【正文】 水印必須能夠在一定限度內(nèi)承受這種攻擊而存留下來(lái)，這樣才能實(shí)現(xiàn)有意義的版權(quán)保護(hù)。通用性在某種程度上 意味著易用性。 （ 1）透明性（隱藏性）：經(jīng)過(guò)一系列隱藏處理，不會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)數(shù)據(jù)可感知的降質(zhì)現(xiàn)象，而隱藏的數(shù)據(jù)又無(wú)法人為地看見或聽見。 （ 5）電子商務(wù)中的網(wǎng)頁(yè)保護(hù)和防偽 近幾年來(lái)，各種各樣的網(wǎng)站如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，隨之而來(lái)的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容的篡改和非法盜用日益突出。這 樣就將這種非法盤片的市場(chǎng)僅限制在那些擁有非標(biāo)準(zhǔn)播放設(shè)備的用戶中，而另一方面，這種設(shè)備卻不能播放合法的正版 DVD 光盤，以此增強(qiáng)防拷貝系統(tǒng)的抗破壞能打。一個(gè)符合要求的 DVD 播放器不允許重放或拷貝帶有“禁止拷貝（ Copy Never）”水印信息的數(shù)據(jù)。其目的是傳輸合法接收者的信息而不是數(shù)據(jù)來(lái)源者的信息，主要用于識(shí)別單個(gè)發(fā)行拷貝。在這種情況下，數(shù)字水印技術(shù)作為一種解決數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)問(wèn)題的有效手段得到了廣泛關(guān) 注，引起眾多不同背景的研究人員的興趣，并逐漸成為了當(dāng)今國(guó)際 IT 學(xué)術(shù)界的一個(gè)研究熱點(diǎn) [327,3655,71101]。人們的很多生產(chǎn)的成果都以數(shù)字的形式存儲(chǔ)和傳輸。數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題迫在眉睫，如何既充分利用 Inter網(wǎng)的便利，又能有效地保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已受到人們的高度重視。這樣水印就可公正地用來(lái)解決所有權(quán)問(wèn)題，這種應(yīng)用要求有非常高的魯棒性。 （ 3）防止非法復(fù)制 要有效地保護(hù)版權(quán)，還應(yīng)該有有效的技術(shù)手段，以使非授權(quán)者不能對(duì)數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行非法拷貝。按照 DHSG 的約定，將有兩類應(yīng)用水印技術(shù)的模塊加入到 DVD 防拷貝系統(tǒng)中，分別是記錄控制與回放控制。此外，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型和應(yīng)用，相應(yīng)的魯棒性要求也有所不同。 數(shù)字水印特點(diǎn)及分類 數(shù)字水印技術(shù)除應(yīng)具備信息隱藏技術(shù)的一般特點(diǎn)外，還有著其固有的特點(diǎn)和研究方 法。 （ 3）無(wú)歧義性：恢復(fù)出的水印或水印判決的結(jié)果應(yīng)該能夠確定地表明所有權(quán)，不會(huì)發(fā)生多重所有權(quán)的糾紛。所以，信息隱藏的強(qiáng)壯性要求可以相對(duì)降低，也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)改動(dòng)之后，允許隱藏信息的丟失。 再者，對(duì)于可視水印來(lái)說(shuō)，不存在水印的提取問(wèn)題，因?yàn)樗∈歉‖F(xiàn)在原始圖像上的，起的是一種直觀的版權(quán)信息告示，但同時(shí)又不能影響對(duì)原始圖像作品的欣賞。一般來(lái)說(shuō)頻域算法可嵌入水印數(shù)據(jù)量大，透明性好，安全性高，但算法復(fù)雜度也高。 （ 6）按照水印嵌入的載體不同，可將數(shù)字水印分為靜態(tài)圖像水印 [3642,71101]、視頻水印 [4549]、音頻水印 [5355]和文本水印 [12,43,44]等 。正如作者指出的那樣，這些方法無(wú)法抵御攻擊。但該算法嵌入量低，且對(duì)串謀攻擊抵抗力弱。 ⑶ NEC 算法 NEC 實(shí)驗(yàn)室的 COX 等人提出的基于擴(kuò)展頻譜的水印算法在數(shù)字水印算法 中占有重要地位 [6163]。 由 (A)引出的問(wèn)題是，如何在對(duì)人感覺最重要的部分加入水印并同時(shí)滿足不可察覺的特性要求。該算法具有較強(qiáng)的魯棒性、安全性、透明性等。也就是說(shuō)，利用視覺模型來(lái)確定與圖像相關(guān)的調(diào)制掩模，然后再利用其來(lái)插入水印。 數(shù)字水印性能度量指標(biāo) 數(shù)字水印的性能要求 一種 水印算法的優(yōu)劣需要有一些衡量的指標(biāo)。 （ 2）魯棒性 所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無(wú)意或有意的信號(hào)處理過(guò)程后，數(shù)字水印仍能保 持完整或仍能被準(zhǔn)確鑒別。不可見水印的要求是水印不能夠影響原始的信息。對(duì)于魯棒性水印來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量使 ? 達(dá)到最大。 （ 6） 計(jì)算復(fù)雜性 根據(jù)不同的應(yīng)用和嵌入水印的媒體，計(jì)算復(fù)雜性可以成為決定水印方案可行性的一個(gè)重要因素。mB 中的 DCT系數(shù)進(jìn)行量化和調(diào)整 ,得到 )),(/),((39。具體如下： 設(shè)水印圖像為 I ，我們將其每個(gè)象素減去 128，然后再將其分成互不覆蓋的 8?8塊，記為 ),( yxfB mm ? ， m =0,1,?,M 1（ M為水印圖像的塊數(shù)） ,然后按照上一節(jié)水印信號(hào)生成方法對(duì)每塊進(jìn)行二維 DCT變換，然后利用 JPEG 量化表 對(duì)其 DCT系數(shù)進(jìn)行量化，最后，取出每塊中的前十個(gè) DCT量化系數(shù)值，記為 mP ，構(gòu)成我們的初始水印信號(hào) P ，即： }3,03,2,1,0,{ 39。根據(jù)檢測(cè)水印時(shí)是否需要原數(shù)字產(chǎn)品可以將其分為：私有水印技術(shù)、半私有水印技術(shù)和公開水印技術(shù) [12,15,3942]。 ?????? ????????? ???0,1,nmnmnmnmsIxBsIxA 在子集 A中按如下方法添加水印 ?????? ??? AxkxA nmnm ,39。 Kutter 等人 [37]提出了一種方法，專門針對(duì) RGB 顏色空間中藍(lán)色通道進(jìn)行處理，使得其在可見的非自然信號(hào)為最小時(shí)，水印的強(qiáng)度達(dá)到最大。張軍等基于領(lǐng)域中象素的相關(guān)性提出了一種空域公開水印技術(shù) [39]，通過(guò)調(diào)整選定象素與鄰域中其它象素的大小關(guān)系來(lái)隱藏水印信息。針對(duì)上述不足，本文在充分考慮人類視覺系統(tǒng)屏蔽特性的基礎(chǔ)上，首先給出了一種基于象素的可感知噪聲閾值 JND 定量計(jì)算法；進(jìn)而通過(guò)充分利用 Hilbert 掃描能較好地保持原圖像空間局部關(guān)系的特性，提出了一種新的圖像空域公開水印算法。而 ?: V?V是一個(gè)映射，將當(dāng)前狀態(tài) xk映射到下一個(gè)狀態(tài) xk+1。 k=0,1,2,3…..} 是非周期的、不收斂的并對(duì)初始值非常敏感。一般情況下，我們需要用數(shù)值方法求解 PerronFrobenious 方程來(lái)計(jì)算 ?(x)。 （ 2）初始條件的敏感性：一般不同的初始值，即使相當(dāng)接 近，迭代出來(lái)的軌跡都不相同，見圖 ；同時(shí)，混沌動(dòng)力系統(tǒng)具有確定性，給定相同的初始值，其相應(yīng)的軌跡肯定相同。 