【正文】 cs of digital watermarking technology, classification, application field, etc. At last, the paper introduces the digital watermarking algorithm, for instance, discrete wavelet transform, a watermark extraction, etc This paper mainly studies the static image watermarking algorithm is proposed. Through the use of a static grayscale image of discrete wavelet transform watermark embedding and extracting algorithm process, with the original image and parison analysis of watermark image based on DWT domain, digital image watermarking technology. And through a series of image attack to test the watermark invisible and robust performance Keywords: Digital Watermarking。 Discrete Wavelet transform 。但是隨之而出現(xiàn)的問題也十分嚴(yán)重，如作品侵權(quán)更加容易，篡改也更加方便。為了解決數(shù)字內(nèi)容的版權(quán)保護(hù)和信息安全問題，近年來提出了加密 解密、數(shù)字簽名、數(shù)字標(biāo)簽、數(shù)字指紋、數(shù)字水印等多種技術(shù)。如今信息隱藏學(xué)作為隱蔽通信和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等的主要手段，正得到廣泛的研究與應(yīng)用。它通過在數(shù)字產(chǎn)品中嵌入可感知或不可感知的信息來確定數(shù)字產(chǎn)品的所有權(quán)或檢驗(yàn)數(shù)字內(nèi)容的原始性。 課題研究的目的和意義 隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)的交換和傳輸也變成了一個(gè)相對簡單且快捷的過程。但這些便利也帶來了負(fù)面影響，網(wǎng)絡(luò)及數(shù)字媒體文件自身的特性使有惡意的個(gè)人或團(tuán)體有可能在沒有得到作品所有者的許可權(quán)下篡改、拷貝和傳播有版權(quán)的內(nèi)容，例如，現(xiàn)代盜版者僅需要輕點(diǎn)幾下鼠標(biāo)就可以獲得與原版一樣的復(fù)制品，并以此獲取暴利，而一些具有特殊意義的 信息，如涉及司法訴訟、政府機(jī)要等信息，則會(huì)遭到惡意攻擊和篡改偽造等等。目前，數(shù)字媒體的信息安全、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和認(rèn)證問題變得日益突出，且已成為數(shù)字世界中一個(gè)非常重要和緊迫的議題。因而，加密技術(shù)不能很好地保證數(shù)字多媒體產(chǎn)品的版權(quán)。 所謂數(shù) 字水印技術(shù)，就是將代表數(shù)字媒體著作權(quán)人身份的特定信息，用戶指定的標(biāo)志或序列碼等，按照某種方式嵌入被保護(hù)的信息中，在產(chǎn)生版權(quán)糾紛時(shí)，通過相應(yīng)的算法提取出該數(shù)字水印，從而驗(yàn)證版權(quán)的歸屬，確保媒體著作權(quán)人的合法利益，避免非法盜版的威脅。數(shù)字水印是嵌在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號(hào)，水印的存在要以不破壞原湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 數(shù)據(jù)的欣賞價(jià)值，使用價(jià)值為原則。在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天，數(shù)字水印技術(shù)的研究具有明顯的意義，數(shù)字水印技術(shù)對保護(hù)各種形式的數(shù)字產(chǎn)品將起到重要的作用。從公開發(fā)表的文獻(xiàn)看，國際上在數(shù)字水印方面的研究剛開始不久，但由于大公司的介入和美國軍方及財(cái)政部的支持，該技術(shù)研究的發(fā)展速度非?？?。 1996 年 5 月，第一屆國際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)在英國劍橋牛頓研究所召開，至今該研討會(huì)已舉辦了六屆。 