一種視頻加密方法中

1、東 莞 理 工 學(xué) 院本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：一種視頻加密方法中測試比較模塊的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：李炳深 學(xué) 號：系 別：軟件學(xué)院專業(yè)班級：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(師范) 指導(dǎo)教師姓名及職稱：李環(huán)講師起止時(shí)間：2008年3月 2008年6月摘 要隨著計(jì)算機(jī)的不斷普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體信息廣泛流傳。人們對信息安全的要求越來越高，而信息加密方法則是保護(hù)信息安全的一種重要手段。視頻是人們生活中的一種重要信息資源。資源的共享給安全性帶來了很多隱患，為了防止他人盜取信息或者偽造信息，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在信息傳輸?shù)倪^程中，有必要對視頻的安全性進(jìn)行保障。本論文研究的方向就是要設(shè)計(jì)開發(fā)一種視頻加密系統(tǒng)

2、。這個(gè)系統(tǒng)是基于Matlab7平臺(tái)，利用數(shù)字水印技術(shù)原理開發(fā)的，它可以實(shí)現(xiàn)對avi視頻進(jìn)行加解密，還設(shè)置有多種攻擊方法，并對于攻擊后的視頻的魯棒性進(jìn)行多方面的檢測，進(jìn)而提高水印算法的穩(wěn)定性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成對于avi視頻安全性的保障具有一定的意義。關(guān)鍵詞: 數(shù)字水印 信息安全 魯棒性 Matlab7AbstractWith the popularity of computer network technology and the rapid development, a wide range of multimedia information are in the world. The peopl

3、e has higher requirements on the safety of information, and information encryption is an important tool to protect information security. Video informations are major resources in peoples living. The resources sharing has brought a lot of hidden dangers. In order to prevent others to steal informatio

4、n or false information, and in order to protect of intellectual property rights, in the process of information transmission, it is necessary to protect the security of video.This paper is to develop a video encryption software. The software is based on Matlab7 platform. We use digital watermarking t

5、echnology as developing principles. The system can achieve the avi video encryption, but also set up a variety of attack methods. We can detect of the robustness of attacked video, and increase Watermarking algorithm stability. The systems design is significant for avi video security protection.Keyw

6、ords: Digital Watermark, Information Security, Robust, Matla7目 錄1緒論111開發(fā)背景及意義112開發(fā)環(huán)境213論文組織22相關(guān)知識(shí)321 Matlab7322數(shù)字水印技術(shù)323 GUI工具524視頻壓縮525 StirMark測試53系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)731可行性分析732系統(tǒng)需求733系統(tǒng)模塊概述8331加解密模塊:9332攻擊模塊:10333測試比較模塊:1134系統(tǒng)流程134系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)1541測試比較模塊15411誤碼率（BER）15412均方差（MSE）17413信噪比（SNR）和峰值信噪比（PSNR）1842圖形比較2143

7、系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)245系統(tǒng)測試2651系統(tǒng)測試2652設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決辦法266總結(jié)2861系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境2862系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果2863系統(tǒng)改進(jìn)2964個(gè)人總結(jié)29參考文獻(xiàn)：31致 謝321緒論11開發(fā)背景及意義隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及社會(huì)信息化的飛速發(fā)展，信息在社會(huì)中的地位和作用越來越重要。信息媒體的數(shù)字化為信息的存取提供了極大的便利性，同時(shí)也顯著提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性。特別是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的交換和傳輸變成了一個(gè)相對簡單的過程，人們可以借助于計(jì)算機(jī)、數(shù)字掃描儀、打印機(jī)等電子設(shè)備，方便、迅速地將數(shù)字信息傳輸?shù)剿谕牡胤?。隨之而來的副作用是這些數(shù)字形式的數(shù)據(jù)文件或作品使有惡意的個(gè)

8、人和團(tuán)體有可能在沒有得到作品所有者的許可下拷貝和傳播有版權(quán)的內(nèi)容，例如，現(xiàn)代盜版者僅需輕點(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。人們?nèi)缃窨梢酝ㄟ^因特網(wǎng)發(fā)布自己的作品、重要信息和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)貿(mào)易，數(shù)字作品傳播和拷貝變得越來越方便，同時(shí)使得數(shù)字作品的信息安全保護(hù)和版權(quán)保護(hù)也成為迫切需要解決的實(shí)際問題。以前解決數(shù)字產(chǎn)品安全的問題是通過密碼學(xué)方法完成的，即首先將數(shù)字產(chǎn)品加密成密文然后發(fā)布，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的非法攻擊者無法從密文中獲得機(jī)密信息，從而達(dá)到信息安全的目的，但這并不能完全解決問題，一方面加密

9、后的文件因其不可理解性而大大妨礙了信息的傳播，另一方面文件解密后內(nèi)容完全透明，將不再受到保護(hù)，無法幸免于盜版和侵權(quán)。因而傳統(tǒng)的密碼學(xué)方法已經(jīng)受到了十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。近年來國際上提出了一種新型的版權(quán)保護(hù)技術(shù)數(shù)字水?。╠igital watermark）技術(shù)。利用人類的聽覺、視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)，在圖像、音頻、視頻中加入一定的信息，使人們很難分辨出加水印后的數(shù)字作品與原始數(shù)字作品的區(qū)別，而通過專門的檢驗(yàn)方法又能提取出所加信息，以此證明原創(chuàng)作者對數(shù)字媒體的版權(quán)。數(shù)字水印技術(shù)通過將數(shù)字、序列號、文字、圖像標(biāo)志等信息嵌入到媒體中，在潛入過程中對載體進(jìn)行盡量小的修改，以達(dá)到最強(qiáng)的魯棒性，當(dāng)嵌入水印后的媒體受到攻擊

