)出水印信息，而且恢復(fù)過(guò)程無(wú)須原始圖像。一個(gè)數(shù)字水印應(yīng)該能夠承受大量的、不同的物理和幾何失真，包括有意的（如惡意攻擊）或無(wú)意的（如圖像壓縮、濾波、掃描、復(fù)印、噪聲污染、尺寸變化等）。 隱形性（不可感知性） 數(shù)字水印應(yīng)是不可感知的，不可感知包含兩方面的意思，一方面是指視覺(jué)上的不可見(jiàn)性，即因嵌入水印導(dǎo)致圖像的變化對(duì)觀察者的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)講應(yīng)該是不可察覺(jué)的，最理想的情況是水印圖像與原始圖像在視覺(jué)上一模一樣，這是絕大多數(shù)水印算法所應(yīng)達(dá)到的要求；另一方面水印用統(tǒng)計(jì)方法也是不能恢復(fù)的，如對(duì)大量用同樣方法和水印處理過(guò)的信息產(chǎn)品，即使用統(tǒng)計(jì)方法也無(wú)法提取水印或確定水印的存在。 數(shù)字水印的特點(diǎn) 不同的應(yīng)用對(duì)數(shù)字水印的要求不盡相同，一般認(rèn)為數(shù)字水印應(yīng)具有如下特點(diǎn)： 1. 安全性（可證明性 ） 數(shù)字水印中的信息應(yīng)是安全的，難以被篡改或偽造，同時(shí)有較低的誤檢測(cè)率。 水印的提取和檢測(cè) 水印的提取及檢測(cè)是從含有水印的圖像中提取水印信號(hào)或檢測(cè)水印圖像中是否有所加入的水印信號(hào)。 削去攻擊：削去 攻擊試圖通過(guò)分析水印化數(shù)據(jù)，估計(jì)圖像中的水印，將水印化數(shù)據(jù)分離成為載體數(shù)據(jù)和水印信號(hào)，然后拋棄水印，得到?jīng)]有水印的載體數(shù)據(jù)，達(dá)到非法盜用的目的。 穩(wěn)健性攻擊：穩(wěn)健性攻擊 是 試圖對(duì)整個(gè)水印化數(shù)據(jù)（嵌入水印后的載體數(shù)據(jù)）進(jìn)行操作來(lái)削弱嵌入的水印的幅度（而不是試圖識(shí)別水印或分離水?。?，導(dǎo)致數(shù)字水印提取發(fā)生錯(cuò)誤，甚至根本提取不出水印信號(hào)。 數(shù)字水印的攻擊 對(duì)數(shù)字水印的攻擊一般是針對(duì)水印的穩(wěn)健性而言的，數(shù)字水印的穩(wěn)健性是指信在經(jīng)歷多種無(wú)意或有意的信息處理后，仍能被準(zhǔn)確的檢測(cè)辨認(rèn)或水印保持了相對(duì)的完整性。 數(shù)字水印的結(jié)構(gòu)不僅影響水印生成算法的復(fù)雜性，而且對(duì)水印的魯棒性、不可見(jiàn)性也有影響。 圖 21 數(shù)字水印系統(tǒng)基本框架 本科畢業(yè)論文 10 其中符號(hào)分別定義如下： k：表水印密鑰的集合（可選） m：表原始信息的集合 w：水印信號(hào)的集合 x：要保護(hù)的數(shù)字 產(chǎn)品集合 G：利用 k， m， X 共同生成水印的算法 G： M*X*K?W， W=G(m， x， k) Em：將水印信號(hào)嵌入數(shù)字產(chǎn)品中的嵌入 。數(shù)字水印是通過(guò)計(jì)算機(jī)以一定算法嵌入的，一般不易被感知，只能通過(guò)計(jì)算機(jī)提取和檢測(cè)。 從數(shù)字水印的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，無(wú)論是在版權(quán)保護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域、內(nèi)容認(rèn)證領(lǐng)域還是在其他領(lǐng)域，僅是 水印的魯棒性、安全性和評(píng)測(cè)基準(zhǔn)等就有許多亟待解決的問(wèn)題，對(duì)數(shù)字水印技術(shù)熱點(diǎn)和難點(diǎn)的研究將會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間。水印算法的安全性不能靠算法的保密而得到，而應(yīng)與其他一些技術(shù)相配合才能抵抗各種攻擊，因此密碼學(xué)技術(shù)、認(rèn)證技術(shù)、數(shù)字簽名等技術(shù)配合，正確評(píng)價(jià)一個(gè)完整的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)方案，不同數(shù)字產(chǎn)品水印的安全等 級(jí)劃分等是需要解決的問(wèn)題 數(shù)字水印的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題 本科畢業(yè)論文 8 數(shù)字水印算法一般是針對(duì)某一類的應(yīng)用，不同的應(yīng)用類型其算法也不相同。對(duì)于已嵌入水印的圖像，非授權(quán)人只能使用而無(wú)法剔除，要求 水印質(zhì)量 越高越好。 圖 12 1990 年到 2020 年 SCI（ E）收錄的論文數(shù)量分布圖 167。隨后，分別 在西安、大連、廣州、 哈爾濱工業(yè) 分別舉行了 第三代六屆信息隱藏學(xué)術(shù)年會(huì)，并于 2020 年 11 月在南京召開(kāi)了第七屆大會(huì)，會(huì)議聚集了國(guó)內(nèi)信息安全界的專家、學(xué)者和權(quán)威人士，一起就信息安全技術(shù)進(jìn)行研討 。