LFSR 實(shí)際是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)，形式如圖 。 m 序列的偽隨機(jī)特性很好，滿足度量二元序列的隨機(jī)性的 Golomb39。 m 序列的另一缺點(diǎn)是具有良好相關(guān)特性的 m 序列的數(shù)量相對(duì)較少。 k=0,1,2,3…..} 就是所需的混沌序列。 c0 c1 c2 ???????????? 1 圖 n級(jí)線性反饋移位寄存器 an1 an2 ?????????????? a1 a0 模 2 加 法器 圖 水印嵌入流程圖 二值水印 降維 混沌調(diào)制 原始圖像 映射為一維Hilbert 序列 偽隨機(jī)選取一 1 8 塊 密鑰 key 水印嵌入 基于 HVS的 JND 值 含水印圖像 圖像空域灰度公開水印算法 算法的基本思想是：先將原始圖像 I 按 Hilbert 掃描順序轉(zhuǎn)換成一維 Hilbert 序列，然后 利用混沌序列生成一塊索引矩陣，根據(jù)塊索引矩陣在圖像 Hilbert 序列中偽隨機(jī)選取一塊（如 1 8 塊）。這里我們主要利用 HVS 的三個(gè)特性 [4042,81,82]： （ 1）人 眼對(duì)不同灰度具有不同的敏感性，通常對(duì)中等灰度最為敏感，在中等灰度很寬的范圍中 Weber比保持常數(shù) ，向低灰度和高灰度兩個(gè)方向非線性下降 [32]，如圖 (實(shí)驗(yàn)中我們不妨假設(shè)這種非線性為關(guān)于灰度的二次曲線，且對(duì)比靈敏度最大不超過(guò) β )?；谏鲜龇治觯?我們可以將 I(i,j)所對(duì)應(yīng)的臨界可見噪聲閾值（ Just Noticeable Difference） 表示為公式 （ 313） 所示 : ? ?),(),(),(),( 39。從圖中可以看出它們較準(zhǔn)確客觀地反映出了原始圖像的紋理、亮度、邊緣等特征信息，這說(shuō)明本章視覺因子的分析、推導(dǎo)與計(jì)算是正確、有效的，并且該計(jì)算方法具有廣泛的適用性。經(jīng)過(guò)步驟 (2)我們找到了進(jìn)行水印嵌入的象素 I(i,j)，然后結(jié)合其視覺閾值 J (i,j)，通過(guò)不同強(qiáng)度地調(diào)整該象素值與其所在塊 B均值 (ave)之間的大小關(guān)系，以自適應(yīng)嵌入水印信號(hào)。設(shè)塊 B 的均值為 ave， s為水印版本計(jì)數(shù)， 0≤ snum。1 ， W39。39。39。（基于空域的提取水印的源代碼見附錄二）。 檢測(cè)出的水印圖像如圖 30 所示。 濾波處理 抗濾波的能力也是一個(gè)重要 的指標(biāo)，下面舉幾個(gè)濾波器來(lái)檢測(cè)這個(gè)含水印的圖像的抗濾波的能力。而當(dāng)對(duì)含水印的圖像進(jìn)行壓縮時(shí)，勢(shì)必使嵌入其中的水印信息部分丟失，因此，如何對(duì)這種情況下對(duì)水印的有效恢復(fù)是對(duì)水印嵌入算法的一個(gè)挑戰(zhàn)。 JPEG壓縮 用 JPEG 壓縮的數(shù)據(jù)量比以上兩種大的多，通過(guò)可以達(dá)到 6倍以上的壓縮率，因而，如何對(duì)這種情況下進(jìn)行恢復(fù)是一個(gè)重要的考驗(yàn)。 本文提出了一種新的圖像空域公開水印算法 ,該算法充分考慮了人類視覺系統(tǒng)特性，通過(guò)不同強(qiáng)度地調(diào)整水印嵌入位置象素值與其在圖像 Hilbert 序列中所處塊均值之間的大小關(guān)系，而把水印信號(hào)自適應(yīng)嵌入到圖像 Hilbert 序列中。 致 謝 面對(duì)即將完成的畢業(yè)論文，心中感到無(wú)比喜悅和激動(dòng)。對(duì)于我們學(xué)生，楊老師對(duì)我們都懷有殷切的期望，每每看到這種眼神，我心里就感到有無(wú)限動(dòng)力。 一學(xué)期以來(lái)，給我留下的回憶當(dāng)然不只。 作為我們組的幾個(gè)成員。它不僅僅是對(duì)我學(xué)識(shí)上的肯定，更是包含了我自己的努力，老師的殷切指導(dǎo)和同學(xué)的熱情幫助。 