【正文】 ：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 目前，數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)成為多媒體信息安全研究領(lǐng)域發(fā)展最快的熱點(diǎn)技術(shù)，它的應(yīng)用主要涉及數(shù)字知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，電子商務(wù)等，其一些典型的數(shù)字水印算法主要針對(duì)圖像數(shù)據(jù)。理想的水印算法應(yīng)該既能隱藏大量數(shù)據(jù)，又可以抗各種信道噪聲和信號(hào)變形。檢測(cè)方案的目標(biāo)是使錯(cuò)判與漏判的概率盡量小。 數(shù)字水印技術(shù)是目前防偽及信息安全技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)嶄新方向，是一種可在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)信息隱藏與跟蹤的新型技術(shù)。 我國(guó)對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的反應(yīng)也非?？欤呀?jīng)有相當(dāng)一批有實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域的研究中來(lái)。在數(shù)字內(nèi)容中嵌入唯一的標(biāo)志（即數(shù)字水?。诔霈F(xiàn)爭(zhēng)端糾紛時(shí)，根據(jù)提出的水印，可以證明真正的版權(quán)擁有者，或者找出非法傳播的作俑者。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。目前迫切需要解決對(duì)文本文檔實(shí)施保護(hù)，追蹤文本非法復(fù)制、發(fā)行、篡改或偽造等問(wèn)題的方法。并首次提出第二代水印的概念，即在水印處理過(guò)程中利用重要的數(shù)據(jù)特征。隱蔽標(biāo)識(shí)水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來(lái)，限制非法用戶對(duì)保密數(shù)據(jù)的使用。不可見(jiàn)水印是目前應(yīng)用比較廣泛的水印，它加在圖像、音頻和視頻中，表面是很難察覺(jué)的，但當(dāng)需要驗(yàn)證 時(shí)，可以從中提取標(biāo)記來(lái)證明所有者。這要求水印必須具有較好的魯棒性、安全性、透明性和水印嵌入的不可逆性。該類(lèi)水印還可以對(duì)數(shù)字作品被篡改的地方進(jìn)行定位，甚至有的算法還能夠?qū)⒈淮鄹牡膬?nèi)容進(jìn)行部分恢復(fù)或全部還原。由于嵌入秘密信息的圖像在主觀視覺(jué)上并未發(fā)生變化，察覺(jué)到秘密信息的存在是不大可能的。數(shù)字水印不影響圖像的可用性。 (3)安全性。就目前已經(jīng)出現(xiàn)的很多算法而言，攻擊者完全可以破壞掉圖像中的水印，或復(fù)制出一個(gè)理論上存在的“原始圖像”，這導(dǎo)致文件所有者不能令人信服地提供版權(quán)歸屬的有效證據(jù)。實(shí)際上很難設(shè)計(jì)出一種方法能夠保證對(duì)所有可能的圖像處理和攻擊都具有魯棒性，因此魯棒性的強(qiáng)弱應(yīng)該視不同的應(yīng)用需求而定。水印系統(tǒng)的輸出稱(chēng)為含水印圖像。 δ (.)為檢測(cè)函數(shù)。前者使用各種方法直接修改圖像的象素值，將數(shù)字水印直接加載在數(shù)據(jù)上；而后者首先對(duì)原始圖像進(jìn)行適當(dāng)變換（既可以對(duì)整幅圖像變換，也可以將原始圖像分塊后對(duì)某些小塊進(jìn)行變換），然后將水印信息嵌入到變換域選定的系數(shù)上，最后通過(guò)相應(yīng)的反變換得到含水印的圖像。常用的統(tǒng)計(jì)量包 括：平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和直方圖等。 Watson 感知模型 [17]就是一個(gè)建立在分塊 DCT 變換基礎(chǔ)上的感知模型，利用該模型可以估計(jì)圖像之間的臨界可見(jiàn)誤差（ JND），控制水印嵌入算法的最大嵌入能量，使之適應(yīng)于圖像的特性。 常見(jiàn)圖像水印攻擊方法 攻擊指的是任何一種可能削弱水印的檢測(cè)或擾亂通過(guò)水印傳遞信息的通信的任何處理。它試圖削弱載體中的水印強(qiáng)度，或破壞載體中的水印。這類(lèi)攻擊往往利用特定的水印方案中的弱點(diǎn)。