【正文】 實驗環(huán)境： 可實現數字水印技術的高效實用工具 —— Matlab Matlab 簡介 Matlab 是當前在國內外十分流行的工程設計和系統(tǒng)仿真軟件包。 我們把平方可積的函數 f(t) )(2 RL? 看成使某一逐級逼近的極限情況，每級 周揚 :基于小波變換的數字水印技術研究 30 逼近都是用某一低通平滑函數 ? (t)對 f(t)做平滑的結果，在逐級逼近時平滑函數 ) )(t? 也做逐級伸縮，這就是“多分辨率” ???，即用不同分辨率來逐級逼近待分析函數 f(t)。所以在尺度 j 下，由于 ????????? tf0?的帶寬時 ??t? 的 aj0 倍，因此采樣間隔可以擴大 aj0 ，同時也不會引起信息的丟失。在理想情況下，離散后的小波基函數 )(, tnm? 滿足正交完備性條件，此時小波 變換后的系數沒有任何冗余，這樣就大大地壓縮了數據，并且減少了計算量。 連續(xù)小波變換 將任意 L2 (R)空間中的函 數 f(t )在小波基下展開，稱這種展開為函數 f(t )的連續(xù)小波變換 (ContinueW aveletTr ansform，簡稱為 CWT)，其表達式為 : WT ? ??,af = )(),( , ttf a?? = a1 ?Rt)( tdat ?????? ??? （ ） 由以上定義，我們可以看出小波變換和傅立葉變換一樣，也是一種 積分變換， WT ),( ?af ,灼為小波變換系數。 Mallat 受金字塔算法的啟發(fā)，以多分辨率分析為基礎提出了著名的快速小波算法一 Mallat 算法 (FWT)，這是小波理論突破性的成果，其作用和地位相當于 Fourier 分析中的 FFT. Mallat算法的提出宣告小波從理論研究走向寬廣的應用研究。提出了多尺度分析的思想。 1946年 Gabor提出的加窗 Fourier變換 (或稱短時 Fourier 變換 )對彌補 Fourier 變換的不足起到了一定的作用，但并沒有徹底解決這個問題?！靶〔ā?(Wavelets)是目前科學和工程技術研究中的一個熱門話題。同時可通過檢測每個數據塊中的水印信號，來 確定作品的完整性。即使在網絡安全技術成熟以后，各種電子票據也還需要一些非密碼的認證方式。 數字水印的主要應用有以下幾個方面： （如電腦美術、掃描圖像、數字音樂、視頻、三維動畫）的版權保護是當前的熱點問題。但是 DFT變換不具有 DCT、 DWT變換那樣有效的圖像能量壓縮性質，不能更好與人類視覺系統(tǒng)相結合，用 DFT方法實現的水印系統(tǒng)抗壓縮的能力很弱。因此，傳送變換系數的數碼率要大大小于傳送圖像像素所用的數碼率。算法是將水印嵌入到 DFT系數的相位信息中，其依據是 Hayes的結論“從圖像可理解性的角度，相位信息比幅度信息更重要”?，F在的研究中大多使用變換域方法。 (3)文檔結構微調法 由 Brassil等人首先提出了主種通用文檔圖像中隱藏特定二進制信息的技術，數字水印信息通過微調整個文檔中的上、下結構來完成編碼。 LSB水印的檢測是通過待測圖像與水印圖像的相關運算和統(tǒng)計決策實現的。學者們用各自學科的獨特視角來研究數字水印，相繼出現了多種數字水印算法，下面介紹數字水印系統(tǒng)的典型算法。 數字水印系統(tǒng)應用模型 在前面提過數字水印系統(tǒng)最主要的應用是作為版權保護、防偽和認證等方面，這些應用都離不開網絡。這里用 W代表原始水印圖像， W′是提取出來的水印圖像。 MPSNR（ Masked Peak SignaltoNoise Ratio）掩膜峰值信噪比綜合考慮多種因素對圖像的影響，結合人類視覺特性而形成的度量方法，它充分利用人類視覺系統(tǒng)的敏感度對比特性和掩膜現象，將評估方式建立在人類視覺系統(tǒng)的多信道模型基礎之上，掩膜峰值信噪比可由公式求得： ???????????? ?????dsdsMxNyTxxTxxL UNyxfyxfL UTNML UTL UTM P S N R2101039。 均方差的計算見公式：（針對二維圖像） 21010 )),(),((*1 yxfyxfNMMSE MxNy ?? ? ????? 這里 f(x,y)是原始圖像的像素值， f′ (x,y)是添加水印后圖像的像素值， M、N分別是圖像的高、寬。當使 用主觀測試包括兩個步驟： 第一步：將失真的數據集按照從最好到最壞的次序排列； 第二步：挑選的測試人員對每個數據集進行評定，描述 處理對象的可感知性。