10、后仍然可以恢復(fù)水印或者檢測出水印的存在。水印與原數(shù)據(jù)（如圖像、音頻、視頻數(shù)據(jù)）緊密結(jié)合并隱藏其中，成為不可分離的一部分。數(shù)字水印主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)、原始數(shù)據(jù)的真?zhèn)舞b別、數(shù)據(jù)偵測與跟蹤等1。數(shù)字水印版權(quán)保護(hù)的基本手段是將版權(quán)、產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)碼以及購買者的信息等（稱為水印信號）嵌入到數(shù)字產(chǎn)品中。嵌入的水印信號應(yīng)當(dāng)不降低原數(shù)據(jù)的質(zhì)量、且在感覺上不易察覺（即不可見水印，可見水印由于容易受到攻擊，目前已不是研究的主流方向），能夠經(jīng)受一定的攻擊而不被清除，需要時(shí)可以通過檢測（提?。┣度氲乃⌒畔龛b別數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)、認(rèn)證該數(shù)據(jù)的真?zhèn)位虮孀R(shí)該產(chǎn)品的原購買者、進(jìn)行完整性鑒定等等2。數(shù)字水印屬于信息

11、隱藏的一種，它是將具有確定性和保密性的信息（水?。┣度氲綌?shù)字產(chǎn)品（靜止圖像、語音、文檔、視頻等）中，使之作為原始數(shù)據(jù)的一部分而保留在其中，從而實(shí)現(xiàn)隱藏傳輸、存儲(chǔ)、標(biāo)注、身份識(shí)別、版權(quán)保護(hù)等功能?？梢姡环矫?，它可以被用來證明原創(chuàng)作者對其作品的所用權(quán)，作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù)；另一方面，作者還可以通過對其數(shù)字產(chǎn)品中的水印進(jìn)行探測和分析來實(shí)現(xiàn)對作品的動(dòng)態(tài)跟蹤，從而保證其作品的完整性，因而數(shù)字水印已經(jīng)成為了知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字產(chǎn)品防偽的有效手段。正因?yàn)槿绱?，利用?shù)字水印技術(shù)對avi視頻添加水印實(shí)現(xiàn)加密的功能，從而保護(hù)了avi視頻的產(chǎn)品所有權(quán)，和在傳輸過程中更加安全，更有效地實(shí)現(xiàn)了信息隱藏的功能。1

12、2開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)利用Matlab7編程語言開發(fā)，并采用Matlab7平臺(tái)中的GUI實(shí)現(xiàn)界面的設(shè)計(jì)和連接。軟硬件環(huán)境：操作系統(tǒng)：Microsoft Windows XP系統(tǒng)管理要求：Matlab7硬件要求： Pentium 3，512M RA13論文組織本論文主要圍繞一種視頻加密系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為中心展開，主要介紹了系統(tǒng)的各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)。具體的章節(jié)組織如下：一、緒論。主要介紹了本系統(tǒng)開發(fā)的背景及意義。二、相關(guān)知識(shí)。主要介紹了MATLAB7；數(shù)字水印技術(shù)；工具GUI和視頻壓縮等的概述。三、系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)。本章主要講述了可行性分析；系統(tǒng)需求；系統(tǒng)模塊概述和系統(tǒng)流程。四、系統(tǒng)詳細(xì)說明。本章主要講述了測

13、試模塊比較：誤碼率（BER）、均方差（MSE）、信噪比（SNR）和峰值信噪比（PSNR）；圖形比較和系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。五、系統(tǒng)測試。本章主要講述了系統(tǒng)的測試；設(shè)計(jì)中遇到的問題和解決辦法。六、總結(jié)。主要講述了系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境和結(jié)果；系統(tǒng)改進(jìn)和個(gè)人總結(jié)。2相關(guān)知識(shí)21 Matlab7MATLAB軟件是由美國Mathworks公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境。MATLAB是英文MATrix LABoratory(短陣實(shí)驗(yàn)室)的縮寫。新的版本集中了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計(jì)算、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形生成等功能。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、圖形

14、繪制、輸入輸出、文件管理等各項(xiàng)操作。 MATLAB提供了一個(gè)人機(jī)交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境，該系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是矩陣，在生成矩陳對象時(shí)，不要求作明確的維數(shù)說明。與利用c語言或FoRTRAN語言作數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)相比，利用MATLAB可以節(jié)省大量的編程時(shí)間。Matlab7的界面并沒有太大改變，命令（Command）窗口仍然是用戶主界面，圖形（Figure）窗口用來顯示圖形信息和創(chuàng)建圖形用戶接口（GUI），文本編輯器用來創(chuàng)建和編輯Matlab代碼。Matlab桌面用來調(diào)整其他一些窗口的位置和可視性，如工作區(qū)（Workspace）窗口、編輯器（Editor）窗口、幫助（Help）窗口、命令行歷史記錄（C

15、ommand History）窗口等3。最初的MATLAB只是為了方便地解決工程計(jì)算中的問題，現(xiàn)在的MATLAB新版本的功能更加豐富，它由主包、Simulink以及功能各異的工具箱組成，以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)簡單易用的交互式工作環(huán)境中?？蓪?shí)現(xiàn)工程計(jì)算、符號運(yùn)算、建模和仿真、原型開發(fā)、數(shù)據(jù)分析及可視化、科學(xué)和工程繪圖等功能。使用MATLAB來實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印算法主要是因?yàn)橐韵聝牲c(diǎn)：（1）信息隱藏的載體基本上為圖像、音頻和視頻信號，MATLAB處理這些信號非常方便，尤其是圖像矩陣運(yùn)算更是方便快捷。（2）MATLAB內(nèi)置有數(shù)量龐大的函數(shù)工具箱，在信號處理等方面能幫助我們快

