【正文】 在結(jié)束了畢業(yè)設(shè)計(jì)以后，我感覺到自己的努力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在以后的日子里要不斷地充實(shí)自己，使自己能夠在高速發(fā)展的 IT 行業(yè)中站住腳跟。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我 4 年所學(xué)知識的一次全面的檢查，這次設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步加深了對以前所學(xué)知識的鞏固和理解，讓我學(xué)會(huì)怎樣把理論聯(lián)系到實(shí)踐中去，更使我明白了一個(gè)道理，做項(xiàng)目要多看、多想、多做、使自己能把所學(xué)的知識靈 活運(yùn)用到計(jì)算機(jī)中去，更好地完成工作。計(jì)算機(jī)科學(xué)是一門比較寬廣的學(xué)科，涉及許多領(lǐng)域，應(yīng)該大量翻閱書籍資料，借鑒別人的心得體會(huì)做到事半功倍。另外還要增加對其他非多媒體數(shù)字水印技術(shù)的研究，如關(guān)系數(shù)據(jù)庫的非屬數(shù)值型屬性數(shù)字水印技術(shù)等。所以說數(shù)字水印技術(shù)作為保護(hù)數(shù)字內(nèi)容版權(quán)的手段還不成熟，但是沒有克服不了的困難，也許在不久的將來，數(shù)字水印將名副其實(shí)的成為版權(quán)保護(hù)的有力手段。第二，沒有相應(yīng)的水印技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，公共還不能接受水印作為內(nèi)容版權(quán)保護(hù)的合法形式。當(dāng)前，數(shù)字水印技術(shù)有幾個(gè)缺點(diǎn)。它與信息安全、信息隱藏、密碼學(xué)和隱寫術(shù)等均有密切關(guān)系。這使得水印算法的設(shè)計(jì)也相應(yīng)的復(fù)雜化。 可見，雖然對含水印圖像進(jìn)行了某種程度的退化處理，其在產(chǎn)生了很大失真的情況下，依然可以檢測到水印，這說明本文提出的算法具有良好的強(qiáng)壯性。 對嵌入水印的圖像進(jìn)行 1/16 的剪裁，被剪裁部分以黑色代替。試驗(yàn)中還用本文方法對水印抽取作了研究，均得到不錯(cuò)的效果。 對嵌入水印的圖像進(jìn)行中值濾波，然后打開原圖像進(jìn)行檢測，測出水印的存在，結(jié)果水印圖像比較清晰，其試驗(yàn)結(jié)果說明該算法對中值濾波有一定的抗攻擊能力 目前網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膱D像大多以 JPEG 格式壓縮，因此保證該算法對 JPEG 壓縮的強(qiáng)壯性是很有必要的。 水印的抗攻擊能力 為了測試本算法的性能，本文對 256 級灰度、 512X512 的標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行了水印嵌入試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，這種改變對古典音樂信號數(shù)據(jù)也幾乎感覺不到，但是卻可以非常有效地阻止水印信號的檢測定位，以達(dá)到難以提取水印信號的目的。 所謂串謀攻擊就是利用同一原始多媒體數(shù)據(jù)集合的不同水印信號版本，來生成一個(gè)近似的多媒體數(shù)據(jù)集合，以此來逼近和恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，其目的是使檢測系統(tǒng)無法在這一近似的數(shù)據(jù)集合中檢測出水印信號的存在，其最簡單的一種 實(shí)現(xiàn)就是平均法。這種攻擊方法主要用于對付在 Inter 網(wǎng)上開發(fā)的自動(dòng)侵權(quán)探測 器，該探測器包括一個(gè)數(shù)字水印系統(tǒng)和一個(gè)所謂的 Web 爬行者。 其攻擊方法是首先把圖象分割成為許多個(gè)小圖象，然后將每個(gè)小圖象放在 HTML 頁面上拼湊成一個(gè)完整的圖象。 另外， StirMark 還可對水印載體圖象進(jìn)行幾何失真攻擊，即它可以以幾乎注意不到的輕微程度對圖象進(jìn)行拉伸、剪切、旋轉(zhuǎn)等幾何操作。 