同年 1 月，召開(kāi)了國(guó)內(nèi)第一屆數(shù)字水印技術(shù)研討會(huì)，并建立了數(shù)字 水印研究主頁(yè)和郵件列表。 167。 另外，在 IEEE 和 SPIE 等一些國(guó)際重要會(huì)議上也開(kāi)辟了與數(shù)字水印相關(guān)的專題，歐洲已經(jīng)有較大的工程項(xiàng)目如 VIVA 和 ACTS 中都有數(shù)字水印 方面的專項(xiàng)研究。從此數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展階段。 將近 18 世紀(jì)末期，“水印”這個(gè) 術(shù)語(yǔ) 已經(jīng)形成，但很難確切說(shuō)明數(shù)字水印是被誰(shuí)第一次論述的。所以在網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的今天，數(shù)字水印 的 研究更具有 現(xiàn)實(shí) 意義。因?yàn)殡S著部隊(duì)信息化建設(shè)的快速進(jìn)行，網(wǎng)上辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的使用，給部隊(duì)日常工作帶來(lái)高速、便捷的同時(shí)，也存在著巨大的隱患，每天都 有大量的涉密信息在互聯(lián)網(wǎng)或者網(wǎng)上傳輸，信息的安全保護(hù)工作變得非常重要，但目前的信息安全保密方法、手段不是很完善，很容易被攻擊，造成巨大的損失。 因此如何在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)施有效的版權(quán)保護(hù)和信息安全手段，成為了國(guó)際學(xué)術(shù)界、企業(yè)界以及政府有關(guān)部門亟待解決的問(wèn)題，在這些需求的驅(qū)動(dòng)下，數(shù)字水印技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。媒體信息的電子形式正在廣泛的取代紙張形式，作為儲(chǔ)存信息的主要形式。 介紹了數(shù)字水印的基本框架和嵌入與提取原理及基本算法。目前迫切需要解決對(duì) 圖像 實(shí)施保護(hù)，追蹤非法復(fù)制、發(fā)行、篡改或偽造等問(wèn)題的方法。數(shù)字水印可以標(biāo)識(shí)作者、所有者、發(fā)行者、使用者等，并攜帶 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。但是，僅采用密碼技術(shù)的一大缺點(diǎn)是所加密的數(shù)字內(nèi)容在解密之后，就沒(méi)有有效的手段來(lái)保證其不被非法拷貝、再次傳播和盜用。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ............................................................................27 第 4 章 總結(jié)與展望 ...............................................................................30 結(jié) 論 ......................................................................................................31 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................32 致 謝 ......................................................................................................34 附錄 ..........................................................................................................35 外文資料 ..................................................................................................41 外文資料譯文 .........................................................................................52 本科畢業(yè)論文 1 前 言 多媒體存儲(chǔ)和傳輸技術(shù)的進(jìn)步使存儲(chǔ)和傳輸數(shù)字化信息成為可能，同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，傳播數(shù)字多 媒體信息也越來(lái)越方便快捷，迅速興起的 Inter 以電子印刷出版、電子廣告、數(shù)字倉(cāng)庫(kù)和數(shù)字圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)視頻和音頻、電子商務(wù)等新的服務(wù)和運(yùn)作方式為商業(yè)、科研、娛樂(lè)等帶來(lái)了許多機(jī)會(huì)。 