目前，已支持或開展數(shù)字水印技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)有政府部門，也有大學(xué)和知名企業(yè)，它們包括美國財(cái)政部、美國版權(quán)工作組、美國空軍研究院、美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室、德國國家信息技術(shù)研究中心、日本 NTT 信息與通信系統(tǒng)研究中心、麻省理工學(xué)院、伊利諾斯大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、劍橋大學(xué)、瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院、西班牙 Vigo 大學(xué)、 IBM 公司 Watson 研究中心、微軟公司劍橋研究院、朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室、 CA 公司、 Sony 公司、 NEC 研究所以及荷蘭菲利浦公司等。 1999 年 12 月，我國信息安全領(lǐng)域的何德全院士，周仲義院士，蔡吉人院士與有關(guān)應(yīng)用研究單位聯(lián)合發(fā)起并召開了我國第一屆信息安全隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)。同時(shí)，國家 “836 計(jì)劃 ” ， “973” 項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金等都對數(shù)字水印的研究有項(xiàng)目資金支持。 2021 年 6 月 1718 日于北京， 2021 年 9 月 10 日于西安， 2021 年 8 月 2426 于大連， 2021 年 11 月 1921 于廣州中山大學(xué)分別召開了第二 、 第三 、 第四 、 第五界信息隱藏學(xué)術(shù)討論會(huì)，標(biāo)志著我國對數(shù)字水印技術(shù)的研究已經(jīng)與國際同步了。研究者們還在努力尋找一定計(jì)算復(fù)雜限度之內(nèi)的某種良好的水印嵌入和提取算法，制定一個(gè)數(shù)字水印算法標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而向 DVD， MP3， MPEG4，JPEG2021 以及 IFPI 等主流數(shù)字媒體標(biāo)準(zhǔn)看齊 。通常我們要求數(shù)字水印應(yīng)具有如下基本特征： （ 1）魯棒性：對應(yīng)的英文為 Robustness，可以理解為 “強(qiáng)健性、堅(jiān)固性、強(qiáng)壯性 ”。當(dāng)有敵意的第 三方試圖通過某些處理來去除或修改嵌入的信息時(shí)，只會(huì)引起保護(hù)信息的明顯改變，從而提醒合法的所有者或使用者，達(dá)到對信息的保護(hù)作用。用于版權(quán)保護(hù)的魯棒水印需要最強(qiáng)的魯棒性，需要抵抗惡意攻擊，而易損水印、注釋水印則無需特別強(qiáng)調(diào)對惡意攻擊的抵抗能力。這是指被保護(hù)信息在嵌入水印信息后應(yīng)不引起原始被 保護(hù)信息質(zhì)量的顯著下降和視覺效果的明顯變化。這種技術(shù)是比較困難的，從信息處理的角度看，水印的魯棒性和不可感知性是一對相互矛盾的特性要求，過多的注重一方面，另一方面的性能就會(huì)削弱。這種技術(shù)是困難的，但并不是不可能的，因?yàn)槿祟惖母杏X器官并不是特別精密的系統(tǒng)，所謂的不可感知并不是絕對感知不到的，目前，當(dāng)需要在這兩方面兼顧時(shí)，人們通常是在保證 “ 相對 ” 不可感知的前提下盡可能地提高水印魯棒性。當(dāng)作品在版權(quán)問題上發(fā)生爭執(zhí)時(shí)通過提取作品中的水印信息可以確認(rèn)作品的版權(quán)歸屬。 （ 4）可證明性：這是指恢復(fù)出的水印或水印判決結(jié)果應(yīng)該能夠確定地表明所有權(quán)的歸屬，不會(huì)發(fā)生多重所有權(quán)的糾紛。水印可以用來判別對象是否受到保護(hù)，并能夠監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別以及非法拷貝控制等。因此一個(gè)好的水印算法應(yīng)該能夠提供完全沒有爭議的版權(quán)證明 [2]。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，所有者即可以利用水印的檢測或提取方法從盜版作品和水印版作品中獲取水印信息作為依據(jù)，從而保護(hù)所有者的權(quán)益。 （ 2）跟蹤非法傳播 這是使用購買者的信息（如不同用戶 ID 或序列號(hào)等）作為水印嵌入產(chǎn)品中，這些水印信息就如同人的指紋或 DNA 基因一樣，可以準(zhǔn)確地區(qū)分每一個(gè)不同的用戶個(gè)體，因此又叫 “指紋 ”。對于這種水印，除應(yīng)具有用于版權(quán)保護(hù)水印的特性以外，還應(yīng)該能夠防止串謀攻擊，就是防止兩個(gè)以上的用戶聯(lián)合起來，通過對比消除加入的水印。