【正文】 。如果我們將尺度理解為時間窗口的話，則小尺度信號為短時間信號。小波基函數(shù)的窗口隨尺度因子的不同而伸縮，當(dāng) a 逐漸變大時，基函數(shù)的時間窗口 t? 逐漸變大，而對應(yīng)的頻域窗口 ?? 相應(yīng)減小，中心頻率（即頻率窗的中心點(diǎn)）逐漸變低，相反，當(dāng) a 逐漸減小，基函數(shù)的時間窗口 t? 逐漸減小，其頻率窗口 ?? 相應(yīng)增大，中心頻率逐漸升高。在這里，如果 ?()??滿足： ? ? 20?Cd??? ????? ? ?? （ 33） 則稱 ()t? 為允許小波，條件式（ 33）稱為可允許性條件。他們是由同一母小波函數(shù) ()t? 經(jīng)過伸縮和平移后得到的一組函數(shù)系列。 12, ( ) ( )ab tbta a???? a,b∈ R； a0 （ 32） , ()abt? 稱為小波基函數(shù)，簡稱小波基。正是這種特性，使小波變換具有對信號的自適應(yīng)性。 小波定義 小波分析方法是一種窗口大?。创翱诿娣e）固定但其形狀可以改變，時間窗和頻率窗都可改變的時頻局部化分析方法。離散短時傅里葉變換對不同的頻率成分在空間域上的抽樣間隔是相等的，與此同時，離散小波變換對不同的頻率成分在空間域上的抽樣間隔是可調(diào)的，對高頻成分采用逐漸精細(xì)的空間域抽樣步長，從而可以聚焦到研究對象的任意細(xì)節(jié)，從這個意義上來講，它被譽(yù)為數(shù)學(xué)顯微鏡。因此，好的時間分辨率和好的頻率不可能同時達(dá)到。對于非平穩(wěn)信號， DFT 可以指出包含哪些頻率分量，但不能指出它們在什么時候出現(xiàn)。不能將平穩(wěn)信號（特性不隨 時間變化的信號）和非平穩(wěn)信號（特性隨時間變化的信號）進(jìn)行區(qū)分是它的一個缺點(diǎn)?？梢灶A(yù)料，在今后數(shù)年中，它將成為科技工作者經(jīng)常使用的又一銳利的科學(xué)工具，會促進(jìn)科技及工程應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。所有這些看法都正確的，因?yàn)?“小波 ”具有非常豐富的數(shù)學(xué)內(nèi)容，并且是對應(yīng)用有巨大潛力的多方面適用工具。還有些人認(rèn)為 小波可以作為時間 頻率分析的一種新技術(shù)。小波分析是一種時間窗和頻率窗都可以改變的時頻局部化分析方法，被稱為 “數(shù)字顯微鏡 ”。為了繼承傅里葉分析（余弦變換和正弦變換都可以視為傅里葉變換的特例）的優(yōu)點(diǎn)，同時又克服它的缺點(diǎn)，人們一直在尋找新的方法。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第三章 小波分析理論 小波分析理論基礎(chǔ) 長期以來，傅里葉變換一直是信號處理領(lǐng)域中最完美，應(yīng)用最廣泛的一種分析手段。 這里對數(shù)字水印面臨的攻擊進(jìn)行了簡單的介紹和分類。 （ 8）協(xié)議攻擊：這種攻擊不同于以上幾種攻擊手段，它不針對具體的水印嵌入算法，不破壞水印本身，而是根據(jù)數(shù)字水印不同的應(yīng)用場合對數(shù)字水印的基本框架進(jìn)行攻擊。 （ 7）跳躍攻擊：跳躍攻擊方要用于音頻信號數(shù)字水印系統(tǒng)的攻擊，其一般實(shí)現(xiàn)方法是在音頻信號上加入、減去一個跳躍信號后，再將數(shù)據(jù)塊按原來順序重新組合起來。 （ 5）馬賽克攻擊：由于通常的水印算法都要求原始圖像的大小不小于某個值，因此，攻擊者將水印圖像分割為若干很小的圖像，再在瀏覽器中將這些子圖像依次拼接起來，與含水印圖像有相同的視覺效果。 （ 4）抖動攻擊：此方法采用在信號加入抖動的方法，如將圖像分為若干部分，在每一部分內(nèi)隨機(jī)地復(fù)制或刪除某些采樣。它模擬重采樣過程：對圖像進(jìn)行微小的幾何變形（拉伸、剪切、移位、旋轉(zhuǎn)等），然后利用雙線性或 Nyquist 插值進(jìn)行重 采樣，并且模擬 A/D 轉(zhuǎn)換引入微小的平滑分布的誤差。防止這一攻擊的有效辦法就是研究不可逆水印嵌入算法。這類操作有：圖像壓縮、圖像量化與圖像增強(qiáng)、圖像栽剪、線性或非線性濾波、疊加噪聲、幾何失真、 A/D 轉(zhuǎn)換以及圖像的校正等。主動攻擊的目的是篡改或破壞水印，使合法用戶也不能讀取水印信息，而被動攻擊則試圖破解水印算法。水印測試者既要熟悉水印算法也要熟悉水印攻擊算法，而且還要從水印算法的理論入手進(jìn)行水印信息量和魯棒性的定量分析。正因?yàn)橛兴」舻拇嬖?，才有水印研究的不斷深入。