算法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1）采用一感觀可識(shí)別的有意義的二值圖像為水印； （ 2）充分考慮了 HVS 特性，并給出了一種定量的基于象素的可感知噪聲閾值 JND 計(jì)算方法，水印嵌入強(qiáng)度自適應(yīng)于原圖像特征，而且該方法有著廣泛的適用性，同樣也適用于DCT、 DWT 等變換域算法；同時(shí)在保證水印不可見的前提下，水印嵌入強(qiáng)度可達(dá)到較大，增強(qiáng)了算法魯棒性： ① 算法在空域內(nèi)進(jìn)行，計(jì)算復(fù)雜度低，簡(jiǎn)單易行； ② 水印嵌入前，先利用混沌序列對(duì)其進(jìn)行調(diào)制， 使水印信號(hào)隨機(jī)化，增強(qiáng)了水印透明性和算法安全性； 本文算法解決了一般空域算法魯棒性差的缺陷，并真正實(shí)現(xiàn)了盲水印提取，算法具有一定的實(shí)用性。 （ a）峰值信噪比 :PSNR= (b) 相似性度量 : NC= 圖 40 對(duì)圖像進(jìn)行 JPEG 壓縮以及其恢復(fù)的水印 即便是大數(shù)據(jù)的 JPEG 壓縮，本算法也能有效地恢復(fù) 水印。下面對(duì)幾圖像圖像的壓縮存儲(chǔ)格式進(jìn)行水印的檢測(cè)。其圖如下圖所示。 相似性度量如下 : NC=； 相關(guān)系數(shù)： interfix=； 歸一化漢明距離： distance=。結(jié)論：透明性高） 5 水印魯棒性實(shí)驗(yàn)及其抗攻擊性能分析 幾何攻擊 幾何失真攻擊通常指的是使圖像的一部分信息丟失，使加入其中的水印信息也隨之丟失，即非法使用者只用了圖像的其中一個(gè)部 分，在這種情況下，也要求能根據(jù)水印的提取算法盡可能地提取出水印信息。39。由于水印信號(hào)是由原始水印圖像塊的DCT 系數(shù)經(jīng)量化、調(diào)整后的非零系數(shù)組成。t .1,10),(,0),(,1),(39。若水印比特為若水印比特為，BjiJa v eBjiJa v ejiI (315) 公式 (315)中的修 改限定在選定塊中最大象素值和最小象素值之間，這樣就不會(huì)使圖像象素值有太大的變化，從而更好地保證了嵌入水印有比較高的透明性。先從二值水印圖像獲得二維水印信號(hào) W， W={W(i,j)| W(i,j)∈{0,1}， 0≤ im， 0≤ jn}，利用行掃描將其轉(zhuǎn)換成一維向量 W1，并將其中“ 0”替換成“ 1”，則有 W1={W1(t)| W1(t)∈ {1,1}， 0≤ tm n}；然后由密鑰 key 作為初始值利用公式 (34)生成一個(gè)二值混沌序列 P， P={P(t)| P(t)∈ {1,1}， 0≤ tm n}；再將 W1 與 P進(jìn)行混沌調(diào)制，得到最終的待嵌入水 印信號(hào) Wt， Wt=P jiDjiHjijiJ ??? ? ， (313) 為了保證視覺噪聲閾值的可控，最后再將 J’ 歸一化到區(qū) 間 [a,b]上。由于熵值較小的對(duì)應(yīng)平滑區(qū)，而熵值較大的對(duì)應(yīng)圖像紋理區(qū)，我們可用它來(lái)刻劃圖像分塊的紋理掩蓋效應(yīng)。同時(shí)，為進(jìn)一步提高水印系統(tǒng)魯棒性，我們?cè)谠拗鲌D像中冗余地嵌入多個(gè)水印版本（記 為 num）。其它 形式的混沌序列都要依賴于它來(lái)完成。 從 logistic 映射或 Chebyshev 映射 [59,60]生成混沌序列的方法可以總結(jié)如下： （ 1） 實(shí)數(shù)值序列，即 { xk， k=0,1,2,3…..} ，是混沌映射的軌跡點(diǎn)所形成的序列 （ 2） 二值序列，可以通過(guò)定義一個(gè)閾值函數(shù) ?[85]，由上述的實(shí)數(shù)值混沌序列得到 其中 ?可以定義為 : ??? ?? ????? 101 010)( xxx (310) 二值混沌序列即為 {?( xk )， k=0,1,2,3…} （ 3）位序列：同樣由實(shí)數(shù)值混沌序列得到。這正是其得到廣泛應(yīng)用的原因。 n 級(jí)線性反饋移位寄存器的輸出序列是具有周期性的，其周期決定于反饋多項(xiàng)式 f(x)的性質(zhì)。而且一般情況下， 很難從一段有限長(zhǎng)度地序列來(lái)推斷出混沌系統(tǒng)的初始條件。例如，