比如，在圖片或照片中加入制作或拍攝時(shí)間、地點(diǎn)、圖像名稱、內(nèi)容簡介、創(chuàng)作者等；在CD 音樂中隱藏樂典的簡介、作曲、定購信息、訪問鏈接等；在數(shù)字視頻中嵌入各種語言構(gòu)成多語言電影系統(tǒng)，以適應(yīng)不同用戶的需要等。 （ 4）篡改提示 當(dāng)數(shù)字作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，常需確定它們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過。同時(shí)可通過檢測每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的水印信號(hào)，來確定作品的完整性。 （ 5）使用控制 在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，多媒體內(nèi)容需要特殊的硬件來拷貝和觀看使用，插入水印來標(biāo)識(shí)允許的拷貝數(shù)，每拷貝一份，進(jìn)行拷貝的硬件會(huì)修改水印 的內(nèi)容，將允許的拷貝數(shù)減一，以防止大規(guī)模的盜版，這種應(yīng)用的一個(gè)典型的例 子是 DVD 防拷貝系統(tǒng)，即將水印信息加入 DVD 數(shù)據(jù)中，這樣 DVD 播放機(jī)即可通過檢測 DVD 數(shù)據(jù)中的水印信息而判斷其合法性和可拷貝性。 （ 6）內(nèi)容保護(hù) 在一些特定應(yīng)用中，數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容的所有者可能會(huì)希望要賣的多媒體內(nèi)容能公開自由地預(yù)覽，以盡可能地多招來潛在的顧客，但也需要防止這些預(yù)覽的內(nèi)容不被其它人用于商業(yè)目的。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 數(shù)字水印技術(shù)憑借其自身的諸多優(yōu)點(diǎn)引起了眾多應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注，但是數(shù)字水印技術(shù)本身目前還不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用在安全性、可用性等方面的要求。利用現(xiàn)代密碼學(xué)提供的各種保密性、認(rèn)證性、完整性和不可抵賴性機(jī)制，可以設(shè)計(jì)安全的數(shù)字水印服務(wù)于不同的應(yīng)用。可見水印主要用于當(dāng)場聲明 數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)歸屬，對盜版者起到即時(shí)威懾和約束作用，也可用于在因特網(wǎng)上在線分發(fā)帶有可見水印的數(shù)字產(chǎn)品，對數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行廣告宣傳。 （ 2） 按水印的魯棒性劃分 按水印的魯棒性可以將數(shù)字水印分為脆弱數(shù)字水印和魯棒數(shù)字水印兩種。脆弱數(shù)字水印主要用于完整性認(rèn)證和內(nèi)容保護(hù)。 （ 3） 按水印所附載的媒體劃分 按水印所附載的載體數(shù)據(jù)，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印等等。 （ 4） 按水印的檢測過程劃分 按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為非盲水?。?Nonblind watermark）、半盲水?。?seminonblind watermark）和盲水印（ Blind watermark）。 一般說來，非盲水印的穩(wěn)健性比較強(qiáng)，但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。 （ 5） 按水印的內(nèi)容劃分 按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將數(shù)字水印分為有意義的水印和無意義水印。有意義水印的優(yōu)勢在于，如果由于受到攻擊或其它原因致使解碼后湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 的水印破損，人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^視覺覺察確認(rèn)是否有水印。 （ 6） 按水印嵌入的空間劃分 按水印嵌入的空間劃分可將數(shù)字水印分為空域水印和頻域水印。頻域方法是將水印添加到原始圖像的某種變換系數(shù)中 ，更容易與人的感知系統(tǒng)的某些掩蔽特性相結(jié)合，與數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，如 JPEG 等兼容。 （ 7） 按用途劃分 不同的應(yīng)用需求造就了不同的水印技術(shù)。票據(jù)防偽水印加在紙質(zhì)票據(jù)的數(shù)字生成過程中，歷經(jīng)印刷、打印、掃描過程后能將水印檢測出來，需要防止的是復(fù)制后水印將不再存在。 數(shù)字水印技術(shù)原理和基本模型 所謂數(shù)字水印，是嵌入在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號(hào)，它可以是圖像、聲音、文字、符號(hào)、數(shù)字等一切可以作為標(biāo)記、標(biāo)識(shí)的信息。數(shù)字水印是指利用數(shù)字產(chǎn)品的信息冗余性，把與多媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的一些標(biāo)識(shí)信息直接嵌入多媒體內(nèi)容中，并能夠通過計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ脵z測電路及時(shí)地把水印檢測或提取出來的技術(shù)。 從圖像處理的角度看，嵌入水印信號(hào)可以視為在強(qiáng)背景（原始圖像）下又疊 加一個(gè)弱信號(hào)（水?。?，只要疊加的水印信號(hào)強(qiáng)度低于 HVS（ Human Vision System）的對比度門限， HVS 就無法覺察到信號(hào)的存在。因此，通過對原始圖像作一定的調(diào)整，有可能在不改變視覺效果的情況下嵌入一些信息。盡管水印信號(hào)具有一定的能量，但分布到信道中任一頻率上的能量是難以檢測到的。 設(shè)載體圖像為 I，待嵌入的水印信息為 W，實(shí)際嵌入的水印信號(hào)為 w? ,密鑰為 K,水印提取和檢測函數(shù) D,水印嵌入函數(shù)為 F。這一過程可以表示為函數(shù) G： ( , )W G w k?? 。這一步是整個(gè)過程中最重要的。水印的提取和檢測可以表示為： W=D（ I， K）或者 ( , , )P D I W K?? ，其中 P=0/1， 0 表示水印不存在， 1 表示存在。 實(shí)際應(yīng)用 的水印技術(shù)整體設(shè)計(jì)方案可以用圖 、圖 來概括描述。但這并不關(guān)系到水印的本質(zhì)算法。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 為水印信息的提取模型，待檢測的含水印信息可能是受過有意或無意攻擊的，在進(jìn)行水印信息的恢復(fù)時(shí)，可以根據(jù)所采用嵌入的具體方法不同，應(yīng)用或不應(yīng)用原始信息或水印信息來對嵌入的水印信息進(jìn)行恢復(fù)。 數(shù)字水印面臨的攻擊 與密碼學(xué)類似，數(shù)字水印也是一個(gè)對抗性的研究領(lǐng)域。另外，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的標(biāo)準(zhǔn)化，必須對各種水印算法進(jìn)行安全性測試。水印攻擊分為主動(dòng)攻擊和被動(dòng)攻擊。常見的攻擊方法有： （ 1）簡單攻擊：簡單攻擊是指對含水印圖像進(jìn)行各種信號(hào)處理操作，試圖削弱或刪除嵌入的水印信息，而不 是識(shí)別或分離水印。 （ 2）迷惑攻擊：迷惑攻擊試圖通過偽造原始圖像和原始水印來迷惑版權(quán)歸屬，是針對可逆、非盲水印而進(jìn)行的攻擊。 （ 3） StirMark 攻擊： StirMark 是一種通用工具，專門用來對水印算法及其它隱秘術(shù)進(jìn)行魯棒性測試。雖然很多水印算法對某種圖像操作具有一定的魯棒性，但對于各種方法的聯(lián)合使用常常無能為力，因此 StriMark 是一種很好的測試工具。這種方法主要針對利用密鑰定位水印嵌入位置的水印算法。 （ 6）多文檔攻擊：此方法利用原始圖像數(shù)據(jù)的不同水印的版本，生成近似的圖像數(shù)據(jù)（如平均法），以此來逼近和恢復(fù)原始圖像，同時(shí)使檢測系統(tǒng)無法從中恢復(fù)出水印信號(hào)。湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 實(shí)驗(yàn)表明，在古典音樂信號(hào)中幾 乎感覺不到這種改變，但是卻可以非常有效地阻止水印信號(hào)的檢測定位，達(dá)到難以提取水印信號(hào)的目的。這種攻擊手段雖然不破壞數(shù)字水印本身的存在性，但卻可以破壞數(shù)字水印與某些權(quán)利、義務(wù)之間的關(guān)系，它是一種針對應(yīng)用協(xié)議的攻擊。研究對數(shù)字水印系統(tǒng)的攻擊將有助于我們設(shè)計(jì)更加安全可靠的水印系統(tǒng) [5]。但傅里葉變換只是一種純頻域的分析方法，在時(shí)域上無任何定位能力，即無法提供任何局部時(shí)間段上的頻率信息。 小波分析的出現(xiàn)是傅里葉分析發(fā)展史上里程碑式的進(jìn)展。有些人認(rèn)