其中恢?fù)的數(shù)據(jù)可與原始的水印信號進(jìn)行相似度或可信度來測量，以此來判定水印信息的存在與否 [3]。水印信息可以為序列號、圖像、文本等任何形式的數(shù)據(jù)，原始信息可以為音頻、視頻、圖像或文本等，經(jīng)過嵌入算法的處理， 相應(yīng)的水印信息就被嵌入到載體中去，得到的是嵌入水印信息后的含水印信息。 圖 水印的嵌入模型 圖 水印的提取模型 圖 為水印信號的嵌入模型，輸入信號為水印信息，原始信息，密鑰用來增強(qiáng)算法的安全性，為了保證水印的安全性，防止他人在獲知水印算法的情況下來篡改水印或偽造水印，在實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)中至少使用一個密鑰，有的甚至是幾個密鑰結(jié)合來對水印信息加密或控制水印的嵌入位置。 以上的提取和檢測方案不依賴于原始圖像，但是也可以類似地定義依賴原始圖像的方案。 步驟 3：水印的提取和檢測：水印的提取是指從水印圖像中完全恢復(fù)出水印信息的過程；水印的檢測是判斷圖像中特定水印信號的存在性的過程。 步驟 2：水印信號的嵌入：采用一定的算法將水印信息加入到圖像的空間域或者變換域中，最終生成水印圖像； ( , , )wI F I W K?? ，算法應(yīng)使對原始圖像所作的改動最小，同時又要保證盡可能強(qiáng)的魯棒性。這一框架大致分為如下三步： 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 步驟 1：水印信號的生成：根據(jù)不同的需要，有時要對水印信息進(jìn)行必要的預(yù)處理，如編碼、壓縮、加密等，最終形成水印信號。水印的譯碼（檢測）則是一個有噪信道中弱信號的檢測問題。 從數(shù)字通信的角度看，水印嵌入可以理解為在一個寬帶信道（載體圖像）上用擴(kuò)頻通信技術(shù)傳輸一個窄帶信號（水印信號）。而對比度門限則受視覺系統(tǒng)的空間、時間和頻率特性的影響。這種技術(shù)充分利用了人的知覺系統(tǒng)（ HVS）和人類聽覺系統(tǒng)（ HAS）的冗余特性。它的存在是以不破壞原數(shù)據(jù)的欣賞價值和使用價值為原則的。隱蔽標(biāo)識水印是在圖像中加入注釋信息，對圖像進(jìn)行說明和作者介紹等，不占用帶寬，需要隱藏的數(shù)據(jù)量較大。按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱藏標(biāo)識水印。因此，頻域水印算法對諸如壓縮和某些圖像處理等的攻擊的魯棒性更強(qiáng)?？臻g域水印的嵌入和提取是通過修改圖像像素點(diǎn)的強(qiáng)度或灰度值來實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算簡單，效率較高，但難以抵抗常見圖像處理的攻擊及噪聲干擾的影響，穩(wěn)健性較差。但對無意義的水印來說，如果解碼后的水印序列有若干碼元錯誤，則只能通過統(tǒng)計(jì)決策來確定信息中是否含有水印。有意義水印是指水印本身也是某個數(shù)字圖像（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片斷的編碼；無意義水 印則只對應(yīng)于一個序列號。目前研究的數(shù)字水印大多數(shù)是半盲水印或者盲水印。非盲水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù)和原始水印的參與；半盲水印則不需要原始數(shù)據(jù)，但需要原始水印來進(jìn)行檢測；盲水印的檢測只需要密鑰，既不需要原始數(shù)據(jù)，也不需要原始水印。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，會有更多類的數(shù)字媒體出現(xiàn)，同時也會產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù)。人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過，實(shí)現(xiàn)對多媒體的被破壞情況的跟蹤和定位。脆弱水印對多媒體的任何變換或處理都非常敏感；魯棒水印對常見的各種處理操作和攻擊均有較強(qiáng)的魯棒性，好的魯棒水印算法甚至可以從質(zhì)量已被破壞的數(shù)字作品中提取出水??；魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字 作品中標(biāo)識著作權(quán)信息，如作者、作品序號等。不可見水印不能夠阻止盜版者對數(shù)字產(chǎn)品的非法復(fù)制，但可用來證明數(shù)字產(chǎn)品所有權(quán)，以及作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù)。 