【正文】 左下為垂直方向細(xì)節(jié)部分，右下為對角線方向細(xì)節(jié)部分。(2)DWT變換由于MPEG4及JPEG2000縮標(biāo)準(zhǔn)的公布，出現(xiàn)越來越多的基于小波域的水印算法。所以，傳送變換系數(shù)的數(shù)碼率要大大小于傳送圖像像素所用的數(shù)碼率。DCT變換指的是是實(shí)數(shù)范圍內(nèi)，任何連續(xù)的實(shí)對稱函數(shù)的傅立葉變換中只含有余弦項(xiàng)，所以要實(shí)現(xiàn)快速離散余弦變換可以用快速傅立葉變換算法。如今的算法研究中大多數(shù)是使用變換域的方法。 變換域算法 變換域（頻域）方法是把圖像用變換域來表示，它是采用利用特定的數(shù)學(xué)變換。空間域算法雖然有嵌入很大信息量的優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)樗聂敯粜员容^差差，所以如今的數(shù)字水印系統(tǒng)已經(jīng)很少使用它了。算法的魯棒性、安全性、透明性等都比較強(qiáng)。如果適當(dāng)調(diào)整它的參數(shù)，就能有效地抵抗剪切、濾波和JPEG壓縮等攻擊，但對拷貝平均攻擊抵抗力較弱，而且該方法嵌入的信息量是有限的。(2) Patchwork算法基于統(tǒng)計理論的是Patchwork算法，具有特定統(tǒng)計特性的數(shù)字水印被嵌入到原始數(shù)據(jù)中。雖然LSB算法可以隱藏較大信息量，但因?yàn)橛玫氖菆D像不重要的像素位，它的魯棒性很差，水印信息比較容易就被濾波、圖像量化和幾何變形等的操作破壞，無法滿足對魯棒性的要求，所以如今的數(shù)字水印技術(shù)中很少采用LSB算法。(1) 最低有效位算法（Least Significant Bits,LSB）LSB算法是使用一定的密鑰通過m序列發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)信號，接下來按照一定的規(guī)則排列成二維的水印信號，并且逐一在原始圖像相應(yīng)像素值的最低幾位插入。研究者們研究數(shù)字水都是各用自學(xué)科的獨(dú)特視角，從而相繼出現(xiàn)了各種各樣的數(shù)字水印算法，數(shù)字水印系統(tǒng)的典型算法如下： 空間域算法空間域算法是直接對圖像的像素值進(jìn)行修改，把水印直接加載在數(shù)據(jù)載體上。恢復(fù)的信號可與原始的水印信號進(jìn)行相似度測量來判定水印信息是不是存在。水印信息可以為任何形式的數(shù)據(jù)，原始信息可以為音頻、圖像或文本等，相應(yīng)的水印信息經(jīng)過嵌入算法的處理就被嵌入到原始信息當(dāng)中去，最后就得到嵌入水印信息后的信息。 水印的嵌入模型 [8]，水印信息是輸入信號，原始信息，用來增強(qiáng)算法的安全性是密鑰，實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)中至少使用一個密鑰，但是有的甚至是用幾個密鑰結(jié)合來對水印信息加密或控制水印的嵌入位置。水印的提取檢測可表示為： (23）或者 (24) 其中=0/1，0表示水印不存在，1表示存在。這一步是非常重要的。這樣的框架大致可以分為下面三步：步驟1：生成水印信號：按照不同的需求，有時候要對需要對水印信息進(jìn)行預(yù)處理，最后水印信號形成。因此，通過調(diào)整原始圖像，就有可能在不改變視覺效果的情況下嵌入信息。這種技術(shù)利用了人的知覺系統(tǒng)（HVS）的冗余特性[6]。它存在的原則是不破壞原數(shù)據(jù)的價值。如果按水印的用途劃分，我們將數(shù)字水印劃分為、版權(quán)保護(hù)、票據(jù)防偽、篡改提示和隱藏標(biāo)識水印。所以，頻域水印算法魯棒性更強(qiáng)。空間域水印的嵌入和提取，是通過修改圖像的像素點(diǎn)強(qiáng)度或著圖像的灰度值來實(shí)現(xiàn)，嵌入信息量大，但是很難抵抗常見圖像處理的各種攻擊及各種噪聲干擾對它的影響，魯棒性很差。但如果是無意義的水印，如果有錯誤，則只能通過統(tǒng)計決策來確定信息中水印還是否存在。有意義的水印指的是水印本身就是某個數(shù)字圖像或著編碼；沒有意義的水印則只是對應(yīng)一個序列號。