16、速完成實(shí)驗(yàn)。利用這些內(nèi)置函數(shù)可以避免對一些信號基本操作編程，將實(shí)驗(yàn)的注意力完全放在信息隱藏算法的實(shí)現(xiàn)和性能分析上，提高了實(shí)驗(yàn)效率1。22數(shù)字水印技術(shù) 數(shù)字水?。―igital Watermark）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(jià)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)容創(chuàng)建者、購買者，或者是否真實(shí)完整。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。作為數(shù)字水印技術(shù)基本上具有幾個(gè)方面的特點(diǎn)：（1）安全性：數(shù)字水印的信息應(yīng)是安全的，難以篡改或偽造，同時(shí)，應(yīng)當(dāng)有較低的誤檢測率，當(dāng)原內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，

17、數(shù)字水印應(yīng)當(dāng)發(fā)生變化，從而可以檢測原始數(shù)據(jù)的變更；當(dāng)然數(shù)字水印同樣對重復(fù)添加有強(qiáng)的抵抗性。（2）隱蔽性：數(shù)字水印應(yīng)是不可知覺的，而且應(yīng)不影響被保護(hù)數(shù)據(jù)的正常使用；不會(huì)降質(zhì)。（3）魯棒性：是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號處理過程后，數(shù)字水印仍能保持部分完整性并能被準(zhǔn)確鑒別?？赡艿男盘柼幚磉^程包括信道噪聲、濾波、數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。主要用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印易損水?。‵ragile Watermarking），主要用于完整性保護(hù)，這種水印同樣是在內(nèi)容數(shù)據(jù)中嵌入不可見的信息。當(dāng)內(nèi)容發(fā)生改變時(shí)，這些水印信息會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而可以鑒定原始數(shù)據(jù)是否被篡改2

18、。變換域水印技術(shù)是先將圖像變換到頻率域，改變圖像的頻率域系數(shù)，然后進(jìn)行反變換得到加入水印的圖像。幾種最常見的變換是離散傅立葉變換（DFT），離散余弦變換（DCT），離散小波變換（DWT）等。Koch等人提出了一種基于分塊DCT變換的數(shù)字圖像水印算法，該算法將圖像先分成88塊，并對每一塊做DCT，然后選擇其中的一部分作為修改的對象。接著在所選塊中，根據(jù)一定的規(guī)則挑選一些位于中頻的DCT系數(shù)嵌入水印。Bors給出了一種基于Gaussian網(wǎng)分類器的圖像水印算法，然后修改其中選定的像素點(diǎn)，使得它們的DCT系數(shù)滿足一定的約束條件，該算法抗JPEG壓縮能力非常好。Piva等人提出了一種基于DCT域的水印

19、算法，他們將一串隨機(jī)序列加到選定的圖像的DCT系數(shù)中，并在算法中利用了HVS的屏蔽性，從而更好地滿足了水印的不可見性，這種算法在提取水印時(shí)不需要原始圖像。伯曉晨等人提出一種新的盲圖像水印檢測算法，在DCT域嵌入水印，采用符號相關(guān)檢測來檢測水印。為了提高水印的魯棒性，人們研究人的視覺特性，實(shí)現(xiàn)水印的自適應(yīng)嵌入，如Podilchuk等人提出一種基于DWT的自適應(yīng)水印方法。Barni等人考慮人眼的視覺分布，根據(jù)Lewis等人提出的視覺掩蓋模型實(shí)現(xiàn)水印的自適應(yīng)嵌入，該方法考慮了視覺對各子帶方向的敏感特性，各子帶的亮度特性和紋理特性，具有很好的效果3。Kundur等人利用多尺度融合技術(shù)，結(jié)合人類視覺模型

20、提出一種靜止圖像水印技術(shù)，該方法將Dooley提出的對比敏感特性模型擴(kuò)展為二維模型，根據(jù)此模型計(jì)算每個(gè)自帶的對比敏感系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)水印的嵌入，在提取水印時(shí)需要原始圖像。隨著水印算法研究的逐漸深入，對水印的魯棒性要求也越來越高，因此水印算法的研究也與更多的學(xué)科相結(jié)合，如通信與信息理論、圖像與語音處理、信號檢測與估計(jì)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、人類視覺與聽覺系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用、電波傳播等。從國內(nèi)外對水印的研究來看：變換域的水印技術(shù)是當(dāng)前數(shù)字水印技術(shù)研究的主流4。23 GUI工具圖形用戶界面（GUI）是用戶與計(jì)算機(jī)程序之間的交互方式，是用戶與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的方式。計(jì)算機(jī)在屏幕顯示圖形和文本，若有揚(yáng)聲器還

