數(shù)字水印系統(tǒng)設(shè)計開題報告.doc

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 0600103123專 業(yè)： 電氣工程及其自動化班 級： 06 電氣 1設(shè)計（論文）題目： 基 于 MATLAB 的 數(shù) 字 水 印 系 統(tǒng) 設(shè) 計指導(dǎo)教師：二級學(xué)院： 機電工程學(xué)院 2010 年 03 月 19 日1 選題的背景與意義 基于計算機和網(wǎng)絡(luò)的信息交換為多媒體數(shù)字作品的使用、傳播提供了便利的途徑然而由于數(shù)字作品極易被非法復(fù)制和篡改的特性使得數(shù)字作品的信息安全保護和版權(quán)保護成為迫切需要解決的實際問題。在我國知識產(chǎn)權(quán)問題日益嚴(yán)峻侵權(quán)事件屢屢發(fā)生只有深入開展數(shù)字水印技術(shù)的研究盡快制定我國的版權(quán)保護水印標(biāo)準(zhǔn)才能解決這一問題。而 Matlab 在這一方面就有強大的優(yōu)勢。雖然市面上關(guān)于 Matlab 的書籍很多但是基本上多是簡單的功能介紹幾乎沒有關(guān)于數(shù)字水印技術(shù)的實例而 Matlab 內(nèi)容非常多牽涉到的學(xué)科很多要在其中尋找適合自己需要的水印技術(shù)的函數(shù)和指令會十分棘手。 正因如此本文在編程研究圖像數(shù)字水印的實踐基礎(chǔ)上詳細(xì)歸納出相應(yīng)的函數(shù)。 最后還給出一個基于分塊DCT 的盲水印算法的實例來具體說明 Matlab 在圖像水印技術(shù)中的應(yīng)用。 數(shù)字水印技術(shù)（digtal watermarking）是通過一定的算法將一些標(biāo)志性信息直接嵌入到多媒體內(nèi)容當(dāng)中，但不影響原有內(nèi)容的價值和使用，并且不能被人的感知系統(tǒng)察覺或注意到，只有通過專用的檢測儀器或閱讀才能提取的一種技術(shù)。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)字水印DigitalWatermark技術(shù)是將與多媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的一些標(biāo)示信息直接嵌入多媒體內(nèi)容當(dāng)中但不影響原內(nèi)容的使用價值并不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到。通過這些隱藏在多媒體內(nèi)容中的信息可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容的創(chuàng)建者、購買者或者用來鑒別多媒體內(nèi)容是否真實完整。因此數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究方向。國內(nèi)外對數(shù)字水印的研究已經(jīng)比較成熟，其中比較具有代表性的有基于 DCT 域的數(shù)字水印算法，這是研究一種基于離散余弦變換DCT的數(shù)字圖像水印算法，并借助 MATLAB 編程工具，實現(xiàn)數(shù)字水印的嵌入、提取和攻擊測試。水印嵌入就是把水印信號 Wwk嵌入到原始圖像X0kx0k中。水印嵌入準(zhǔn)則分為： 加法準(zhǔn)則：xKx0Kawk 乘法準(zhǔn)則：xKx0K1 awk a 為強度因子水印提取就是把水印精確地從系統(tǒng)中提取出來。而關(guān)于水印的檢測，大多數(shù)時候不需要原始圖像的參與。 最后通過MATLAB仿真對水印進(jìn)行模擬攻擊測試可以看到DCT 域的水印算法抵抗 JPEG 壓縮攻擊的效果是比較好的8。 那么在應(yīng)用 DCT 域算法的基礎(chǔ)上，圖像特征向量的小波包數(shù)字水印研究就對己有 DCT 數(shù)字水印算法進(jìn)行了分析改進(jìn)，實現(xiàn)了基于 DCT 和 DWT 混合變換域的數(shù)字水印算法。并著重介紹了一種基于小波變換的圖像水印算法：首先對圖像進(jìn)行混沌加密，然后對原始圖進(jìn)行三層小波分解，最后在低、中、高頻子帶分別以不同的方法重復(fù)嵌入水印信息。以及另外一種基于小波包分解的圖像水印算法：用小波包對宿主圖像進(jìn)行分解，在各頻帶以不同的方法嵌入水印信息.并根據(jù)一系列的實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論： 基于小波變換的圖像水印算法和基于小波包分解的圖像水印算法對噪聲、濾波、剪切、JPEG 壓縮等一般圖像處理都具有很好的魯棒性，而且基于小波包分解的圖像水印算法的綜合魯棒性要優(yōu)于基于小波變換的圖像水印算法。