數(shù)字水印的分類 數(shù)字水印的分類方法多種多樣，從不同的角度可以如下進(jìn)行分類： （ 1） 按水印的可見性劃分 按嵌入水印后數(shù)字產(chǎn)品中水印是否可見可將數(shù)字水印分為可見水印和不可見水印。然而現(xiàn)代密碼學(xué)的研究和發(fā)展為數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。因此，這些預(yù)覽內(nèi)容被自動加上可見的但 難除去的水印。從而保護(hù)制造商的商業(yè)利益。與其它水印不同的是，這類水印必須是脆弱的，并且檢測水印信號時，不需要原始數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)該目的，通?？蓪⒃紙D像分成多個獨(dú)立塊，再將每個塊加入不同的水印。這種隱式注釋不需要增加額外 的帶寬，且不容易丟失，因此是一種比較理想的注解方式。 （ 3）標(biāo)題與注釋 利用水印技術(shù)將媒體的相關(guān)注釋或標(biāo)題等信息加入其中，以便自己或他人使用。當(dāng)發(fā)現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的拷貝時，就可 以根據(jù)此拷貝所恢復(fù)出的指紋來確定它的來源，以追究非法傳播者的責(zé)任。對這種應(yīng)用領(lǐng)域來說，水印技術(shù)必須有較好的魯棒性，同時也必須能防止被偽造。 數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 數(shù)字水印技術(shù)的研究是與數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)緊密相關(guān)的，目前數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，概括起來主要包括以下幾個方面： （ 1）媒體所有權(quán)的認(rèn)定和版權(quán)保護(hù) 數(shù)字作品的所有者可用密鑰產(chǎn)生一個水印，并將其嵌入原始數(shù)據(jù)，然后公開發(fā)布他的水印版權(quán)作品。就目前已經(jīng)出現(xiàn)的很多算法而言，攻擊者有可能破 壞掉圖像中的水印，或復(fù)制出一個理論上存在的 “ 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)。水印算法能識別被嵌入到保護(hù)對象中的所有者的相關(guān)信息（如注冊的用戶號碼、產(chǎn)品標(biāo)志或者有意義的文字等），并能在需要的時候?qū)⑵涮崛〕鰜?。如果不具備可檢測性，那么水印也就失去了意義。 （ 3）可檢測性：數(shù)字水印應(yīng)該能夠由作者或公 證機(jī)構(gòu)來檢測或提取。因此需要在這兩者之間進(jìn)行折中。對于魯棒和易損的不可見水印來說，這是一個最基本的要求。 （ 2）不可感知性：對應(yīng)的英文術(shù)語為 Imperceptibility，可以理解為 “難以覺察，感覺不 到 ” 。不同的水印應(yīng)用對魯棒性的要求不同，一般應(yīng)能夠抵抗正常的圖像處理。數(shù)字水印的魯棒性是指數(shù)字水印應(yīng)該具備這樣的特性：當(dāng)被保護(hù)的信息經(jīng)過某種改動后，比如傳輸、過濾操作、重新采樣、編碼、有損壓縮等，嵌入的信息應(yīng)保持其完整性，不能被輕易地去除，并以一定的正確概率被檢測到。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 數(shù)字水印技術(shù) 數(shù)字水印的基本特征 不同的用途 ,對于數(shù)字水印的要求各不相同。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 就目前而言，數(shù)字水印技術(shù)在國內(nèi)外尚屬一個非常新的技術(shù)課題，雖然國際上已有很多科研機(jī)構(gòu)，高等院校和大公司在進(jìn)行這方面的研究，但基本上還處于研究階段，沒有投入實(shí)際的生產(chǎn)和應(yīng)用當(dāng)中。從目前的研究發(fā)展來看，我國相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究與世界水平相差不遠(yuǎn)，而且有自己獨(dú)特的研究思路。 