21、可產(chǎn)生聲音。用戶通過輸入設(shè)備，如：鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤球、繪制板或麥克風(fēng)，與計(jì)算機(jī)通訊。用戶界面設(shè)定了如何觀看和如何感知計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序。通常，多是根據(jù)悅目的結(jié)構(gòu)和用戶界面功能的有效性來選擇計(jì)算機(jī)或程序。圖形用戶界面或GUI是包含圖形對象，如：窗口、圖標(biāo)、菜單和文本的用戶界面。以某種方式選擇或激活這些對象，通常引起動(dòng)作或發(fā)生變化。最常見的激活方法是用鼠標(biāo)或其它點(diǎn)擊設(shè)備去控制屏幕上的鼠標(biāo)指針的運(yùn)動(dòng)。按下鼠標(biāo)按鈕，標(biāo)志著對象的選擇或其它動(dòng)作。24視頻壓縮 視頻壓縮技術(shù)是針對運(yùn)動(dòng)圖像的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。為了提高壓縮比，幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)壓縮和幀間圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)必須同時(shí)使用。幀內(nèi)壓縮算法與壓縮算法大致相

22、同，采用基于的變換編碼技術(shù)，用以減少空域冗余信息。幀間壓縮算法采用預(yù)測法和插補(bǔ)法。預(yù)測法有因果預(yù)測器和非因果預(yù)測，即插補(bǔ)編碼。預(yù)測誤差可再通過變換編碼處理，進(jìn)一步壓縮。幀間編碼可以減少時(shí)間軸方向的冗余5。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是減少幀序列冗余信息的有效辦法。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是基于16*16子塊的算法。每個(gè)子塊可以作為一個(gè)二維的運(yùn)動(dòng)矢量處理。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償實(shí)際上是一種廣義的預(yù)測技術(shù)，它使用域單純性預(yù)測(因果預(yù)測)和非因果預(yù)測。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測是以子塊為預(yù)測單元，把當(dāng)前子塊認(rèn)為是先前某一時(shí)刻圖像子塊的位移，位移的內(nèi)容包括運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)幅度。所以運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測是用先前的局部圖像，來預(yù)測當(dāng)前的局部圖像，16*16的運(yùn)動(dòng)矢量塊是預(yù)測誤差

23、，它必須進(jìn)行編碼傳送，傳送，供解碼是恢復(fù)圖像用。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中的非因果預(yù)測，即插補(bǔ)編碼是基于時(shí)間軸上的多分辨率技術(shù)。是對時(shí)間軸(幀序列)方向上低分辨率的子信號進(jìn)行編碼。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償插補(bǔ)編碼，也叫雙向預(yù)測編碼。通過雙向預(yù)測編碼可以獲得一個(gè)高的壓縮比。25 StirMark測試基準(zhǔn)測試程序是用于測試硬件或軟件性能的程序。硬件基準(zhǔn)程序可測試設(shè)備的性能，如：執(zhí)行指令的速度；軟件基準(zhǔn)程序確定程序在執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的效率、準(zhǔn)確性或速度。測試每個(gè)程序時(shí)都使用同樣的數(shù)據(jù)，從結(jié)果中可以比較出運(yùn)行效果更好的程序以及程序運(yùn)行效果更好的區(qū)域6。數(shù)字水印基準(zhǔn)測試程序作為一種軟件基準(zhǔn)測試程序，是通過對水印作品應(yīng)用各種變換以評價(jià)標(biāo)記

24、的魯棒性和安全性的特定計(jì)算機(jī)程序。當(dāng)前的數(shù)字水印基準(zhǔn)測試程序包括StirMark基準(zhǔn)測試程序（英國）、Optimark基準(zhǔn)測試程序（希臘）、CheckMark基準(zhǔn)測試程序（瑞士）和Unzign基準(zhǔn)測試程序等，其中每種水印基準(zhǔn)測試程序都各有特點(diǎn)，StirMark是最為流行的。StirMark基準(zhǔn)測試程序是一種通用的水印算法魯棒性測試程序（目前僅支持圖像媒體，對其它媒體保留了擴(kuò)展接口），由英國劍橋大學(xué)的Fabien A. P. Petitcolas開發(fā)。對于給定的水印算法，StirMark可以從多方面測試水印算法的魯棒性，用于測試的攻擊手段包括線性濾波、非線性濾波、剪切拼接攻擊、同步破壞攻擊等，同

25、時(shí)還為用戶保留了自定義測試方法的接口，用戶可以很方便地在StirMark中定義自己的測試?yán)?。StirMark基準(zhǔn)測試程序具有以下特征：（1）使用用戶提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫作為水印標(biāo)記方案函數(shù)；（2）對在INI文件中指定的文件夾所包含的所有媒體文件執(zhí)行測試；（3）每個(gè)測試都可自定義，且測試參數(shù)可在INI文件中設(shè)置$；（4）在LOG文件中導(dǎo)出量化測試結(jié)果，同時(shí)在輸出文件夾中導(dǎo)出失真圖像；（5）用戶可容易地編寫自定義的測試和攻擊。StirMark基準(zhǔn)測試程序使用C+編寫，為客戶程序提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口和一套基于目錄結(jié)構(gòu)和配置文件的測試配置方法。在使用StirMark基準(zhǔn)測試程序測試數(shù)字水印算法之前，必須

26、先根據(jù)StirMark基準(zhǔn)測試程序用戶API接口標(biāo)準(zhǔn)定義水印算法，同時(shí)將其打包為動(dòng)態(tài)鏈接庫，之后根據(jù)StirMark基準(zhǔn)測試程序配置方法為水印算法的測試定義，來測試圖像庫和測試列表。然后就可以使用StirMark基準(zhǔn)測試程序測試水印算法了。StirMark基準(zhǔn)測試程序通過目錄結(jié)構(gòu)和配置文件實(shí)現(xiàn)對包括圖像集和測試集的測試方案的配置。根目錄由執(zhí)行文件（Bin）目錄、配置文件（Profiles）目錄和媒體集（Media）目錄組成。執(zhí)行文件目錄又由基準(zhǔn)測試程序（Benchmark）目錄和水印算法庫文件（Libraries）目錄構(gòu)成，其中Benchmark目錄中包含了StirMark基準(zhǔn)測試程序本身和測

