【正文】 果 采用有 含義 的圖像作為水印 來(lái)嵌入 ， 那么 在 檢測(cè)水印的 過(guò)程中， 假若 其它原因致使提取的水印 損壞 ， 大家 仍可通過(guò) 知覺(jué) 確認(rèn)到底是不是 含有水印。 與此同時(shí) ，國(guó)家也非常重視信息安全產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，在 2020 年的 《 科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金若干重點(diǎn)項(xiàng)目指南》中，明確指出了對(duì)于數(shù)字產(chǎn)品產(chǎn)權(quán)保護(hù) (基于數(shù)字水印、信息隱藏、或者網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證等先進(jìn)技術(shù) )和個(gè)性化陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 34 頁(yè) 產(chǎn)品 (證件 )的防偽 )等多項(xiàng)防盜版和防偽技術(shù) 給以 重點(diǎn)支持。 部分學(xué)者對(duì)于水印系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià) 已經(jīng)做了一些 最 初步 的 研究，但 是當(dāng)前仍然 缺 少評(píng)估 水印系統(tǒng)性能合理 性 的通用標(biāo)準(zhǔn)， 其中包含怎樣 客觀地 評(píng)價(jià) 各種水印算法的性能， 怎樣 通過(guò)可靠的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇 合適的 水印方案， 怎樣 對(duì)數(shù)字水印 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的攻擊測(cè)試 ，以及 怎樣 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化地分析測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)果等。 當(dāng)要 設(shè)計(jì)一個(gè) 比較 完整的水印系統(tǒng) 時(shí)， 水印的魯棒性、嵌入的 可能 水印能量以及 水印 不 能 感知性 ，它們 之間 必須 達(dá)到平衡 。 能不能 從理論上 去 指導(dǎo)選擇宿主信號(hào)，在理論指導(dǎo)下 能不能找出水印 信號(hào) 嵌入的最佳 的 位置等。所以 ，能不能 從理論上 算出原來(lái) 載體可 以 嵌入的最大 的 水印強(qiáng)度， 并 且在感官上 能夠 不容易 被 察覺(jué) ， 以及對(duì)嵌入 了 水印 以 后的 原 載體質(zhì)量 的 降低程度評(píng)估 ，這些 問(wèn)題的研究 仍然 很有意義。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 34 頁(yè) 應(yīng)用研究 數(shù)字水印技術(shù) 有著非常寬廣的應(yīng)用 ， 當(dāng)今 比較活躍的 研究 系統(tǒng)有：圖書館電子 資料 水印保護(hù) 、票據(jù) 水印 防偽、數(shù)字 產(chǎn)品 電子交易、身份證防偽 水印 等?？茖W(xué)的測(cè)評(píng)體系 是 標(biāo)準(zhǔn)化工作的基礎(chǔ)， 假若 沒(méi)有 一個(gè)公認(rèn)的、符合需求的 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) ，技術(shù)方案之間就 沒(méi)有辦法去 比較優(yōu)劣 性 ，更談不上 去 形成 一個(gè) 統(tǒng)一的技術(shù) 準(zhǔn)則 。水印生成協(xié)議、水印嵌入?yún)f(xié)議 都屬于水印協(xié)議 。數(shù)字水印具備 這些 的特性 時(shí)我們稱它具有魯棒性 ：當(dāng)被保護(hù)的信息經(jīng)過(guò) 如 傳輸、過(guò)濾操作、編碼、放大、加入噪聲等 操作的 改動(dòng)后，嵌入的信息應(yīng)保持 它的 完整性， 一般 不能去除，并 以 一定的正確概率被檢測(cè)到。 （ 2）不可感知性 （ Imperceptibility） ： 不可感知的字面意思為 “很難 覺(jué)察，感覺(jué)不 到”，是指水印信息在嵌入后，被保護(hù)的信息不應(yīng)該引起原始被保護(hù)信息質(zhì)量的大幅下降和視覺(jué)效果的顯著變化。雖然這種技術(shù)很困難，但是它并不是不可能，因?yàn)槿祟惖闹X(jué)系統(tǒng)也并不是特別精確，不可感知并不是絕對(duì)感覺(jué)不到的。如果一個(gè)水印不能具備陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 34 頁(yè) 可以檢測(cè)性，那么這個(gè)水印也就失去了它的意義。尤其是隱蔽通 信領(lǐng)域的特殊性，對(duì)水印的容量希求很大。 例如 ，在照片中加入拍攝 的 時(shí)間、地點(diǎn)、作者等；在音樂(lè)中隱藏樂(lè)典的簡(jiǎn)介、作曲、訪問(wèn)鏈接等。 數(shù)字水印 的 技術(shù) 因?yàn)?