MATLAB 研究數(shù)字水印的優(yōu)點(diǎn) ....................................25 本科畢業(yè)論文 IV 167。 離散余弦變換的特點(diǎn) ........................................................21 167。 生理模型算法 ....................................................................19 167。 空域算法 .............................................................................16 167。 數(shù)字水印的特點(diǎn) .......................................................................12 167。 國(guó)際現(xiàn)狀 ............................................................................. 4 167。實(shí)驗(yàn)證明這種方法具有嵌入容量大、魯棒性好、簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。由于數(shù)字作品極易被非法復(fù)制和篡改，目前對(duì)多媒體作品的侵權(quán)也變得更加容易，損害 了作者及版權(quán)所有者的利益，使得數(shù)字作品的信息安全保護(hù)成為一個(gè)急需 解決的問(wèn)題。人們可以輕松地從因特網(wǎng)上獲取各種數(shù)字作品。 本文以 灰度 圖像為研究對(duì)象，簡(jiǎn)要介紹數(shù)字水印的研究背景、基本特征、分類及應(yīng)用，系統(tǒng)闡述了數(shù)字水印技術(shù)的基本原理和典型算法，并著重研究基于分塊的 DCT 算法，本算法有效的解決了不可見(jiàn)性和魯棒性之間的矛盾，大幅擴(kuò)展了水印信息的嵌入容量，增強(qiáng)了算法的魯棒性和安全性，該算法可以實(shí)現(xiàn) JPEG 壓縮、濾波、添加噪聲、亮度對(duì)比等變換攻擊下，至少能夠提取出一個(gè)或一個(gè)以上信息。 國(guó)內(nèi)外數(shù)字水印研究現(xiàn)狀 ........................................................ 4 167。 數(shù)字水印的概念 ........................................................................ 9 167。 數(shù)字水印算法 ............................................................................15 167。 NEC 算法 ............................................................................18 167。 離散余弦變換（ DCT）的定義 .......................................20 167。 簡(jiǎn)介 ....................................................................................25 167。 實(shí)驗(yàn)源程序 ........................................................................27 167。密碼學(xué)的加密原理或置亂技術(shù)能保證數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容的安全傳送，同時(shí)，可作為存取控制或征收費(fèi)用的手段，因?yàn)橹挥杏脩艋虬鏅?quán)所有者才有密鑰，只有他們 可以解密或恢復(fù)置亂從而得到數(shù)字產(chǎn)品的真實(shí)內(nèi)容。在某種意義上說(shuō)，水印對(duì)局外人是不可見(jiàn)的 (透明的 ),但算法本身能提供有效的檢測(cè)手段。這些數(shù)據(jù)信息如果被篡改將會(huì)產(chǎn)生難以預(yù) 料的嚴(yán)重后果，因而使得保護(hù)數(shù)字 圖像 比保護(hù)音頻、視頻或 文本 之類的信息更加重要。 本論文主要介紹了數(shù)字水印這一技術(shù)的主要應(yīng)用，主要是對(duì)在版 權(quán)保護(hù)中起作用的基本技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的 論述 。 課題背景與意義 目前隨著因特網(wǎng)的普及、信息處理技術(shù)和通信手段的飛速發(fā)展，使得 人們可以方便地利用數(shù)字設(shè)備，輕松地制作、傳播、處理和存儲(chǔ)圖像、語(yǔ)言、文本和視頻信息等媒體。但在數(shù)字時(shí)代，每份拷貝，無(wú)論是授權(quán)或是非授權(quán)的，都可以保持相同的質(zhì)量水準(zhǔn)，完全不損失作品的質(zhì)量。 研究出具有實(shí)用價(jià)值的水印系統(tǒng)不僅對(duì)版權(quán)保護(hù)具有十分重要的意義而且在部隊(duì)信息傳輸應(yīng)用方面也具有廣闊的前景。 從以上的分析可以看出，對(duì)于知識(shí)