但此兩種算法對旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何攻擊抵抗能力比較差，是需要改進(jìn)的地方1。 另外上面提到的一種基于DWT的自適應(yīng)數(shù)字水印算法是一種新的基于DWTDiscrete Wavel Transform的盲數(shù)字水印算法。為了抵抗多種攻擊水印被分別嵌入到了小波域的低頻和高頻為了減小嵌水印圖像的失真每個水印比特的嵌入都是根據(jù)HVS的特點自適應(yīng)地選擇量化步長通過量化調(diào)制來完成在高頻嵌入水印時利用了高頻小波系數(shù)塊的奇異值分解特性來提高水印對疊加噪聲和直方圖操作等的魯棒性。 實驗結(jié)果表明該算法具有良好的不可見性和抵抗多種攻擊的能力3。 其實除了DWT算法以外還有一種叫做基于DDWT的復(fù)合型數(shù)字圖像水印算法，它主要針對由于離散小波變換DWT存在抵抗裁剪攻擊的缺點在2006年林祝興等提出了分散式離散小波變換DDWT.這種方法通過使用多層的DDWT變換把圖像數(shù)據(jù)從空間域變到頻率域然后把水印信息嵌入頻率域并且執(zhí)行多層DDWT反變換IDDWT獲得在空間域里的這幅含水印圖像.這種方法把水印信息分配在空間系數(shù)里.分配信息的目的是防止水印信息在使用DWT變換后圖像的中心部分遭到惡意的破壞.不可見性和分配的信息為DDWT水印所獨有的特征這種方法對裁剪攻擊有良好的魯棒性.在圖像作品中嵌入兩種甚至是多種水印時各種水印間的相互影響肯定是存在的.為了把嵌入的多個水印的相互影響降到最低在本試驗中先將魯棒水印嵌入到原始圖像中再在嵌入了魯棒水印后的圖像中嵌入脆弱水印.另外復(fù)合型水印的提取則相對獨立通過不同的提取算法分別在嵌入了兩類水印的圖像中提取出魯棒性水印和易損性水印。具體的算法暫不在此一一展開了，但實驗結(jié)果表明此種算法可以成功提取好質(zhì)量的魯棒水印和準(zhǔn)確檢測出原始數(shù)據(jù)的篡改.尤其這種算法可以嵌入大量的水印信息在實際的數(shù)字水印領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景5。 數(shù)字水印的算法何其繁多， 于DCT算法和DWT算法并列的還有一種基于DFT和曲線擬合的水印算法，這種算法提出一種新的基于雙線性插值和DFT的魯棒水印算法。該算法利用傅立葉變換較好的頻域分布特性和雙線性插值的擬合特性將置亂后的水印信息利用分別嵌入到載體圖像DFT頻域的實數(shù)部分和虛數(shù)部分然后作離散傅立葉逆變換并取其實數(shù)部分重構(gòu)公開圖像。算法的優(yōu)點在于大大增加水印的嵌入量而且利用線性插值的擬合性使得水印找到最佳的嵌入位置。實驗結(jié)果表明本算法具有較好的魯棒性和不可見性達(dá)到真正意義上的統(tǒng)一7。 由于我的方向大致是運用DCT算法的水印研究， 于是我特別又關(guān)注了一種基于HVS和DCT的數(shù)字水印算法研究，它介紹到DCT變換技術(shù)是數(shù)字信號處理技術(shù)中常用的線性變換技術(shù)之一，也是圖像壓縮中常用的變換編碼方法之一。通過對數(shù)字圖像進(jìn)行DCT變換可以充分利用圖像的自相關(guān)性減少數(shù)據(jù)量，達(dá)到壓縮數(shù)字圖像的目的。同時，DCT變換后能量集中，算法復(fù)雜度適中，較易于再數(shù)字信號處理器中快速實現(xiàn)。當(dāng)然，為了使水印具有良好的穩(wěn)定性，用來嵌入水印的DCT系數(shù)也要具有一定的穩(wěn)定性和較大的感覺容量。接下來該文獻(xiàn)介紹了HVS在水印算法中的應(yīng)用，簡單的說，HVS特性表明水印嵌入強度存在一個界限值，高于這個值圖像就會出現(xiàn)失真，低于這個門限，視覺系統(tǒng)就無法感受到信號的存在，也就是實現(xiàn)了水印的不可見性。而這個值受到客觀因素的影響而相應(yīng)地變化。了解了這些以后再通過將載體圖像分塊，對水印圖像預(yù)處理，對載體圖像塊逐一進(jìn)行DCT變換后再對對各子塊進(jìn)行DCT反變換，最后利用峰值信噪比來衡量水印嵌入的透明度，這樣一步步來實現(xiàn)水印的嵌入。本文在實驗中用MATLAB模擬圖像可能遭受的各種攻擊，測試水印系統(tǒng)的魯棒性，并對水印圖像的失真進(jìn)行主觀和客觀的評估。從實驗結(jié)果中可以看出，文中所建立的水印系統(tǒng)具有較強的魯棒性，能夠很好的抵抗常見信號處理JPEG壓縮、噪聲干擾等以及圖像處理圖像剪切等、比例縮放，尤其是能夠很好的抵抗JPEG壓縮6。 了解了那么多數(shù)字水印的算法，其實數(shù)字水印的在生活中的應(yīng)用也越來越廣泛，當(dāng)然有些應(yīng)用也存在懸而未決的瓶頸，比如應(yīng)用三維幾何模型數(shù)字水印技術(shù)的研究，這是介紹三維模型數(shù)字水印技術(shù)是數(shù)字水印技術(shù)的一個分支，其原理是在三維模型中嵌入不可見的水印來保護模型的所有權(quán)，或用于檢驗?zāi)Ｐ偷恼鎸嵭?