2021 年 1 月，由國家 “863” 智能專家組織中科院自動 化所模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)組織召開了數(shù)字水印學(xué)術(shù)研討會，來自國家自然科學(xué)基金委員會、國家信息安全測評論證中心、中國科學(xué)院、國防科技大學(xué)、中山大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、中國科技大學(xué)、北京大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京電子技術(shù)應(yīng)用研究所等單位的專家學(xué)者和研究人員深入討論了數(shù)字水印的關(guān)鍵技術(shù)，并報告了各自的研究成果。 國外數(shù)字水印技術(shù)研究的高潮也激起了國內(nèi)專家和知名學(xué)者的極大興趣，業(yè)內(nèi)的許多有識之士紛紛加入到這方面研究的洪流中來，從各個方面對該技術(shù)開展了廣泛而深入的研究，并且取得了許多高水平的研究成果。在 1999 年第三屆信息隱藏國際學(xué)術(shù)研討會上，數(shù)字水印成為主旋律，全部 33 篇文章中有 18 篇是關(guān)于數(shù)字水印的研究。 1998 年以來，《 IEEE 圖像處理》、《 IEEE 會報》、《 IEEE 通信選題》、《 IEEE 消費(fèi)電子學(xué)》等許多國際重要期刊都組織了數(shù)字水印?？?qū)ｎ}新 聞報道。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)字水印技術(shù)自 93 年提出以來，由于它在信息安全上的重要地位，發(fā)展較為迅速?？梢?，數(shù)字水印技術(shù)正好彌補(bǔ)加密技術(shù)的不足，它不是防止別人非法讀取數(shù)字信息，而是進(jìn)行版權(quán)申明或在非法用戶讀取信息 后對其進(jìn)行追蹤。被保護(hù)的信息可以是任何一種數(shù)字媒體，如軟件、圖像、音頻、視頻或一般性的電子文檔等。數(shù)字水印技術(shù)的研究就是在這種環(huán)境下迅速發(fā)展起來的。 傳統(tǒng)的加密技術(shù)只能保證作品發(fā)送者到接收者之間的信息安全（包括防篡改、偽造等），而不能控制接收者向第三方進(jìn)行非法散發(fā)甚至銷售。這一系列數(shù)字化技術(shù)本身的可復(fù)制和廣泛傳播的特性所帶來的負(fù)面效應(yīng)，已成為信息產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的一大障礙。人們借助于計(jì)算機(jī)，數(shù)字掃描儀，打印機(jī)等先進(jìn)電子設(shè)備可以方便、迅速地將數(shù)字信息傳達(dá)到世界各地，在國際互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布自己的作品，傳遞重要的信息，進(jìn)行各種學(xué)術(shù)交流和電子商務(wù)活動。數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支，也是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息安全和數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)研究的熱點(diǎn)。數(shù)字水印技術(shù)作為其在多媒體領(lǐng)域的重要應(yīng)用，已受到人們越來越多的重視。這標(biāo)志著一門新興的交叉學(xué)科 —信息隱藏學(xué)的正式誕生，在計(jì)算機(jī)、通訊、保密學(xué)等領(lǐng) 域有著廣闊的應(yīng)用前景。因此引發(fā)了各種多媒體信息的傳輸安全問題和數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)問題。 Watermark embedding and extraction 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii 目 錄 第一章 緒 論 ...................................................1 課題研究的目的和意義 .......................................1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................2 第二章 數(shù)字水印技術(shù) ............