27、試輸出的日志文件。配置文件目錄包含了Stirmark基準(zhǔn)測試程序的配置文件，配置文件在此文件夾測試時(shí)創(chuàng)建，并通過StirMark基準(zhǔn)測試程序的命令行指定。媒體集文件夾包含了輸入（Input）文件夾和輸出（Output）文件夾，分別對應(yīng)于。StirMark基準(zhǔn)測試程序的輸入媒體集和經(jīng)過測試（變換）的輸出媒體集。在輸入和輸出文件夾下又包含圖像（Images）文件夾和聲音（Sound）文件夾等，分別對應(yīng)于不同的媒體類別（當(dāng)前StirMark基準(zhǔn)測試程序只支持圖像水印算法的測試，對于其它媒體僅僅保留了擴(kuò)展接口）7。3系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)31可行性分析可行性分析是在短時(shí)間內(nèi)確立系統(tǒng)是否有開發(fā)的意義和價(jià)值；如果系

28、統(tǒng)的開發(fā)代價(jià)太大或是難以預(yù)測，就可以考慮終止該系統(tǒng)的開發(fā)。（1）技術(shù)可行性分析本系統(tǒng)的開發(fā)過程選用Matlab7和Matlab7自帶的GUI作為主要工具。由于Matlab7軟件是一個(gè)相對成熟的軟件，而對于GUI來說，由于是Matlab7自帶的界面設(shè)計(jì)軟件，所以在函數(shù)和其他數(shù)據(jù)的連接方面會(huì)連接得更好，出現(xiàn)的錯(cuò)誤就會(huì)更少，所以技術(shù)上可行。MATLAB自問世起，就以數(shù)值計(jì)算稱雄。MATLAB進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的基本處理單位是復(fù)數(shù)數(shù)組（或稱陣列），并且數(shù)組維數(shù)是自動(dòng)按照規(guī)則確定的。這一方面使MATLAB程序可以被高度“向量化”，另方面使用戶易寫易讀。Matlab7具強(qiáng)大的運(yùn)算及繪圖能力，有強(qiáng)大且多樣化的各種

29、工具箱倆數(shù)庫可供使用，包括與本書密切相關(guān)的圖像工具箱（GUI）。MATLAB將計(jì)算、圖示和編程集成到一個(gè)交互式的環(huán)境中,計(jì)算結(jié)果和編程過程實(shí)現(xiàn)了可視化。MATLAB語言的語法規(guī)則與一般的高級語言類似,一個(gè)稍有編程基礎(chǔ)的人能很快熟悉掌握。MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)矩陣運(yùn)算功能,它的基本數(shù)據(jù)元素是無須預(yù)定義的數(shù)組,單個(gè)的整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)用11的數(shù)組來表示,既可對數(shù)組進(jìn)行整體處理,也可以對某個(gè)或部分元素進(jìn)行單獨(dú)地處理8。MATLAB對圖像、音頻、視頻具有強(qiáng)大的處理功能，因此在技術(shù)上對于本系統(tǒng)的開發(fā)可行。（2）操作可行性分析本系統(tǒng)主界面友好，簡潔清晰，對于功能的使用一目了然，簡單的界面操作，用戶容易掌握，

30、所以在操作簡易性上可行。（3）市場可行性分析隨著大量消費(fèi)類數(shù)字視頻產(chǎn)品在市場上推出，比如DVD，VCD，視頻會(huì)議，視頻點(diǎn)播，教育和娛樂內(nèi)容的轉(zhuǎn)發(fā)等應(yīng)用引發(fā)了視頻流及在數(shù)據(jù)網(wǎng)上實(shí)時(shí)視頻傳輸技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)展。在數(shù)字世界中侵權(quán)，數(shù)據(jù)經(jīng)任意次復(fù)制幾乎不損失保真度，盜版變得極為容易，從而使知識(shí)產(chǎn)權(quán)遭受嚴(yán)重侵害。所以開發(fā)視頻加密軟件是有它的市場價(jià)值，可以保護(hù)視頻的知識(shí)產(chǎn)權(quán)與安全性。32系統(tǒng)需求視頻加密系統(tǒng)是一個(gè)基于Matlab7平臺(tái)，利用數(shù)字水印技術(shù)對avi視頻加密解密的系統(tǒng)，并能利用多種攻擊方式檢測它的魯棒性和穩(wěn)定性。它應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：加強(qiáng)視頻的安全性：將原始的視頻文件加密封裝，在傳輸?shù)倪^程中防止信息被

31、泄露、撰改；提高視頻的抗干擾性：原始的視頻文件在遭受不同的攻擊后，恢復(fù)成原始的視頻文件的評測有助于分析加密算法的有效性。視頻是人們生活中的一種主要信息資源，由于資源的共享給安全性帶來了很多隱患，為了防止他人盜取信息或者偽造信息，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在信息傳輸?shù)倪^程中，有必要對視頻的安全性進(jìn)行保障?，F(xiàn)有的視頻加密工具很少，不能保障視頻資源的安全性。因此需要開發(fā)視頻加密系統(tǒng)，確保資源的保密性和安全性。目前，基于視頻信號的水印方案較少，但是隨著多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)處理視頻的能力不斷提高，對視頻水印的研究熱情不斷提高，有越來越多的學(xué)者投入到視頻水印的研究中來。隨著相關(guān)領(lǐng)域的研究成果的豐富，如:壓縮