自身的優(yōu)點(diǎn) 很多，很多的 應(yīng)用領(lǐng)域 都在 關(guān)注，但是 目前 技術(shù) 自身 還不能完全滿足安全性 和 可用性等要求。 當(dāng)需要 當(dāng)場(chǎng)聲明 一個(gè) 數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)歸屬，威懾和約束盜版者，對(duì) 于 數(shù)字 的 產(chǎn)品進(jìn)行宣傳 是就采用可見水印 。 如果是 用于完整性認(rèn)證和內(nèi)容保護(hù) 就采用脆弱數(shù)字水印 。 對(duì) 有意義 的 水印 來(lái)說(shuō)，優(yōu)點(diǎn)在于 ，如果由于受到 各種攻擊 或其它原因致使水印破損，人們?nèi)钥梢酝ㄟ^(guò) 知覺(jué)系統(tǒng) 確認(rèn) 水印是否存在 。頻域 的 方法 則 是水印 被 添加到原始圖像的某種變換系數(shù)中， 可以 與數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，如 JPEG 等兼容。 數(shù)字水印技術(shù)原理和基本模型 所謂 的 數(shù)字水印 ，就 是 要 嵌入在數(shù)字產(chǎn)品中的信號(hào)，可以是圖像、符號(hào)、數(shù)字等一切可以作為標(biāo)識(shí)的信息。 如果是 從圖像處理的角度 來(lái)看 ，嵌入水印信號(hào) 的過(guò)程 可以 認(rèn)為是 在 一個(gè) 強(qiáng)背景（原始圖像）下又疊加一個(gè)弱信號(hào)（水印）， 前提是 疊加的水印信號(hào)強(qiáng)度 必須要 低于 HVS（ Human Vision System）的對(duì)比度門限 。 這樣的 框架大致 可以 分為 下面 三步： 步驟 1：生成 水印信號(hào) ： 按照 不同的 需求 ，有時(shí) 候 要對(duì) 需要對(duì) 水印信息進(jìn)行預(yù)處理，最 后 水印信號(hào)形成。這一步是 非常重要陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 34 頁(yè) 的。 實(shí)際應(yīng)用 的水印技術(shù)整體設(shè)計(jì)方案可以用圖 、圖 來(lái)概括描述 [7]。 圖 為提取水印信息模型， 等待 檢測(cè)的含水印 的 信息 有 可能受過(guò)攻擊，在進(jìn)行 恢復(fù) 水印信息時(shí)，可以 按照 所采用具體 嵌入的 方法不 一樣 ， 選擇 應(yīng)用 和 不應(yīng)用原始信息 和 水印信息來(lái) 恢復(fù) 嵌入的水印信息。 空間域算 法嵌入的信息量 比較 大，最大 缺點(diǎn) 就在于 魯棒性比較差。 然而 ， 因?yàn)樗且?種 較 大數(shù)據(jù)量的信息隱藏 的 方法， LSB算法 仍占據(jù)著 很 重要的地位 [9]。 (3)NEC算法 這個(gè) 算法 是 由 NEC 實(shí)驗(yàn)室的 Cox 等人提出 來(lái)的 ， 它的 實(shí)現(xiàn)方法是，首先產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，該序列具 是具 有高斯 N(0， 1)分布 的 ，其次對(duì)圖像 進(jìn)行 DCT 變換，最后用偽隨機(jī)高斯序列來(lái)調(diào)制 (疊加 )DCT 系數(shù)。 接下來(lái)所 介紹的變換域 的 算法是目前 所 研究的熱點(diǎn) 算法 。 (1)DCT變換 數(shù)碼率壓縮需要常用的一個(gè)變換編碼方法 是 離散余弦變換。到達(dá)接收端以后 要通過(guò)反離散余弦變換 再 回到圖像空間，雖然會(huì)有失真，但 對(duì)于 人類視覺(jué) 來(lái)說(shuō)還是 可以接受的。 由 等人提出 來(lái) 的塔式水印，對(duì)宿主圖像作多層小波變換，并在每一層 變換后在 小波變換系數(shù)上加入水印 [10]。正因?yàn)橛兴≡馐芄舻拇嬖?，才有了水印算法研究的不斷深入。主?dòng)攻擊目的是胡亂改變或著破壞水印，讓合法用戶也無(wú)法去讀取水印信息，相比而言，被動(dòng)的攻擊則是試圖去破解水印算法。防止這一攻擊的最有效辦法就是研究出不可逆水印嵌入算法。 （ 5）協(xié)議攻擊：這種攻擊和上面的幾種攻擊手段不一樣，它并不是針對(duì)具體的算法，不會(huì)破壞水印自身，而是根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)數(shù)字水印的基本框架進(jìn)行攻擊。 （ 7）馬賽克攻擊：由于通常的水印算法都要求原始圖像的大小不小于某個(gè)值，因此，攻擊者將水印圖像分割為若干很小的圖像，再在瀏覽器中將這些子圖像依次拼接起來(lái)，與含水印圖像有相同的視覺(jué)效果。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 34 頁(yè) LSB 是一種 比較 典型的空域數(shù)據(jù)隱藏法， 這個(gè) 方法將特定的 標(biāo)識(shí) 隱藏 在 數(shù)字音頻和數(shù)字圖像內(nèi)。這樣， 就 把整個(gè)圖像分解為 了 8 個(gè)位平面， LSB(最低有效位 0)到 MSB（最高有效位 7）。 LSB方法正是利用這一點(diǎn)在圖像低位隱藏入水印信息。 