按照脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是不是被改變，從而實(shí)現(xiàn)對多媒體的被破壞情況的定位或者跟蹤。對多媒體的各種變換或處理都非常敏感的是脆弱水??；對各種處理操作和攻擊均有較強(qiáng)的魯棒性的叫做魯棒水印，一個好的魯棒水印算法甚至可以把水印從質(zhì)量已被破壞的數(shù)字作品中提取出來；如果用于在數(shù)字作品中標(biāo)識著作權(quán)信息，如作者、作品序號等，就要在用魯棒水印。不可見水印雖然不能夠阻擋數(shù)字產(chǎn)品非法的復(fù)制與盜用，但是可以用它來證明所有權(quán)，還可以作為鑒別和起訴非法侵權(quán)行為的證據(jù)。 數(shù)字水印的分類對數(shù)字水印的分類有很多種，按照不同的角度可以按照下面進(jìn)行分類：（1）按能見性劃分按水印是否能見劃分，數(shù)字水印被分為可見水印和不可見水印。然而在現(xiàn)代密碼學(xué)的研究和不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用有了很好的依靠。因此，預(yù)覽的內(nèi)容就被自動加上水印。這種注釋不用增加額外的帶寬，并且很不容易丟失，所以這是一種比較理想的標(biāo)識方式。（2）標(biāo)題與注釋將媒體的相關(guān)注釋或標(biāo)題等信息利用水印技術(shù)加入其中，方便自己或他人用。研究數(shù)字水印技術(shù)是與數(shù)字媒體的保護(hù)版權(quán)是密切相關(guān)的，當(dāng)今數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，概括起來主要包括下面幾個方面[4]：（1）跟蹤非法傳播這是使用用戶的信息作為水印嵌入到產(chǎn)品中，嵌入的這些水印信息就像人的指紋或DNA基因一樣，可以精確地區(qū)別每一個不一樣的個體，所以又叫“指紋”。（5）嵌入容量(embedding capacity)：是指載體在不發(fā)生形變的前提下可嵌入的水印信息量。 （4）安全性：數(shù)字水印的信息應(yīng)該保證安全性，很難改變或偽造，與此同時，還應(yīng)當(dāng)有低誤檢測率。當(dāng)作品發(fā)生版權(quán)問題糾紛時就可以通過對作品當(dāng)中存在的水印信息進(jìn)行提取從而確認(rèn)作品的歸屬權(quán)。現(xiàn)在，如果需要兼顧這兩方面，通常人們是在“相對”不能感知的前提下盡量的去提升水印的魯棒性。所以在這兩者之間必須進(jìn)行折中。這對于魯棒和易損的不可見水印來說是一個最基本的要求。對水印要求最強(qiáng)的是版權(quán)保護(hù)的魯棒性水印，能夠抵抗惡意性攻擊，但不同的是，對易損的水印和注釋的水印不需要特別強(qiáng)調(diào)對一些惡意攻擊的抵御能力。當(dāng)有敵意的第三方想要通過某些處理來去除或修改被嵌入的信息時，保護(hù)信息就會發(fā)生明顯改變，從而達(dá)到對信息的保護(hù)作用，并提醒合法的所有者或使用者對其進(jìn)行保護(hù)。常常我們要求數(shù)字水印應(yīng)具有如下基本特征：（1）魯棒性（Robustness）：字面意思為“強(qiáng)健性、堅(jiān)固性、強(qiáng)壯性”。一些具體應(yīng)用系統(tǒng)的協(xié)議已經(jīng)在研究中，但是水印協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化還沒有進(jìn)行。水印的應(yīng)用研究還包括對水印協(xié)議的研究。在數(shù)字水印技術(shù)的研究中，迄今為止都沒有一個統(tǒng)一的被大家所接受的評價體系。數(shù)字水印要得到更廣泛的應(yīng)用，那必須建立一系列的標(biāo)準(zhǔn)，比如水印的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、嵌入水印的標(biāo)準(zhǔn)等，每種水印算法的評價都應(yīng)該是建立在一定的標(biāo)準(zhǔn)之上。伴隨電子商務(wù)政務(wù)的逐漸展開，怎樣綜合運(yùn)用數(shù)字水印技術(shù)和密碼技術(shù)解決電子商務(wù)政務(wù)中的信息安全問題亟待解決[2]。對于這方面的研究也非常有意義。