32、編碼技術(shù)，擴(kuò)頻通信技術(shù)，密碼學(xué)，對人類視覺生理/心理模型的研究及各種先進(jìn)的信號處理技術(shù)，視頻水印技術(shù)會(huì)得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用，成為保證信息安全和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要手段。33系統(tǒng)模塊概述 本系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)主要分成三部分：加解密模塊、攻擊模塊和測試比較模塊。視頻加密系統(tǒng)加解密模塊攻擊模塊測試比較模塊加密模塊解密模塊載體比較水印比較DCT加密誤碼率BER圖形比較均方差MSE圖像模糊解密部分剪切JPEG壓縮旋轉(zhuǎn)攻擊高斯低通濾波添加白噪聲信噪比SNR峰值信噪比PSNR圖像模糊加密快速傅里葉加密DCT解密快速傅里葉解密圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture plans

33、331加解密模塊:視頻水印是數(shù)字水印研究的重要內(nèi)容之一,因視頻有其自身的特點(diǎn),研究的內(nèi)容主要是水印算法和水印嵌入方案、水印的安全性方面。主要的性能指標(biāo)是穩(wěn)健性、隱蔽性、嵌入量、水印的安全性等。在DCT高頻系數(shù)中嵌入文本水印。MPEG-4視頻編解碼基于VOP,從時(shí)間上看VOP分為IVOPPVOP,BVOP。IVOP只用本身的信息進(jìn)行編碼,PVOP利用過去的參考VOP進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)測編碼BVOP利用過去和將來的參考VOP進(jìn)行雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)測編碼,因此IVOP的圖像信息較獨(dú)立,最適合嵌入水印信息!從空間上看,每一個(gè)VOP由若干個(gè)大小為16*16宏塊組成,每個(gè)宏塊包括大小為8*8的多個(gè)子塊。本文只

34、在IVOP的DCT系數(shù)中嵌入水印,將水印嵌入到量化后的DCT系數(shù)中。水印的嵌入過程如圖2所示?；緦右曨l流圖像序列分塊DCT水印嵌入編碼圖2水印嵌入過程圖Fig.2 Watermark embedding process plans選擇二值化灰度圖像作為水印信息 ,根據(jù)水印圖像的二值性選擇不同的嵌入系數(shù) ,并將載體圖像進(jìn)行 8 8 的分塊 ,將數(shù)字水印的灰度值直接植入到載體灰度圖像的 DCT 變換域中 ,實(shí)現(xiàn)水印的嵌入 。水印嵌入：設(shè) CI 是M N 大小的原始圖像 , S I 是水印圖像大小為P Q , M 和 N分別是 P 和 Q 的偶數(shù)倍。水印提?。涸O(shè)圖像TCI 為已經(jīng)加載了水印的載體圖

35、像 ?，F(xiàn)要將所加載的水印從 TCI 中提取出來。332攻擊模塊:添加白噪聲白噪聲就是指一段聲音中的頻率分量的功率在整個(gè)可聽范圍（020KHZ）內(nèi)都是均勻的。由于人耳對高頻敏感一點(diǎn)這種聲音聽上去是很躁耳的沙沙聲。白噪聲是一種無規(guī)噪聲，它的瞬時(shí)值是隨機(jī)變化的。它的幅值對時(shí)間的分布滿足正態(tài)分布。它具有連續(xù)的噪聲譜，包含有各種頻率成分的噪聲。它的功率譜密度與頻率無關(guān)，幾個(gè)頻率能量的分布是均勻的9。它的等帶寬輸出的能量是相等的。它在線性坐標(biāo)中，輸出是一根平行與橫坐標(biāo)的直線。在對數(shù)坐標(biāo)中，輸出是按每倍頻程帶寬增加3dB的斜率而上升的。在人耳可聽的頻率范圍內(nèi)，具有相同能量的噪聲稱為白噪聲。白噪聲廣泛用于環(huán)境

36、聲學(xué)測量中。所以從頻譜儀的圖形上看，白噪聲在全頻譜內(nèi)是一條平直的線。理想的白噪聲具有無限帶寬，因而其能量是無限大，這在現(xiàn)實(shí)世界是不可能存在的。實(shí)際上，我們常常將有限帶寬的平整訊號視為白噪音，因?yàn)檫@讓我們在數(shù)學(xué)分析上更加方便。然而，白噪聲在數(shù)學(xué)處理上比較方便，因此它是系統(tǒng)分析的有力工具。只要一個(gè)噪聲過程所具有的頻譜寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所作用系統(tǒng)的帶寬，并且在該帶寬中其頻譜密度基本上可以作為常數(shù)來考慮，就可以把它作為白噪聲來處理。高斯低通濾波 高斯濾波具有指數(shù)形式的響應(yīng)特性，其中幅度特性為 沖激響應(yīng)為 令Bb為H(f)的3dB帶寬，因?yàn)镠(0)=1，則有H(f)|f=Bb=H(Bb)=0.707,可以求