攻擊 Stirmark 是英國劍橋大學(xué)開發(fā)的水印攻擊軟件，它采用軟件方法，實(shí)現(xiàn)對水印載體圖象進(jìn)行的各種攻擊，從而在水印載體圖象中引入一定的誤差，我們可以以水印檢測器能否從遭受攻擊的水印載體中提取 /檢測出水印信息來評定水印算法抗攻擊的能力。這就產(chǎn)生無法分辨與解釋的情況。此后，攻擊者可聲稱他擁有 IA 的版權(quán)。其原理為設(shè)原始圖象為 I，加入水印 WA 的圖象為 IA=I+WA。 協(xié)議攻擊的目的不是破壞水印信號，也不是通過全局或局部數(shù)據(jù)處理使得水印信號無法被檢測，而是設(shè)法將一副圖像中的水印“拷貝”到另一幅圖像中，從而使版權(quán)保護(hù)中表示身份的水印失信， Craver 等人首先提出協(xié)議攻擊的概念，他們引入可逆水印的概念并指出對于版權(quán)保護(hù)來說，其水印必須是不可逆的，也就是說，對于非可逆水印來說應(yīng)該是不可能從含有非可逆水印圖像中恢復(fù)出來的。 密碼攻擊有些類似于密碼學(xué)中的密碼破譯，但又有其自身的特性。這種攻擊算法往往會(huì)破 壞檢測器的同步性，這樣即使水印存在也無法檢測到。 Vobshymovskj 等人提出了一種算法，它是基于水印估計(jì)最大后驗(yàn)概率（ MAP:MaxmumaPosterori）及再調(diào)制手段，從而得到直接于檢測器所能檢測到的噪聲分布。下面我們對一些典型的攻擊方法進(jìn)行分析： 移去攻擊的目的是從宿主圖像中完全去除加載的 水印，這類攻擊方法一般把水印信號看作是具有一定統(tǒng)計(jì)特性的噪聲，并且一般要估計(jì)出原始圖像數(shù)據(jù)。攻擊的目的在于使相應(yīng)的數(shù)字水印系統(tǒng)的檢測工具無法正確地恢復(fù)水印信號，或不能檢測到水印信號的存在。因而這些水印算法從原理上講在安全性和魯棒性上就有一定的缺陷，因?yàn)橐粋€(gè)攻擊者可以在不損害質(zhì)量的情況下將水印去掉。一般的，我們把圖像的最顯著分量（即代表圖像的主要特征）看成是圖像特征集或者特征向量。目前常用的方法有平面隱藏法和基于 DCT 或 DFT 的系數(shù)隱藏法。頻域方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）在頻域中嵌入的水印的信號能量可以分布到所有的象素上，有利于保證水印的不可見性；（ 2）在頻域中可以利用人類視覺系統(tǒng)的某些特性，可以更方便、更有效的進(jìn)行水印的編碼。這類技術(shù)一般基于常用的圖象變換，基于局部或全部的變換，這些變換包括離散余弦變換（ DCT）、小波變換（ WT）、付氏變換（ FT 或 FFT）以及哈達(dá)馬變換（ Hadamard Traansform）等等。特別是它幾乎可以無損的恢復(fù)載體圖象和水印信息， 這對于某些應(yīng)用是必要的，可以細(xì)分為如下幾種方法：最低有效位法，該方法就是利用原始數(shù)據(jù)的最低幾位來隱蔽信息的，具體取多少位以人的聽覺或視覺系統(tǒng)無法察覺為原則；Patchwork 方法及紋理映射編碼方法，該方法是通過任意選擇 N 對圖象點(diǎn)，增加一點(diǎn)亮度的同時(shí)，降低相應(yīng)另一點(diǎn)的亮度值來加載數(shù)字水印；文檔結(jié)構(gòu)微調(diào)方法，在通用文檔圖 象（ postcript）中隱藏特定二進(jìn)制信息的技術(shù)，主要是通過垂直移動(dòng)行距，水平調(diào)整字距，調(diào)整文字特性等來完成編碼。 數(shù)字水印的實(shí)現(xiàn) 數(shù)字水印可以分為空間域數(shù)字水印和變換域數(shù)字水印兩大類實(shí)現(xiàn) 較早的數(shù)字水印算法從本質(zhì)上來說都是空間域上的，通過改變某些象素的灰度將要隱蔽的信息嵌入其中，將數(shù)字水印直接加載在數(shù)據(jù)上。也就是說，利用視覺模型來確定與圖象相關(guān)的調(diào)制掩模，然后再利用其來插入水印。