(3) 水印的安全性。但假如嵌入水印的強(qiáng)度過于大，人們就能感覺出來，因此就破壞了原載體數(shù)據(jù)的質(zhì)量。(2) 水印嵌入的最大強(qiáng)度。 理論研究對于理論研究，對于下面這些很有價值的問題，值得去深入的研究：(1) 選擇宿主信號和嵌入位置。這就成為一個比較難的課題，因?yàn)闋砍兜皆O(shè)計魯棒性的水印算法、構(gòu)造水印和估計水印能量等。水印的兩個非常重要特性是魯棒性和不能感知性，自從數(shù)字水印技術(shù)提出以來，水印技術(shù)研究的其中一個主題就是對這兩個特性的研究。大部分水印算法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值對整個圖像均用一樣強(qiáng)度水印嵌入，因此圖像的所有部分所嵌入的水印能量都是相同的。認(rèn)清當(dāng)前數(shù)字水印研究出現(xiàn)的問題對于指正水印算法的快速發(fā)展有著非常重要的意義[1]。為了推進(jìn)我國在這一國際前沿領(lǐng)域發(fā)展水印技術(shù)，促進(jìn)我國的研究人員在此領(lǐng)域的緊密合作與交流，在2005年10月12日至14日，第十二屆全國圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會議由中國圖象圖形學(xué)學(xué)會主辦，中科院自動化所協(xié)辦，在北京西郊賓館召開，此次會議上再次強(qiáng)調(diào)了數(shù)字水印技術(shù)的重要性，尤其是在數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)方面。我國在1999年12月11日，第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會由北京電子技術(shù)應(yīng)用研究所組織召開，迄今為止已經(jīng)成功舉辦了六屆，這在很大程度上促進(jìn)了國內(nèi)水印技術(shù)的深入研究與快速發(fā)展。梅蕤蕤等提出的是彩色圖像自適應(yīng)的數(shù)字水印算法、鄭江濱等提出的是基于彩色分量DCT域的數(shù)字圖像水印算法。其中具有代表性的有哈工大、天津大學(xué)、北郵等，都是國內(nèi)投入水印技術(shù)研究比較早，并且取得了比較的好成績。進(jìn)行檢驗(yàn)時，通過衡量提取出來的水印和原水印之間的相似度來判斷是否加入了水印。其中基于分塊的離散余弦變換是最常用的變換算法之一，最原始的基于分塊的離散余弦變換數(shù)字水印是在原始數(shù)據(jù)上隱藏了一些二進(jìn)制的信息。由Ahmed等人發(fā)現(xiàn)的離散余弦交換廣泛應(yīng)用于變換圖像編碼，實(shí)際上，DCT是靜止圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)(Joint Photographic Experts Group,JPEG)和運(yùn)動圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)(Moving Pictures Experts Group，MPEG)的基礎(chǔ)。當(dāng)今使用的主要變換域算法有：離散余弦變換(Discrete Cosine Transform,DCT)、離散小波變換(Discrete Wavelet Transform,DWT)。變換域算法就是在把水印嵌入原始載體的顯著區(qū)域。比如后面的Patchwork算法是由麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室Walter Banderf等人提出來的。最早的數(shù)字水印算法是基于空域的算法，空間域方法指的是用各種方法直接對圖像的像素值進(jìn)行修改，把數(shù)字水印直接嵌入在原始數(shù)據(jù)上。因此數(shù)字水印技術(shù)可以利用數(shù)字化信號對人的知覺冗余，進(jìn)行各種信號隱藏，從而實(shí)現(xiàn)隱秘通信。（5） 隱秘通信及其對抗：信息戰(zhàn)的重要組成部分是網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)，其最核心的內(nèi)容就是利用公用網(wǎng)絡(luò)對保密數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。