表示攻擊與去除攻擊的不同之處在于，它不需要去除載體中的水印，而是通過(guò)各種辦法使得水印檢測(cè)器無(wú)法檢測(cè)到水印的存在。利用這個(gè)原理，馬賽克攻擊通過(guò)將一幅圖像分割成足夠小的圖像塊，將水印檢測(cè)器屏蔽。對(duì)于二值水印，其復(fù)雜度是 O(2n)，其中 n是水印長(zhǎng)度。解釋攻擊是由美國(guó) IBM公司的水印技術(shù)研究小組針對(duì)可逆水印算法而提出來(lái)的一種水印攻擊方案，所以也稱(chēng)之為 IBM水印攻擊方案。這種攻擊實(shí)際上使數(shù)字水印的版權(quán)保護(hù)功能受到了挑戰(zhàn)。 以上主要介紹了圖像數(shù)字水印的幾種常見(jiàn)攻擊方法，理解這些攻擊有助于認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有的水印技術(shù)的缺點(diǎn)和局限性，并有助于對(duì)圖像數(shù)字水印方案的性能做透徹的分析和評(píng)估，從而提出更好的水印方案。 (a) 原始圖像 cameraman (b) DCT 變換系數(shù)能量分布 圖 圖像的 DCT 變換 二維離散余弦變換不但能夠?qū)⒆匀粓D像的主要信息集中到最少的低頻系數(shù)上， 而且引起的圖像塊效應(yīng)最小，能夠?qū)崿F(xiàn)信息集中能力和計(jì)算復(fù)雜性的良好折中，因此它在壓縮編碼中得到廣泛的應(yīng)用 [1][23]?；謴?fù)后的圖像很接近于原始圖像，在視覺(jué)上幾乎無(wú)法察覺(jué)。 圖 信號(hào) DCT 變換與恢復(fù) 圖像信號(hào)被分解成為直流成份，以及從低頻到高頻的各種余弦成份。然后，對(duì)所有的塊進(jìn)行 DCT。 二是 DCT 變換后圖像能量集中在圖像的低頻部分，即 DCT 圖像中不為零的 20 系數(shù)大部分集中在一起 (左上角 )，因此編碼效率很高 。 JPEG 是基于離散余弦變換域的壓縮方法，而 EZW 是基于小波變換域的壓縮方法。這樣，則無(wú)法 保證圖像數(shù)字水印的穩(wěn)健性。即 : W=(X,0≤ i≤ n) (3)水印的嵌入。 水印的提取 對(duì)原始圖像和嵌入水印的圖像分別進(jìn)行離散余弦變換。T 增大，則虛警概率降低，漏警概率提高。 imshow(truelmage)。最后在進(jìn)行 DCT反變換得到嵌入水印的圖像，如圖 。 [Y1， I1]=sort(A)。 end N=zeros(x,1)。 24 title(‘嵌入水印的圖像 ’)。 y=ml*nl。 for i=1:k waterMark2(I0(i))N0(i) end %選取 50 個(gè)測(cè)試序列，其中第 10 個(gè)為提取出的水印 figure for i=l:50 if i==10 watermark=waterMark2。 WImage5=im2double(WImage5)。 [dum,order]=sort(DCTvar)。 P1=dctm.’。 im128128=kron(im88(1:8， 1:8)， ones(16))。 n=size(DCTvar,1)。只有在檢測(cè)到所嵌的水印時(shí)相關(guān)值才達(dá)到峰值，對(duì)于其他水印的相關(guān)值近似為零。 end k=length(waterMark1)。 [Y2， I2]=sort(B)。 figure。 else M(x)=Y1(x)。 [Y0， 10]=sort(waterMark1)。 % 圖 原始圖像 圖 DCT 變換后 將產(chǎn)生的水印信號(hào) (水印信號(hào)為高斯隨機(jī)序列，服從正態(tài) 分布 )嵌入到 DCT變換后的圖像中。LENGTH=2500。漏警概率是指待測(cè)圖像中含有水印，而檢測(cè)器輸出結(jié)果卻表明不含 有水印的概率。其嵌入公式為 : ` (1 )kv v ax?? 。 Cox 等指出由高斯隨機(jī)序列構(gòu)成的水印信號(hào)具有良好的魯棒性，在許多文獻(xiàn)中也都是將高斯隨機(jī)序列作為水印信號(hào)。而多數(shù)圖像處理方法對(duì)于圖像高頻部分的損壞程度較高，如有損壓縮、高頻濾波等。因此，數(shù)字水印算法面臨的第一個(gè)考驗(yàn)就是壓縮。當(dāng)然也可以對(duì)整幅圖像進(jìn)行DCT 變換，這樣變換后的系數(shù)矩陣就體現(xiàn)了整幅圖像的特點(diǎn)，但是運(yùn)算速 度比分塊 DCT 要慢。經(jīng) DCT變換以后系數(shù)大多數(shù)集中在左上角，通過(guò)“之”字型按二維頻率的高低順序讀出系數(shù)以降低碼率 . 離散余弦變換的特點(diǎn) 二維離散余弦變換目前最常使用的有損數(shù)字圖像壓縮系統(tǒng) JPEG 系統(tǒng)的核 19 心。