【文章內(nèi)容簡介】 ?；緦右曨l流圖像序列分塊DCT水印嵌入編碼圖2水印嵌入過程圖 Watermark embedding process plans選擇二值化灰度圖像作為水印信息 ,根據(jù)水印圖像的二值性選擇不同的嵌入系數(shù) ,并將載體圖像進行 8 8 的分塊 ,將數(shù)字水印的灰度值直接植入到載體灰度圖像的 DCT 變換域中 ,實現(xiàn)水印的嵌入 。水印嵌入：設(shè) CI 是M N 大小的原始圖像 , S I 是水印圖像大小為P Q , M 和 N分別是 P 和 Q 的偶數(shù)倍。水印提?。涸O(shè)圖像 TCI 為已經(jīng)加載了水印的載體圖像 。現(xiàn)要將所加載的水印從 TCI 中提取出來。3．3．2攻擊模塊:1添加白噪聲白噪聲就是指一段聲音中的頻率分量的功率在整個可聽范圍（0～20KHZ）內(nèi)都是均勻的。由于人耳對高頻敏感一點這種聲音聽上去是很躁耳的沙沙聲。白噪聲是一種無規(guī)噪聲，它的瞬時值是隨機變化的。它的幅值對時間的分布滿足正態(tài)分布。它具有連續(xù)的噪聲譜，包含有各種頻率成分的噪聲。它的功率譜密度與頻率無關(guān)，幾個頻率能量的分布是均勻的[9]。它的等帶寬輸出的能量是相等的。它在線性坐標中，輸出是一根平行與橫坐標的直線。在對數(shù)坐標中，輸出是按每倍頻程帶寬增加3dB的斜率而上升的。在人耳可聽的頻率范圍內(nèi)，具有相同能量的噪聲稱為白噪聲。白噪聲廣泛用于環(huán)境聲學測量中。所以從頻譜儀的圖形上看，白噪聲在全頻譜內(nèi)是一條平直的線。理想的白噪聲具有無限帶寬，因而其能量是無限大，這在現(xiàn)實世界是不可能存在的。實際上，我們常常將有限帶寬的平整訊號視為白噪音，因為這讓我們在數(shù)學分析上更加方便。然而，白噪聲在數(shù)學處理上比較方便，因此它是系統(tǒng)分析的有力工具。只要一個噪聲過程所具有的頻譜寬度遠遠大于它所作用系統(tǒng)的帶寬，并且在該帶寬中其頻譜密度基本上可以作為常數(shù)來考慮，就可以把它作為白噪聲來處理。2高斯低通濾波 高斯濾波具有指數(shù)形式的響應特性，其中幅度特性為 沖激響應為 令Bb為H(f)的3dB帶寬，因為H(0)=1，則有H(f)|f=Bb=H(Bb)=,可以求得a:給定xb ,就可以計算出H(x)、h(τ)并畫出它們的特性曲線。設(shè)要傳輸?shù)拇a元長度為Tb,速率為 Rb=1/Tb，以Rb為參考，對f歸一化:，則歸一化3dB帶為：這樣，用歸一化頻率表示的頻率特性就為H(x)：令τ=t/ Tb ，并把a= Bb代入（）并設(shè)Tb =1,則有:。3 JPEG壓縮JPEG是由ISO和CCITT兩大標準組織共同推出的,它定義了連續(xù)色調(diào)、多級灰度、靜止圖像的數(shù)字圖像壓縮編碼方法,即JPEG算法。JPEG算法被確定為JPEG國際標準,它是國際上彩色、灰度、靜止圖像的第一個國際標準。在編碼過程中,JPEG算法首先將RGB分量轉(zhuǎn)化為亮度分量和色差分量,然后將圖像分解為8*8的像素塊,對這個8*8塊進行二維離散余弦變換,每個塊就產(chǎn)生了64個DCT系數(shù),其中一個是直流(DC)系數(shù),它表示了8*8輸入矩陣全部值的平均數(shù),其余63個系數(shù)為交流(AC)系數(shù),接下來對DCT系數(shù)進行量化,最后將量化的DCT系數(shù)進行編碼,就形成了壓縮后的圖像格式。在解碼過程中,先對已編碼的量化的系數(shù)進行解碼,然后求逆量化并利用二維DCT反變換把DCT系數(shù)轉(zhuǎn)化為8*8樣本像塊,最后將反變換后的塊組合成一幅圖像。這樣就完成了圖像的壓縮和解壓過程。4部分剪切：剪切圖像的一部分，將使水印不能分布和復制到整個圖像，從而使檢測失敗。5旋轉(zhuǎn)：它會使圖像的水平特征重新排列。小角度的旋轉(zhuǎn)常與剪切相結(jié)合，它通常不會改變圖像的商業(yè)值，但可能降低水印的可檢測性。3．3．3測試比較模塊:1誤碼率（BER） 誤碼率（BER：biterror）是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標。誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。如果有誤碼就有誤碼率。　　另外，也有將誤碼率定義為用來衡量誤碼出現(xiàn)的頻率。這個誤碼率標準是針對脈沖振幅調(diào)制(PAM5)編碼而設(shè)定的,也就是千兆以太網(wǎng)的編碼方式?！　