其中易損水印的魯捧性較低，所以在數(shù)字水印的運(yùn)用中，可以用它來檢驗(yàn)數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容是否具有完整性。比如說在DVD播放系統(tǒng)中，就可以在原始視頻信號中加入拷貝控制信息，從而達(dá)到控制使用的目的。數(shù)字水印技術(shù)的這種應(yīng)用必須有較好的魯棒性、安全性和不可見性。數(shù)字作品擁有者用密鑰產(chǎn)生一個水印，并將它嵌入到原來的數(shù)字作品中，這樣可以保護(hù)其知識產(chǎn)權(quán)。數(shù)字產(chǎn)品的知識版權(quán)保護(hù)是數(shù)字水印發(fā)展最重要的動力，但是伴隨著數(shù)字水印技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用的前景也是越來越廣。數(shù)字水印被認(rèn)為是抵抗多媒體版權(quán)盜用的“最后一道防線”。在接收那一端，通過計算機(jī)水印信號就被提取出來而達(dá)到各種目的。由此，數(shù)字水印技術(shù)也就產(chǎn)生了，并且在數(shù)字產(chǎn)品的產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面起到了越來越重要的作用。因此引發(fā)的版權(quán)盜用問題和版權(quán)保護(hù)問題已成為越來越嚴(yán)重的社會問題。數(shù)字化的多媒體信息擁有的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量高、易于存儲、加工和復(fù)制等。網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)的快速發(fā)展在很多方面改變了大家的生活。 最后，給出了未來可能的研究方向的一些建議。數(shù)字水印的研究是從空間域開始的,LSB算法是空域算法中最具有代表性的。在介紹信息隱藏、數(shù)字水印的相關(guān)概念、特點(diǎn)基礎(chǔ)上系統(tǒng)的論述了圖像水印算法的通用模型。因此，數(shù)字水印一經(jīng)提出就成為熱點(diǎn)問題，出現(xiàn)了許多數(shù)字水印方案，也有許多公司已推出了數(shù)字水印的產(chǎn)品。可以標(biāo)識著作者、所有者、使用者等，并攜帶有版權(quán)保護(hù)信息和認(rèn)證信息，目的是鑒別出非法復(fù)制和盜用的數(shù)字產(chǎn)品，保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的合法拷貝和傳輸。 1517周：撰寫畢業(yè)論文，完成畢業(yè)答辯。 811周：根據(jù)算法在MATLAB下仿真實(shí)現(xiàn)對圖像的水印嵌入和提取。 進(jìn)度安排： 13周：查找資料，文獻(xiàn)。這次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)空域水印嵌入。但是由于使用了圖像不重要的像素位，算法的魯棒性差，水印信息很容易為濾波、圖像量化、幾何變形的操作破壞。 題 目 數(shù)字圖像水印技術(shù)研究 學(xué)生姓名 許喚弟 學(xué)號 1113024015 所在學(xué)院 物理與電信工程學(xué)院 專業(yè)班級 通信工程1101班 指導(dǎo)教師 陳莉 __ 完成地點(diǎn) 物理與電信工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 2015 年 月 日畢業(yè)論文﹙設(shè)計﹚任務(wù)書院(系) 物電學(xué)院 專業(yè)班級 通信1101 學(xué)生姓名 許喚弟 一、畢業(yè)論文﹙設(shè)計﹚題目 數(shù) 字 圖 像 水 印 技 術(shù) 研 究 二、畢業(yè)論文﹙設(shè)計﹚工作自 2015 年 3 月 5 日 起至 2015 年 6 月 10 日止 三、畢業(yè)論文﹙設(shè)計﹚進(jìn)行地點(diǎn): 物電學(xué)院實(shí)驗(yàn)室