一個(gè) 8*8的二維數(shù)據(jù)塊經(jīng) DCT后變 8*8個(gè)變換系數(shù)，當(dāng) U=0， V=0時(shí)， F(0，0)是原 64個(gè)樣值的平均，相當(dāng)于直流分量，隨著 U， V值增加，相應(yīng)系數(shù)分別代表逐步增加的水平空間頻率和垂直空間頻率分量的大小。量化后獲得的 DCT 系數(shù)通過(guò)編碼器進(jìn)行壓縮。二維有限長(zhǎng)度離散序列 x(i， k)， 0≤i≤N1l，0≤k≤N2l 則 用 :x={xik, 0≤i≤N1l， 0≤k≤N2l }或矩陣 x={xik}N1N2 表示。作為一個(gè)起點(diǎn)，首先應(yīng)致力于建立一個(gè)綜合全面的法律基礎(chǔ)，以確保正當(dāng)?shù)氖褂盟『屠盟〖夹g(shù)來(lái)提供保護(hù)，同時(shí)，避免合法攻擊導(dǎo)致降低水印應(yīng)有的保護(hù)作用。 在解釋攻擊中，圖像像素值或許改變或許不改變。而對(duì)馬賽克攻擊可以使用與圖像相關(guān)的易損水印，當(dāng)圖像被分割時(shí)，易損水印能報(bào)告圖像的失真情況。這種攻擊不需要攻擊者了解太多相關(guān)的水印知識(shí)，只需根據(jù)水印檢測(cè)器的輸出結(jié)果不斷的對(duì)圖像做細(xì)微修改，直至水印不能被檢測(cè)到為止。 馬賽克 攻擊主要用于對(duì)付 Inter 網(wǎng)上的盜版版權(quán)檢測(cè)系統(tǒng)。需要指出的是這里的密鑰同密碼學(xué)中的嚴(yán)格的密鑰概念是不同的，密碼學(xué)中的密鑰在 攻擊者已知加密算法、已知密文和已知明文攻擊下都 是非常難以解出的 水印中的密鑰尚無(wú)如此嚴(yán)格的要求。實(shí)際上，相關(guān)檢測(cè)器對(duì)隨機(jī)噪聲這類(lèi)攻擊是很魯棒的，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，噪聲并不是嚴(yán)重的問(wèn)題，除非噪聲相對(duì)于圖像來(lái)說(shuō)幅度太大或者噪聲同水印是相關(guān)的。它主要攻擊魯棒性的數(shù)字水印，因而也可稱(chēng) 13 為魯棒性攻擊。文獻(xiàn) [19]的算法將水印嵌入到圖像的 DWT 分解高頻區(qū)域，算法首先利用 Daubechies8 小波濾波器對(duì)圖像進(jìn)行三 級(jí)小波變換 然后選擇所有高頻子帶中大于閾值的系數(shù)作為嵌入位置，按照乘性規(guī)則嵌入水印，所嵌入的水印為與各高頻子帶相匹配的偽隨機(jī)實(shí)數(shù)的 Gaussian 序列，使用相 檢測(cè)方法。 Cox 等人 [16]首先提出將水印嵌入到圖像感知重要的區(qū)域中，其思想是要破壞水印必然要破壞圖像的重要內(nèi)容，這一思想已被許多算法采用。另外一類(lèi)重要的空域算法利用了圖像像素的統(tǒng)計(jì)特征，其主要思想是通過(guò)修改原始圖像像素使得原始圖像像素的某體統(tǒng)計(jì)特征發(fā)生變化，檢測(cè)時(shí)只需查看含水印圖像的統(tǒng)計(jì)特征即可，從而達(dá)到盲檢測(cè)的目的。 ) ≥ T (設(shè) T為閾值 )，則可判定水印存在，否則認(rèn)為水印不存在。從 I 39。 1. 水印嵌入系統(tǒng) 水印嵌入過(guò)程中，通過(guò)嵌入算法將水印信號(hào)加在原始圖像上，生成含水印的圖像，水印可以是任何形式的數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的圖像處理和攻擊有：有損壓縮、濾波、噪聲干擾、邊緣增強(qiáng)、旋轉(zhuǎn)、伸縮、剪切、掃描等操作。在需要的時(shí)候，水印檢測(cè)算法能夠識(shí)別并提取嵌入在保護(hù)對(duì)象中的所有者的相關(guān)信息。 (2)確定性。作為版權(quán)信息嵌入到圖像中的秘密信息即稱(chēng)為數(shù)字水印，它可以是無(wú)意義的隨機(jī)序列，也可以是文字、圖像、聲音等有意義的信息。 安全的隱秘通信：情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心思想是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送，目前采用的方式主要是“文件加密”，然而經(jīng)過(guò)加密的文件往往是混亂無(wú)序的，容易引起攻擊者的注意?？梢院?jiǎn)單的認(rèn)為脆弱水印是一種當(dāng)作品發(fā)生任何形式的改變后變得不可測(cè)的標(biāo)志。數(shù)字作品的所有者用密鑰產(chǎn)生一個(gè)水印，并將其嵌入原始數(shù)據(jù)，然后公開(kāi)發(fā)布他的水印版本作品。 (6)從外觀上分類(lèi)，可分為可見(jiàn)水印和不可見(jiàn)水印。版權(quán)保護(hù)水印是目前研究最多的水印，數(shù)字產(chǎn)品作為商品和知識(shí)作品強(qiáng)調(diào)了隱蔽性和穩(wěn)健性。數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行劃分，下面將最常見(jiàn)的分類(lèi)如下 : (1)按水印發(fā)展來(lái)看，可分為第一代水印和第二代水印。由于在網(wǎng)絡(luò)上傳播的信息大部分是文字性內(nèi)容，如：數(shù)字圖書(shū)館和檔案館以數(shù)字形式保存了大量受版權(quán)保護(hù)的文章、雜志及書(shū)籍；報(bào)刊雜志通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)行，可節(jié)省很多的人力、物力和時(shí)間；電子商務(wù)、政府上網(wǎng)等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送許多重要文件，如政府通知、法律文書(shū)、銀行憑據(jù)等。出于對(duì)利益的考慮，數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)所有者迫切需要解決知識(shí)產(chǎn)權(quán) (intellectual property rights)的保護(hù)問(wèn)題。多媒體信息的安全問(wèn)題是，安全傳遞、訪問(wèn)控制和版權(quán)保護(hù)。 目前進(jìn)行數(shù)字水印研究的機(jī)構(gòu)既有政府部門(mén)，也有大學(xué)和知名企業(yè)。嵌入的水印信息可以通過(guò)技術(shù)軟件提取或者檢測(cè)出來(lái)，如果水印信息嵌入到印刷品上，則可以通過(guò)特殊的機(jī)讀設(shè)備或軟件來(lái)檢測(cè)、提取出水印信息。檢測(cè)階段主要是設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)于嵌入過(guò)程的檢測(cè)算法。安全性 加入水印和檢測(cè)水印的 方法對(duì)沒(méi)有授權(quán)的第三方是保密的而且不可輕易被破解，即使被黑客檢測(cè)到了也不能讀出（數(shù)字水印需要加密）。 附 :英文原文 .................................................. 31 附 :中文翻譯 .................................................. 39 4 第一章． 緒論 數(shù)字水印是通過(guò)數(shù)字技術(shù)在數(shù)字產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)的。并對(duì)數(shù)字水印算法模型、分類(lèi)以及典型算法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，然后利用了一種 DCT算法實(shí)現(xiàn)了數(shù)字水印的嵌入和提取，并 使用剪切、壓縮、添加噪聲等幾種攻擊手段驗(yàn)證了水印的魯棒性。近年來(lái)，國(guó)外許多學(xué)者提出了一系列新的信息安全保護(hù)思想，特別是在知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、防篡國(guó)際信息內(nèi)嵌注釋等領(lǐng)域提出了嶄新的防范和保護(hù)措施。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 數(shù)字水印的概念和基本原理 數(shù)字水?。?Digital Watermark）技術(shù)是通過(guò)一定的算法將一些標(biāo)志性信息直接嵌入到多媒體內(nèi)容當(dāng)中，但不影響原內(nèi)容的價(jià)值和使用，并且不能被人的知覺(jué)系統(tǒng)覺(jué)察或注意到，只有通過(guò)專(zhuān)用的檢測(cè)器或閱讀器才能提取。然而在實(shí)際這兩個(gè)指標(biāo)往往不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)際應(yīng)用一般只偏重其中的一個(gè)方面。為了給攻擊者增加去除水印的不可預(yù)測(cè)的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都在加入、提取時(shí)采用了密鑰，只有掌握密鑰的人才能讀出水印。自 1993 年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始并嘗試一種新的關(guān)于信息安全的技術(shù)