≌`碼的產(chǎn)生是由于在信號傳輸中，衰變改變了信號的電壓,致使信號在傳輸中遭到破壞，產(chǎn)生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他因素都會導致誤碼（比如傳送的信號是1，而接收到的是0；反之亦然）。各種不同規(guī)格的設(shè)備，均有嚴格的誤碼率定義，如通常視/音頻雙向光端機的誤碼率應該在：（BER）≤10E9。由于種種原因,數(shù)字信號在傳輸過程中不可避免地會產(chǎn)生差錯。例如在傳輸過程中受到外界的干擾,或在通信系統(tǒng)內(nèi)部由于各個組成部分的質(zhì)量不夠理想而使傳送的信號發(fā)生畸變等。當受到的干擾或信號畸變達到一定程度時,就會產(chǎn)生差錯。2均方差（MSE） 均方差也叫標準差,方差開根號為均方差,工程中其量綱與變量一致,應用較廣。樣本中各數(shù)據(jù)與樣本平均數(shù)的差的平方和的平均數(shù)叫做樣本方差；樣本方差的算術(shù)平方根叫做樣本標準差。樣本方差和樣本標準差都是衡量一個樣本波動大小的量，樣本方差或樣本標準差越大，樣本數(shù)據(jù)的波動就越大。數(shù)學上一般用D=E{[XE(X)]^2}來度量隨機變量X與其均值E(X)的偏離程度，稱為X的方差,D開根號為均方差。 定義:設(shè)X是一個隨機變量，若E{[XE(X)]^2}存在，則稱E{[XE(X)]^2}為X的方差，記為D(X)或DX。即D(X)=E{[XE(X)]^2}，而σ(X)=D(X)^（與X有相同的量綱）稱為標準差或均方差。由方差的定義可以得到以下常用計算公式：D(X)=E(X^2)[E(X)]^2 3信噪比（SNR）信噪比,即SNR（Signal to Noise Ratio）又稱為訊噪比，即放大器的輸出信號的電壓與同時輸出的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示。設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質(zhì)量越高，否則相反。信噪比一般不應該低于 70dB，高保真音箱的信噪比應達到110dB以上。信噪比是音箱回放的正常聲音信號與無信號時噪聲信號(功率)的比值。用dB表示。例如，某音箱的信噪比為80dB，即輸出信號功率比噪音功率大80dB。信噪比數(shù)值越高，噪音越小。信噪比是一個比較重要的參數(shù)，它指音源產(chǎn)生最大不失真聲音信號強度與同時發(fā)出噪音強度之間的比率稱為信號噪聲比，簡稱信噪比（Signal/Noise），通常以S/N表示，單位為分貝（dB）。對于播放器來說，該值當然越大越好。 圖像的信噪比應該等于信號與噪聲的功率譜之比，但通常功率譜難以計算，有一種方法可以近似估計圖像信噪比，即信號與噪聲的方差之比。首先計算圖像所有象素的局部方差，將局部方差的最大值認為是信號方差，最小值是噪聲方差，求出它們的比值，再轉(zhuǎn)成dB數(shù)，最后用經(jīng)驗公式修正，具體參數(shù)請參看“反卷積與信號復原（鄒謀炎）”。4峰值信噪比（PSNR）峰值信噪比（PSNR），一種評價圖像的客觀標準。它具有局限性，不能完全反映人類主觀的視覺評價。在沒有更好的客觀評價標準之前，將就用著。它是原圖像與處理圖像之間均方誤差相對于(2^n1)^2的對數(shù)值(信號最大值的平方，n是每個采樣值的比特數(shù))，它的單位是dB。公式如下：PSNR=10*log10((2^n1)^2/MSE)其中，MSE是原圖像與處理圖像之間均方誤差。公式中的符號采用了MATLAB的用法。5圖形比較對載體圖像加解密后跟原來的載體的比較，提取出來的水印跟原始水印的圖形對比圖。3．4系統(tǒng)流程系統(tǒng)運行之后就按照圖3系統(tǒng)流程圖對導入的視頻進行相應的操作。當軟件運行之后，直接進入系統(tǒng)的主界面，具體的軟件操作如下：（1） 導入所選擇的avi視頻文件，點擊播放就可以播放導入的avi文件。（2） 選擇分解就可以將導入的avi文件，分解成序列圖像。（3） 導入分解出來的序列圖像，顯示導入的圖像。（4） 選擇加解密方式，進行加解密操作，顯示相關(guān)結(jié)果。（5） 選擇攻擊方式，進行攻擊操作，顯示相關(guān)結(jié)果。（6） 選擇測試方式，進行測試比較操作，顯示相關(guān)結(jié)果。（7） 對操作之后的序列圖像合成新的avi文件，并保存。（8） 點擊退出，退出軟件。開始加密解密模塊攻擊模塊測試比較模塊導入視頻播放視頻顯示加密解密后結(jié)果顯示攻擊后結(jié)果顯示測試比較結(jié)果選擇加解密模式選擇攻擊模式選擇測試比較模式退出顯示視頻信息結(jié)束合成新的視頻圖3系統(tǒng)流程圖 System flow chart4．