，或嵌入可見信息來申明模型所有?quán)。三維模型水印算法和圖像水印算法相比既有相似點，也有不同之處：簡單的說三維模型中的各種幾何信息和外觀屬性的排列具有不同的方式，沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，這使得傳統(tǒng)的圖像水印算法不能簡單地照搬在三維幾何模型的研究中。 不過在圖像嵌入水印的強背景下疊加一個弱信號（水印），只要該信號幅度不超過HVS的門限人類無法感覺到信號的存在這一原理在三維水印中也同樣適用，但更加復(fù)雜化一點。三維幾何模型數(shù)字水印較圖像數(shù)字水印有不可替代的優(yōu)勢但由于它是數(shù)字水印技術(shù)中一個比較新的分支， 有許多懸而未決的問日有待解決，具有較大的研究空間2。 我們經(jīng)?？紤]對圖像的水印形成，但同時我們?nèi)绾螌D像的水印恢復(fù)處理呢？有一種高定位精度的可恢復(fù)水印算法就針對現(xiàn)有可恢復(fù)水印算法定位精度低和虛警概率高的問題 提出一種高定位精度的可恢復(fù)脆弱水印算法 分別推導(dǎo)給出了隨機篡改與區(qū)域篡改條件下算法的虛警概率和漏警概率 并定義了衡量篡改恢復(fù)圖像質(zhì)量的 4 個指標(biāo)：漏檢率和虛檢率、檢測率、誤恢復(fù)率，及其與虛警概率和漏警概率的關(guān)系， 為定量地分析可恢復(fù)水印算法的性能提出了一種客觀的評價指標(biāo).與現(xiàn)有可恢復(fù)水印算法相比不僅提高了可恢復(fù)水印算法的定位精度和對隨機噪聲的魯棒性， 而且有效解決了可恢復(fù)水印算法的篡改定位問題從而大大提高了被測圖像中有水印信息篡改時的篡改恢復(fù)圖像的質(zhì)量。 如何提高可恢復(fù)水印算法對JPEG壓縮的魯棒性是該文還未解決的問題4。 縱觀上述那么多算法和應(yīng)用，本文采用在編程研究圖像數(shù)字水印的實踐基礎(chǔ)上詳細(xì)歸納出相應(yīng)的函數(shù)。以及對水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或檢測進(jìn)行具體分析。最后還給出一個基于分塊 DCT 的盲水印算法的實例來具體說明 Matlab在圖像水印技術(shù)中的應(yīng)用。并通過 MATLAB 的仿真對水印的模擬攻擊測試對水印的圖像隱蔽性和魯棒性進(jìn)行綜合評估。3.研究方法 本文在編程研究圖像數(shù)字水印的實踐基礎(chǔ)上詳細(xì)歸納出相應(yīng)的函數(shù)。 以及對水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或檢測進(jìn)行具體分析。最后還給出一個基于分塊 DCT 的盲水印算法的實例來具體說明 Matlab 在圖像水印技術(shù)中的應(yīng)用。并通過 MATLAB 的仿真對水印的模擬攻擊測試對水印的圖像隱蔽性和魯棒性進(jìn)行綜合評估。4.計劃 第一周到第三周：完成開題報告 第四周到第八周：做畢業(yè)設(shè)計，期中驗收 第九周到十二周：基本完成畢業(yè)設(shè)計，期末驗收 第十三周到十五周：完成畢業(yè)論文 第十六周：指導(dǎo)老師對論文進(jìn)行質(zhì)量評分，以及分院的論文評閱 第十七周：答辯以及對成績的綜合評定5.參考文獻(xiàn)1 孫新鳳 基于 DCT 圖像特征向量的小波包數(shù)字水印研究 燕山大學(xué)碩士學(xué)位論文200704152 楊柳 三維幾何模型數(shù)字水印技術(shù)研究 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2007053 付春平 一種基于HVS和DCT的數(shù)字水印算法的研究 蘇州大學(xué)碩士專業(yè)學(xué)位論文2008104 和紅杰 張家樹 陳帆 一種高定位精度的可恢復(fù)水印算法 中國科學(xué)E輯:信息科學(xué) Science in ChinaSeries E:Information Sciences 2008年 04期5 張亭 楊會成 基于DDWT的復(fù)合型數(shù)字圖像水印算法A new algorithm of compoundimage watermarking based on DDWT 安徽工程科技學(xué)院學(xué)報自然科學(xué)版 Journal ofAnhui University of Technology and ScienceNatural Science 編輯部郵箱 2009年 02期6 黃松 張偉 陳軍 楊華千 一個基于DWT的自適應(yīng)數(shù)字水印算法An Adaptive DigitalWatermarking Algorithm Based on DWT 計算機科學(xué) Computer Science 編輯部郵箱2006年 07期7 王樹梅 蔡鍵 一種基于DFT和曲線擬合的水