此后，攻擊者可聲稱他擁有 Ia的版權，因為攻擊者可利用其偽造原圖 Ib從原圖 I中測出其水印 Wb，原作者也能利用 周揚 :基于小波變換的數字水印技術研究 14 原圖從偽造原圖 Ib中檢測出其水印 Wa，這就產生無法分辨與解釋的情況。 數字水 印技術是用來保護多媒體信息的版權和保證多媒體信息的合法使用，在實際應用中勢必會遭到各種各樣的攻擊。而一般圖像的主要能量均集中于低頻分量上。 如果 )(),( 21 TTji ??? /2，則 D（ i， j） =1。則 c(i,j)=c(i,j) ),( ji? +T2 。 （ 2）第二步，對圖像作小波變換，對于變換后得到的小波系數，選出一個起始位置在（ p1,p2），大小為 N? N的系數矩陣。 下面介紹一種基于小波變換的數字水印方法。 數字水印的基本原理 水印的基本原理是嵌入某些標志數據到宿主數字中作為水印， 使得水印在宿主數據中不可感知和足夠安全。目前學術界研究的數字水印大多數是盲水印。有些特性之間是不相容的，如保真性、魯棒性和信息容量三者之間，必須做權衡的考慮。水印可以用來判別對象是否受到保護，并能夠監(jiān)視被保護數據的傳播、真?zhèn)舞b別以及非法拷貝控制等。水印信息也可以是各種媒體，本文選用了圖像，不過通過適當的調整就可以適應其他類型水印信息的嵌入。在國外數字水印技術研究快速發(fā)展的同時，我國政府和研究機構也加大了重視力度，數字水印技術在我國信息安全領域的地位和作用不斷上升，更多的 專家學者投入到這一研究領域當中。國外研究機構有諸如美國財政部、美國版權工作組、美國洛斯阿莫思國家實驗室、美國海陸空軍研究實驗室、歐洲電信聯盟、德國國家信息技術研究中心、日本 NIT 信息與通信系統(tǒng)研究中心、麻省理工學院的媒體實驗室、瑞士日內瓦大學、多倫多大學、普林斯頓大學、劍橋大學、普度大學等，同時 IBM 、日立、 NEC 、 Pioneer 和 Sony 五家公司還宣布聯合研究并推廣數字 水印技術，取得了大量研究成果。從技術上看，數字作品版 權信息的嵌入和檢測問題，是數字作品版權保護的兩個關鍵問題，它綜合了傳統(tǒng)密碼學的認證和鑒別的優(yōu)點，又加入了穩(wěn)健性要求。該課題研究的目的是深入探討在數字圖像中進行數據隱藏的理論以及相關的人眼視覺系統(tǒng)特性，針對圖像多媒體研究相應的水印嵌入、檢測算法和攻擊水印算法，建立一套比較完善的數字水印的基本理論，采用基 DWT 在數字水印魯棒和不可見性之間取得平衡并盡可能實現較低的復雜度以滿足實用性的要求。 針對上述傳統(tǒng)安全技術的缺陷，許多研究人員開始嘗試用各種信號處理方法對多媒體數據進行隱藏加密，并將該技術用于制作多媒體的數字水印。該技術的出現，無疑將會給網絡化多媒體信息的安全保存和傳送開辟一條全新的途徑。隨之而來的副作用是通過網絡傳輸數字媒體內容使有惡意的個人或團體有可能在沒有得到作品所有者的許可下拷貝和傳播有版權的內容，這樣媒體的安全受到了威脅，也阻礙許 多商業(yè)應用的發(fā)展，因此如何在網絡環(huán)境中實施版權保護（ Copyright Protection）和信息安全（ Information Security）已成為一個迫在眉睫的現實問題。數字水印是近年來在信息安全領域興起的保護知識產權的新方法。 關鍵詞 ：數字水印，小波變換，魯棒性，不可見性， JPEG 壓縮 周揚 :基于小波變換的數字水印技術研究 2 Based on the wavelet transform the digital watermark ABSTRACT Along with the puter and work technology rapid development, and dissemination of digital works have bee increasingly easy to copy, simultaneously allow digital works to protect the security of information and copyright protection has bee an urgent need to address the real issues. In recent years, digital watermarking is in