利用視覺模型，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于分塊 DCT 框架的數(shù)字水印系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于小波分解框架的數(shù)字水印系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)了一個(gè)空域數(shù)字水印系統(tǒng)。 （ 5）生理模型算法 人的生理模型包括人類視覺系統(tǒng) HVS（ Human Visual System）和人類聽覺系統(tǒng) HAS。由于采用特殊的密鑰，因此可防止 IBM 攻擊，而且該算法還提出了增強(qiáng)水印魯棒性和抗攻擊算法的重要原則即水印信號應(yīng)該嵌入源數(shù)據(jù)中對人感覺最重要的部分；水印信號由獨(dú)立同分布隨機(jī)實(shí)數(shù)序列構(gòu)成，該實(shí)數(shù)序列應(yīng)該具有高斯分布 N（ 0， 1）分布的特征。 （ 4） NEC 算法 該算法由 NEC 實(shí)驗(yàn)室的 COX 等人提出，該算法在數(shù)字水 印算法中占有重要地位，其實(shí)現(xiàn)方法是首先以密鑰為種子來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，該序列具有高斯N（ 0， 1）分布，密鑰一般由作者的標(biāo)識碼和圖象的哈希值組成，其次對圖象做 DCT 變換，最后用偽隨機(jī)高斯序列來調(diào)制（疊加）該圖象除直流（ DC）分量外的 1000 個(gè)最大的 DCT 系數(shù)。對于輸入的 MPEG2 數(shù)據(jù)流而言，它可分為數(shù)據(jù)頭信息、運(yùn)動(dòng)向量（用于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償）和 DCT 編碼信號塊 3部分，在 Hartung 方案中只有MPEG2 數(shù)據(jù)流最后一部分?jǐn)?shù)據(jù)被改變，其原理是首先對 DCT 編碼數(shù)據(jù)塊中每一輸入的Huffman 碼進(jìn)行解碼和逆量化，得到當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的一個(gè) DCT 系數(shù)，其次把相應(yīng)水印信號塊的變換系 數(shù)與之相加，得到水印疊加的 DCT 系數(shù)，再重新進(jìn)行量化和 Huffman 編碼，最后對新的 Huffman 碼字的位數(shù) n1 與原來的無水印系數(shù)的碼字 n0進(jìn)行比較，只在 n1不 大于 n0 的時(shí)候才傳輸水印碼字，否則傳輸原碼字，這就保證了不增加視頻數(shù)據(jù)流位率。 1999 年提出了一種針對 MPEG2 壓縮視頻數(shù)據(jù)流的數(shù)字水印方案。 （ 3）壓縮域算法 基于 JPEG、 MPEG 標(biāo)準(zhǔn)的壓縮域數(shù)字水印系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的完全解碼和重新編碼過程，而且在數(shù)字電視廣播及 VOD(Video on Demand)中有很大的實(shí)用價(jià)值。另外基于 DFT 和 DWT 算法與上述算法具有相似的原理。在水印信號提取時(shí)，則選取相同的 DCT 系數(shù)，并根據(jù)系數(shù)之間的關(guān)系抽取比特信息。 （ 2） 變換域算法 1995 年提出了一種 DCT 域數(shù)字水印算法，其方法是首先把圖象分成 8x8 的不重疊象素塊，在經(jīng)過分塊 DCT 變換，得到由 DCT 系數(shù)組成的頻率塊，然后隨機(jī)選取一些頻率塊，將水印信號嵌入到 由密鑰控制選擇的一些 DCT 系數(shù)中。為增加其水印的魯棒性，文中還把象素對擴(kuò)展為小塊的象素區(qū)域 (如 8x8)，通過增加一個(gè)區(qū)域中的所有象素點(diǎn)的亮度值而相應(yīng)減少對應(yīng)區(qū)域中所有象素點(diǎn)的亮度值的調(diào)整來隱藏信息。其中 Schyndel 算法被認(rèn)為是一篇具有 歷史價(jià)值的文獻(xiàn)，它是第一篇在主要會(huì)議上發(fā)表的關(guān)于數(shù)字水印的文章，文中闡明了一些關(guān)于水印的重要概念和魯棒水印檢測的通用方法（相關(guān)性檢測方法），此算法首先把一個(gè)密鑰輸入一個(gè) m序列（ maximumlength random sequence）發(fā)生器來產(chǎn)生水印信號，然后此 m序列被重新排列成 2 維水印信號，并按象素點(diǎn)逐一插入到原始圖象象素值的最低位。 [10] 典型算法 近幾年來，數(shù)字水印技術(shù)研究取得了很大的進(jìn)步，下面將對一些典型的算法進(jìn)行分析。本文利用下式來計(jì)算 F’與 F 的相似度。 c)檢測得到水印與原水印的相 似度 其公式： F 水 =（ F 原 ’— F 原 ） /a 嵌入過程如圖 圖 水印的抽取方法 二、水印驗(yàn)證 水印提取以后還有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，水印驗(yàn)證是數(shù)字水印技術(shù)中最為重要也是最為復(fù)雜的技術(shù)。最后再進(jìn)行小波反變化，便可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)圖象上文字水印的嵌入。 不失一般性，設(shè)水印的尺寸小于原始象素的尺寸，并且滿足 M=2p N(p 為正整數(shù) )。 水印的嵌入方法 假設(shè) X 是原始灰度圖像，大小為 M M,每個(gè)象素用 sbit 表 示 X={x(m,n),0m,nm} 其中， x(m,n)∈ {0,1,2,? ,2s1}是原始圖像在（ m,n）處的灰度值。這樣就能實(shí)現(xiàn)透明地嵌入。根據(jù)人們對人類識覺系統(tǒng)（ HVS）的分析研究，噪聲對圖象質(zhì)量的影響有如下特點(diǎn)： A 人眼對于在較高分辨率上的噪聲的敏感性較低 B 人眼對于在 45 度方向上的噪聲的敏感性低 因此，可以把一幅圖象作為要嵌入在原始圖象中的水印信息，當(dāng)然這幅水印圖象要小于原始圖象，它經(jīng)過小波分解后的系數(shù)顯然也具有上述的塔式結(jié)構(gòu)。由于是同一水印反 復(fù)嵌入到圖象的不同部分，因此很大程度上提高了水印的強(qiáng)壯性。由于高頻部分所占的圖象面積較大，多被分為許多小圖象塊，因此嵌入的水印就多；而低頻部分由于只占圖象的較小部分，因此圖象塊數(shù)較少，自然所嵌入的水印就少。這種錐形結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)： 。后繼分解時(shí)，逼近子圖以完全相同的方式再分解成在下一級分辨率更小的子圖。 小波變換將圖象在獨(dú)立的頻帶和不同空間方向上進(jìn)行分解，它不僅具有良好的空間頻率分解特性，而且能更好地與人類視覺系統(tǒng)想結(jié)合，是一種很有潛力的方法。 [9] 本章提出了一 種基于離散小波變換的水印方法，通過對圖象的一級分解，提取出在細(xì)節(jié)子帶中的重要成分，通過這些成分代表著圖象的紋理區(qū)域，利用紋理的隱蔽特性 ，使得系統(tǒng)在保證健壯性的同時(shí)獲得很好的不可覺察性。隨著小波技術(shù)在圖象領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，基于小波變換的水印技術(shù)也得到越來越多的關(guān)注。小波變換在包括壓縮在內(nèi)的圖象處理與圖象分析領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用。 [8] 3 水印提取 其具體圖可表現(xiàn)為： 圖 水印提取 提取的過程是嵌入的逆過程，先用密鑰、原圖象、水印圖象三者結(jié)合，將其水印檢測出來。 實(shí)現(xiàn)過程 具體分三步： 1 小波變換 2 水印嵌入 其具體圖可表現(xiàn)為： 圖 水印嵌入 嵌入過程是將原圖和水印經(jīng)過某些處理后嵌入。 ：具有類似白噪聲的性質(zhì)，但又具有周期性和規(guī)律性，可以認(rèn)為地加入以產(chǎn)生和復(fù)制由于以為寄存器的輸出是由初始狀態(tài)和反饋邏輯直接決定的，而且任取一段輸出不可能預(yù)測其它的輸出，可以選用 m一序列或 M 一序列作為水印信號。 水印的選擇 所構(gòu)成水印的序列應(yīng)該具有不可預(yù)測的隨機(jī)性（ Unpredictable randomness）。 因此，變換域的方法應(yīng)是水印算法未來的趨勢主流。 2 在變換域中，視覺系統(tǒng)的某些特性（如視頻特性）可以更方便地結(jié)合到水