【正文】 ................................................ 24 算法仿真實驗 .............................................................................................. 25 算法性能分析 .............................................................................................. 28 第 6章 基于子塊區(qū)域分割和自嵌入技術(shù)的全盲多功能圖像水印 算法的分析 .. 29 算法主體 ...................................................................................................... 29 水印生成 ............................................................................................ 30 水印置亂 ............................................................................................ 30 水印嵌入過 程 .................................................................................... 31 水印提取 ............................................................................................ 32 算法仿真實驗 .............................................................................................. 32 算法性能分析 .............................................................................................. 35 第 7章 算法參數(shù)對比 .............................................................................................. 36 參數(shù)對比 ...................................................................................................... 36 結(jié)論 .............................................................................................................................. 37 參考文獻 ...................................................................................................................... 39 致謝 .............................................................................................................................. 40 附錄 .............................................................................................................................. 41 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題研究背景 多媒體存儲和傳輸技術(shù)隨著數(shù)字 信息 技術(shù) 的高速發(fā)展 和計算機通信技術(shù)的不斷革新而不斷 進步 ， 這也 使得數(shù)字化 的 信息的存儲和傳輸變得更加 快速、精確 、方便，各種形式的多媒體數(shù)字作品 特別是 圖像 作品 、視頻 作品 、音頻 作品 紛紛 在網(wǎng)絡(luò) 上 發(fā)表 ． 然而 數(shù)字信息 技術(shù) 精準 、 大批量 的復(fù)制功能和 互聯(lián)網(wǎng)強大的信息傳遞 能力 幫助人們實現(xiàn) 信息共享的同時也帶來了 各種各樣的問題 ． 由于多媒體數(shù)字作品 的 復(fù)制品和原件 近 乎 完全 一致，而且 復(fù)制 起來 非常容易，因此 有的 個人或團體在沒有得到作品 的作者和版權(quán)所有者的授權(quán) 的情況下 對有版權(quán)的內(nèi)容 進行 惡意 的 復(fù)制、傳播 和 修改，甚至非法 地將其 用 于 商業(yè)用途， 使作者及版權(quán)所有者的利益 受到 嚴重 的 侵犯， 目前 這種作品侵權(quán)現(xiàn)象 正 不斷加劇 ． 因此， 數(shù)字化作品的知識產(chǎn)權(quán)保護 問題 引起了計算機科學(xué)界的 廣泛重視 ，并且 已 經(jīng) 成為目前的一個研究 熱點 ． 以前主要是將多媒體數(shù)據(jù)文件加密成密文后發(fā)布，即通過數(shù)據(jù)加密技術(shù)來實現(xiàn)版權(quán)保護，使得密文中有用的 數(shù)據(jù) 信息 在 網(wǎng)絡(luò) 中 傳遞 時不能被 出現(xiàn)的非法攻擊者 截獲 ，從而 實現(xiàn) 版權(quán) 和信息 安全的保護 ． 但通常的加密技術(shù)并不能很好地解決版權(quán)保護問題 ， 僅僅 只能 預(yù)防， 這是因為 ： （ 1）無法監(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(nèi)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(quán)時，無法提供有效的法律證據(jù)； 東北電力大學(xué)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(quán)的前提下自由地展示作品． 為了使解密后的內(nèi)容仍能受到保護 ， 人們開始尋求另一種 能夠 彌補密碼技術(shù)缺陷 的 技術(shù) ． 數(shù)字水印 技術(shù)是一種密碼技術(shù)的補充技術(shù)， 是 由 信息隱藏技術(shù) 發(fā)展而來，是數(shù)字信號處理， 圖像處理 ，密碼學(xué)應(yīng)用，算法設(shè)計等學(xué)科的交叉領(lǐng)域 ，是一門新興的信息安全技術(shù) ． 這種 技術(shù)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(shù)的缺陷 ； 另一方面，數(shù)字水印技術(shù)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(shù)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(quán) 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(shù)高速發(fā)展的當代， 數(shù)字產(chǎn)品呈現(xiàn)爆炸式的增長速度，在這個前提下，保護數(shù)字產(chǎn)品作者的版權(quán)，防止數(shù)字產(chǎn)品的非法復(fù)制、惡意篡改等就變得尤為重要．數(shù)字水印技術(shù)正是在這樣的背景下發(fā)展起來的技術(shù)． 由于數(shù)字水印技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，大量專家學(xué)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(yīng)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(shù)的一個重要研究方向． 數(shù)字水印的應(yīng)用 隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展， 該技術(shù)已經(jīng)成為信息隱藏技術(shù)的一個重要分支，其 應(yīng)用領(lǐng)域 也越來越廣泛， 目前數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用 領(lǐng)域 主要包括： 1. 版權(quán)保護 數(shù)字作品 （ 如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂、視頻、三維動畫 ） 的版權(quán)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(quán)所有者 不得不加上 肉眼 可見的版權(quán)標志 以保護版權(quán) ， 但這種做法 嚴重損害作品 的 質(zhì)量 且 這種標志很 容易被篡改 ． 數(shù)字水印 技術(shù) 利用數(shù)據(jù)隱藏原理 隱藏 版權(quán)標志， 能在 不損害原作品 的前提下保護版權(quán) ． 目前，數(shù)字水印技術(shù) 在 版權(quán)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(chǎn)品 還是 很容易被破壞或破解 ， 這是因為 技術(shù) 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(shù) 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(shù) 和 信息 鑲嵌技術(shù) 能夠?qū)崿F(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(shù)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(luò)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(wù)交易中的票據(jù)防偽 各種電子票據(jù)即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)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(shù) 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(shù) 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(fù)制 ． 東北電力大學(xué)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(shù)高速發(fā)展 的今天，水印技術(shù)的研究更具有現(xiàn)實意義 ． 但是 數(shù)字水印 技術(shù)的研究目前還很不成熟，在 版權(quán)保護 方面只能初步 從理論 轉(zhuǎn)為 應(yīng)用， 而且應(yīng)用過程中還有大量沒有解決的 問題 ． 目前有關(guān)數(shù)字水印的設(shè)計和模擬攻擊的理論都很 缺乏 ． 因此 ， 在 國際學(xué)術(shù)界的研究 方向中， 數(shù)字水印技術(shù)是 比較 前沿?zé)衢T 的 ， 對該技術(shù)的研究還有很長的路要走． 水印 技術(shù)的研究 在 版權(quán)保護 和 商 業(yè)應(yīng)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(nèi)外專家和商業(yè)團體的廣泛關(guān)注 ． 算法現(xiàn)狀 隨著 數(shù)字 水印技術(shù)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(chǎn)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(guān)系數(shù) ， 所以 利用Gaussian隨機序列產(chǎn)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(nèi)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(guān)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(yīng)用目的，有些水印主要應(yīng)用于版權(quán)保護，身份驗證，這種應(yīng)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(yīng)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(yīng)用要求水印需要有較 強的敏感性，則我們就應(yīng)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(nèi)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