算法 的 基本步驟 ： 得到的 含 有秘密信息的像素值十進(jìn) 制轉(zhuǎn)換為 相應(yīng)的 二進(jìn)制數(shù)據(jù)； 用二進(jìn)制秘密信息中每一比特 的 信息替換與之相對(duì)應(yīng)的 原來(lái) 載體數(shù)據(jù)的最低有效位； 得到的含秘密信息的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 的 像素值， 這樣就 獲得 了 含 有 秘密信息的圖像。 LSB 算法的實(shí)現(xiàn) LSB 算法 的 實(shí)現(xiàn) 是比較 簡(jiǎn)單 的 ，首先，需要考慮嵌入的數(shù)據(jù)量，如果嵌入的 是 最低 1 位， 那么可以嵌入的信息量是原始圖像 信息量 的 1/8,如果 嵌入 最低兩位，則嵌入的信息量則是 1/4。最后，對(duì)原始圖像中要使用的最低位置 copy0，再將數(shù)字水印數(shù)據(jù) 嵌入到 原始圖像的最低位 就可以了 。 LSB 算法 很 簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn) 比較 容易，同時(shí) 還 可以保證數(shù)字水印的不可見性，由于在最低位的每個(gè)像素 值 上都插入數(shù)字水印信息， 所以 有較大的信息嵌入量。其中最重要的就是對(duì)水印圖像的處理，因?yàn)樵谔幚硭D像之前，讀入的原始圖像和水印圖像都會(huì)確定它的尺寸，然后對(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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 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 表示的是原始圖像，圖 表示的是嵌入水印后的結(jié)果圖像，通過(guò)圖示顯示，可知 LSB 算 法的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和保證水印的不可見性，通過(guò)肉眼是看不見兩幅圖的差異的，那么，怎樣要驗(yàn)證水印信息是嵌入進(jìn)去的，就要經(jīng)過(guò)下文的提取進(jìn)行驗(yàn)證。所以提取出來(lái)的水印陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 34 頁(yè) 尺寸和原 始圖像一樣，如下圖 所示。水印圖形依然采用 267x107 的帶有“ copyright”字樣的灰度圖片，如上圖 所示。 （ 2）通過(guò)提取水印的過(guò)程算法將水印從原始圖像中提取出來(lái)，如下圖 。由此可以看出，無(wú)論是 BMP 格式的圖片還是 JPG格式的圖片，都能基于 LSB算法進(jìn)行水印的嵌入與提取。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證 LSB 算法的適用性，在這里采用 選用了一張 288x384 的 JPEG 格式圖片。說(shuō)明任何格式的圖片都可以基于 LSB算法進(jìn)行水印嵌入。所以提取出來(lái)的水印尺寸和原始圖像一樣，如下圖 所示。 圖 高斯濾波后提取的水印圖像 結(jié)果如上圖 ，原圖像經(jīng)過(guò)濾波處理后，嵌入的水印已經(jīng)不能被提取出來(lái)，說(shuō)明 LSB 算法在水印提取方面沒(méi)有很好地適用性。 由以上三幅圖可以清楚地驗(yàn)證 LSB算法的魯棒性很差，不易受到攻擊。 通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，理解到了水印的嵌入和提取過(guò)程，了解到了水印的用處和價(jià)值，在以 后的實(shí)際生活中也可以采用 LSB 算法實(shí)現(xiàn)水印的嵌入，可以起到圖像版權(quán)或者防止篡改的保護(hù)性。 數(shù)字水印技術(shù)是一門多學(xué)科交叉的新興應(yīng)用技術(shù)，它涉 及了 各 科領(lǐng)域的 基本 思想 與 理論， 例 如數(shù)字 圖像處理、密碼 信息 學(xué)、編碼 與 理論、檢測(cè)理論、數(shù)字通信、計(jì)算機(jī)科學(xué)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等 學(xué)科問(wèn)題 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 34 頁(yè) 致謝 畢業(yè)在即 ， 而畢業(yè)論文則是畢業(yè)前的最后一環(huán) ， 也是非常重要的一環(huán) 。 大學(xué)四年一路走來(lái) ， 我在課堂上學(xué)習(xí)了不少相關(guān)知識(shí) 。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中 ， 陳老師給我指明了思路 ， 軟件程序設(shè)計(jì)等 。 總之 ， 無(wú)論是從學(xué)生 、 老師還是到學(xué)校 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 34 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 丁俊義 ，陳泳章．?dāng)?shù)字水印技術(shù)研宄 [J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用， 2020,9(2)： 6971. 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