the field of information security emerging intellectual property protection method. It passed in the original data embedded in some important information protected by copyright for the data integrity of media ownership and attribution mention for plete and reliable evidence, thereby to prevent the piracy of digital products and tampering with purpose. In this paper, based on wavelet transform the digital watermarking technology, a wavelet domain based on the binary image watermarking algorithm. The algorithm chosen the test results intuitive, with special significance in the value of the original image as a watermark and embedded in the image scrambling prior to the pretreatment to enhance the safety and concealment。 令人可喜的是，近年來國際信息技術研究領域出現了一個新的研究方向 —— 信息隱藏技術研究。 密碼技術是信息安全技術領域的主 要傳統(tǒng)技術之一，一般采用將明文加密成密文的秘密密鑰系統(tǒng)或公開密鑰系統(tǒng)，其保護方式都是控制文件的存取，即將文件加密成密文，使非法用戶不能解讀。數字水印的研究涉及信息論、編碼理論、通信原理、信號處理、信息安全等多學科多門類。然而，標準的算法必須有其優(yōu)越性、通用性和有效性，并要得到世界各國的認同，所以形成標準是一項艱巨的任務。這是第一篇發(fā)表于重要會議的關于數，水印技術的文章開始的。美國、日本以及荷蘭開始研究用于票據防偽的數字水印技術。從目前的研究發(fā)展來看，我國數字水印學術領域的研究正在蓬勃開展，而且形成了自己獨特的研究思路，相信隨著國內信息化程度的提高、電子政務的推廣和電子商務的普及，作為數字作品版權管理核心技術的數字水印技術將會擁有更加廣闊的應用前景和發(fā)展空間 ????？赡艿男盘柼幚磉^程包括信道 噪聲、濾波、數 /模與模 /數轉換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。 :水印處理算法應該比較容易用軟、硬件實現。 （ 3）按檢 測過程劃分 按水印的檢測過程可以將數字水印劃分為明文水印和盲水印。 （ 5）按用途劃分 不同的應用需求造就了不同的水印技術。然后，對加入了水印信息的信號進行頻域反變換（ IDWT、 IDCT、 DFT、 WP），得到含有水印信息的信號。 ,y39。 對于所有屬于 U和 A交集的點 c(i,j): 如果 A(i,j)=1,并且 B(i,j) 0? 。 這里 T1 ， T2 是水印嵌入的門限，安全系數包括 n,k ,p1 ,p2 ,m,N,S, T1 , T2 。特別的，一個實用的水印算法應該對信號處理、通常的幾何變形（圖像或 視頻數據），以及惡意攻擊具有魯棒性。 (4)幾何失真：幾何失真包括圖像尺寸大小變化、圖像旋轉、裁剪、刪除或增加圖像線條以及反射等等。 IBM攻擊 :是針對可逆、非盲水印算法而進行的攻擊。 ：就是利用同一原始多媒體數據集合的不同水印信號版本，來生成一個近似的多媒體數據集合，以此來逼近和恢復原始數據，其目的是使檢測系統(tǒng)無法在這一近似的數據集合中，檢測出水印信號的存在，其最簡單的一種實現就是平均法。這里根據文獻總結了幾個客觀衡量手段來 進行數字水印算法的定量分析： MSE（ Mean Square Error）均方差常常使用在統(tǒng)計過程中，是一種非常有用的統(tǒng)計特征指數。 PSNR（ Peak SignaltoNoise Ratio）在具體的實際應用中