系統(tǒng)詳細設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)的劃分，本人負責系統(tǒng)的測試比較模塊、圖形比較和系統(tǒng)界面設(shè)計。測試比較模塊：主要設(shè)計誤碼率（BER）、均方差（MSE）、信噪比（SNR）和峰值信噪比（PSNR）的功能設(shè)計及代碼實現(xiàn)。圖形比較：加解密或者攻擊之后的載體比較和水印比較。系統(tǒng)界面設(shè)計：用MATLAB7自帶的GUI圖形界面設(shè)計工具，實現(xiàn)各部分數(shù)據(jù)的連接。4．1測試比較模塊本系統(tǒng)的測試比較模塊，主要綜述avi視頻進行加密解密和多種攻擊操作后的比較，對載體和水印進行誤碼率（BER）、均方差（MSE）、信噪比（SNR）和峰值信噪比（PSNR）等的比較。在衡量一個水印系統(tǒng)的不可見性上，希望有一種（多種）客觀的評價方法，能夠?qū)⒏兄町惲炕癁橐欢ǖ臄?shù)值，通過數(shù)值大小的比較直接評定感知質(zhì)量。4．1．1誤碼率（BER）（1）誤碼率概述：誤碼率是最常用的數(shù)據(jù)通信傳輸質(zhì)量指標。它表示數(shù)字系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的式是“在多少位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯”。舉例來說，如果在一萬位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯，即誤碼率為萬分之一，即10E4。誤碼的產(chǎn)生是由于在信號傳輸中，衰變改變了信號的電壓,致使信號在傳輸中遭到破壞，產(chǎn)生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他因素都會導致誤碼（比如傳送的信號是1，而接收到的是0；反之亦然）。各種不同規(guī)格的設(shè)備，均有嚴格的誤碼率定義，如通常視/音頻雙向光端機的誤碼率應該在：（BER）≤10E9。零誤碼率:。在這種條件下，出現(xiàn)的誤碼不會降低網(wǎng)絡(luò)的性能，因為所有的網(wǎng)絡(luò)軟硬件都按這個要求建立。因此，這個條件下出現(xiàn)的噪音將不足以改變接收端的比特值，不會造成誤碼。KRONE選擇的誤碼率標準比IEEE標準高出100倍，并把10E12誤碼率稱為零誤碼率。零誤碼率意味著每十萬億個比特中產(chǎn)生的誤碼小于1個。（2）誤碼率（BER：biterror）功能：是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標。另外，也有將誤碼率定義為用來衡量誤碼出現(xiàn)的頻率。（3）設(shè)計思路：誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。誤碼率=接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)/總的發(fā)送的比特數(shù)。(41)其中B傳輸中的總碼數(shù)。（4）實現(xiàn)代碼：%original為原始圖像%test為加有水印的圖像function BER=ber(original,test)。%計算誤碼率BER%讀取圖像并處理到二值關(guān)系A(chǔ)=imread(original)。 A=im2bw(A)。B=imread(test)。B=im2bw(B)。%判斷輸入圖像是否有效[m,n]=size(A)。[m2,n2]=size(B)。if m2~=m||n2~=n errror(39。圖像選擇錯誤39。)。end%計算BERBER=0。for i=1:m for j= 1:n BER=BER+abs(A(i,j)B(i,j))。 endendBER=BER/(m*n)*100。disp([39。輸入數(shù)據(jù)的誤碼率BER(%)為:39。,num2str(BER)])。（5）實現(xiàn)結(jié)果如圖4所示：對進行了高斯低通濾波攻擊后的水印圖像比較得出的誤碼率。圖4 BER實現(xiàn)結(jié)果圖 BER Plans to achieve results4．1．2均方差（MSE）（1）均方差概述：MSE（Mean Square Error）是最普遍的使用于圖像感知質(zhì)量的評價的手段之一。MSE可以直接反映出評估對象發(fā)生的改變。值得注意的是，通常使用的圖像是RGB圖像?？紤]到RGB像素是以一個3維矢量的形式出現(xiàn)的，所以各種評價方法的實現(xiàn)中，都