37、得a:給定xb ,就可以計(jì)算出H(x)、h()并畫出它們的特性曲線。設(shè)要傳輸?shù)拇a元長度為Tb,速率為 Rb=1/Tb，以Rb為參考，對f歸一化:，則歸一化3dB帶為：這樣，用歸一化頻率表示的頻率特性就為H(x)：令=t/ Tb ，并把a(bǔ)=1.7 Bb代入（3.15）并設(shè)Tb =1,則有:。 JPEG壓縮JPEG是由ISO和CCITT兩大標(biāo)準(zhǔn)組織共同推出的,它定義了連續(xù)色調(diào)、多級灰度、靜止圖像的數(shù)字圖像壓縮編碼方法,即JPEG算法。JPEG算法被確定為JPEG國際標(biāo)準(zhǔn),它是國際上彩色、灰度、靜止圖像的第一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)。在編碼過程中,JPEG算法首先將RGB分量轉(zhuǎn)化為亮度分量和色差分量,然后將圖像分

38、解為8*8的像素塊,對這個(gè)8*8塊進(jìn)行二維離散余弦變換,每個(gè)塊就產(chǎn)生了64個(gè)DCT系數(shù),其中一個(gè)是直流(DC)系數(shù),它表示了8*8輸入矩陣全部值的平均數(shù),其余63個(gè)系數(shù)為交流(AC)系數(shù),接下來對DCT系數(shù)進(jìn)行量化,最后將量化的DCT系數(shù)進(jìn)行編碼,就形成了壓縮后的圖像格式。在解碼過程中,先對已編碼的量化的系數(shù)進(jìn)行解碼,然后求逆量化并利用二維DCT反變換把DCT系數(shù)轉(zhuǎn)化為8*8樣本像塊,最后將反變換后的塊組合成一幅圖像。這樣就完成了圖像的壓縮和解壓過程。部分剪切：剪切圖像的一部分，將使水印不能分布和復(fù)制到整個(gè)圖像，從而使檢測失敗。旋轉(zhuǎn)：它會(huì)使圖像的水平特征重新排列。小角度的旋轉(zhuǎn)常與剪切相結(jié)合，它

39、通常不會(huì)改變圖像的商業(yè)值，但可能降低水印的可檢測性。333測試比較模塊:誤碼率（BER） 誤碼率（BER：biterror）是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。如果有誤碼就有誤碼率。另外，也有將誤碼率定義為用來衡量誤碼出現(xiàn)的頻率。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)為1000Base-T網(wǎng)絡(luò)制定的可接受的最高限度誤碼率為10-10。這個(gè)誤碼率標(biāo)準(zhǔn)是針對脈沖振幅調(diào)制(PAM-5)編碼而設(shè)定的,也就是千兆以太網(wǎng)的編碼方式。誤碼的產(chǎn)生是由于在信號傳輸中，衰變改變了信號的電壓,致使信號在傳輸中遭到破壞，產(chǎn)生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他

40、因素都會(huì)導(dǎo)致誤碼（比如傳送的信號是1，而接收到的是0；反之亦然）。各種不同規(guī)格的設(shè)備，均有嚴(yán)格的誤碼率定義，如通常視/音頻雙向光端機(jī)的誤碼率應(yīng)該在：（BER）10E-9。由于種種原因,數(shù)字信號在傳輸過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。例如在傳輸過程中受到外界的干擾,或在通信系統(tǒng)內(nèi)部由于各個(gè)組成部分的質(zhì)量不夠理想而使傳送的信號發(fā)生畸變等。當(dāng)受到的干擾或信號畸變達(dá)到一定程度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。均方差（MSE） 均方差也叫標(biāo)準(zhǔn)差,方差開根號為均方差,工程中其量綱與變量一致,應(yīng)用較廣。樣本中各數(shù)據(jù)與樣本平均數(shù)的差的平方和的平均數(shù)叫做樣本方差；樣本方差的算術(shù)平方根叫做樣本標(biāo)準(zhǔn)差。樣本方差和樣本標(biāo)準(zhǔn)差都是衡量一個(gè)樣

41、本波動(dòng)大小的量，樣本方差或樣本標(biāo)準(zhǔn)差越大，樣本數(shù)據(jù)的波動(dòng)就越大。數(shù)學(xué)上一般用D=EX-E(X)2來度量隨機(jī)變量X與其均值E(X)的偏離程度，稱為X的方差,D開根號為均方差。 定義:設(shè)X是一個(gè)隨機(jī)變量，若EX-E(X)2存在，則稱EX-E(X)2為X的方差，記為D(X)或DX。即D(X)=EX-E(X)2，而(X)=D(X)0.5（與X有相同的量綱）稱為標(biāo)準(zhǔn)差或均方差。由方差的定義可以得到以下常用計(jì)算公式：D(X)=E(X2)-E(X)2 信噪比（SNR）信噪比,即SNR（Signal to Noise Ratio）又稱為訊噪比，即放大器的輸出信號的電壓與同時(shí)輸出的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示

42、。設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質(zhì)量越高，否則相反。信噪比一般不應(yīng)該低于 70dB，高保真音箱的信噪比應(yīng)達(dá)到110dB以上。信噪比是音箱回放的正常聲音信號與無信號時(shí)噪聲信號(功率)的比值。用dB表示。例如，某音箱的信噪比為80dB，即輸出信號功率比噪音功率大80dB。信噪比數(shù)值越高，噪音越小。信噪比是一個(gè)比較重要的參數(shù)，它指音源產(chǎn)生最大不失真聲音信號強(qiáng)度與同時(shí)發(fā)出噪音強(qiáng)度之間的比率稱為信號噪聲比，簡稱信噪比（Signal/Noise），通常以S/N表示，單位為分貝（dB）。對于播放器來說，該值當(dāng)然越大越好。 圖像的信噪比應(yīng)該等

43、于信號與噪聲的功率譜之比，但通常功率譜難以計(jì)算，有一種方法可以近似估計(jì)圖像信噪比，即信號與噪聲的方差之比。首先計(jì)算圖像所有象素的局部方差，將局部方差的最大值認(rèn)為是信號方差，最小值是噪聲方差，求出它們的比值，再轉(zhuǎn)成dB數(shù)，最后用經(jīng)驗(yàn)公式修正，具體參數(shù)請參看“反卷積與信號復(fù)原（鄒謀炎）”。峰值信噪比（PSNR）峰值信噪比（PSNR），一種評價(jià)圖像的客觀標(biāo)準(zhǔn)。它具有局限性，不能完全反映人類主觀的視覺評價(jià)。在沒有更好的客觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之前，將就用著。它是原圖像與處理圖像之間均方誤差相對于(2n-1)2的對數(shù)值(信號最大值的平方，n是每個(gè)采樣值的比特?cái)?shù))，它的單位是dB。公式如下：PSNR=10*log10

44、(2n-1)2/MSE)其中，MSE是原圖像與處理圖像之間均方誤差。公式中的符號采用了MATLAB的用法。圖形比較對載體圖像加解密后跟原來的載體的比較，提取出來的水印跟原始水印的圖形對比圖。34系統(tǒng)流程系統(tǒng)運(yùn)行之后就按照圖3系統(tǒng)流程圖對導(dǎo)入的視頻進(jìn)行相應(yīng)的操作。當(dāng)軟件運(yùn)行之后，直接進(jìn)入系統(tǒng)的主界面，具體的軟件操作如下：（1） 導(dǎo)入所選擇的avi視頻文件，點(diǎn)擊播放就可以播放導(dǎo)入的avi文件。（2） 選擇分解就可以將導(dǎo)入的avi文件，分解成序列圖像。（3） 導(dǎo)入分解出來的序列圖像，顯示導(dǎo)入的圖像。（4） 選擇加解密方式，進(jìn)行加解密操作，顯示相關(guān)結(jié)果。（5） 選擇攻擊方式，進(jìn)行攻擊操作，顯示相關(guān)結(jié)果

45、。（6） 選擇測試方式，進(jìn)行測試比較操作，顯示相關(guān)結(jié)果。（7） 對操作之后的序列圖像合成新的avi文件，并保存。（8） 點(diǎn)擊退出，退出軟件。開始加密解密模塊攻擊模塊測試比較模塊導(dǎo)入視頻播放視頻顯示加密解密后結(jié)果顯示攻擊后結(jié)果顯示測試比較結(jié)果選擇加解密模式選擇攻擊模式選擇測試比較模式退出顯示視頻信息結(jié)束合成新的視頻圖3系統(tǒng)流程圖Fig.3 System flow chart4系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)的劃分，本人負(fù)責(zé)系統(tǒng)的測試比較模塊、圖形比較和系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。測試比較模塊：主要設(shè)計(jì)誤碼率（BER）、均方差（MSE）、信噪比（SNR）和峰值信噪比（PSNR）的功能設(shè)計(jì)及代碼實(shí)現(xiàn)。圖形比較：加解密或者

46、攻擊之后的載體比較和水印比較。系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)：用MATLAB7自帶的GUI圖形界面設(shè)計(jì)工具，實(shí)現(xiàn)各部分?jǐn)?shù)據(jù)的連接。41測試比較模塊本系統(tǒng)的測試比較模塊，主要綜述avi視頻進(jìn)行加密解密和多種攻擊操作后的比較，對載體和水印進(jìn)行誤碼率（BER）、均方差（MSE）、信噪比（SNR）和峰值信噪比（PSNR）等的比較。在衡量一個(gè)水印系統(tǒng)的不可見性上，希望有一種（多種）客觀的評價(jià)方法，能夠?qū)⒏兄町惲炕癁橐欢ǖ臄?shù)值，通過數(shù)值大小的比較直接評定感知質(zhì)量。411誤碼率（BER）（1）誤碼率概述：誤碼率是最常用的數(shù)據(jù)通信傳輸質(zhì)量指標(biāo)。它表示數(shù)字系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的式是“在多少位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯(cuò)”。舉例來說，如果在一萬位

47、數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯(cuò)，即誤碼率為萬分之一，即10E-4。誤碼的產(chǎn)生是由于在信號傳輸中，衰變改變了信號的電壓,致使信號在傳輸中遭到破壞，產(chǎn)生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他因素都會(huì)導(dǎo)致誤碼（比如傳送的信號是1，而接收到的是0；反之亦然）。各種不同規(guī)格的設(shè)備，均有嚴(yán)格的誤碼率定義，如通常視/音頻雙向光端機(jī)的誤碼率應(yīng)該在：（BER）10E-9。零誤碼率:IEEE802.3規(guī)定最壞情況的誤碼率是10E-10。在這種條件下，出現(xiàn)的誤碼不會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的性能，因?yàn)樗械木W(wǎng)絡(luò)軟硬件都按這個(gè)要求建立。因此，這個(gè)條件下出現(xiàn)的噪音將不足以改變接收端的比特值，不會(huì)造成誤碼。KRONE選擇的誤碼率標(biāo)準(zhǔn)

48、比IEEE標(biāo)準(zhǔn)高出100倍，并把10E-12誤碼率稱為零誤碼率。零誤碼率意味著每十萬億個(gè)比特中產(chǎn)生的誤碼小于1個(gè)。（2）誤碼率（BER：biterror）功能：是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。另外，也有將誤碼率定義為用來衡量誤碼出現(xiàn)的頻率。（3）設(shè)計(jì)思路：誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。誤碼率=接收出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)/總的發(fā)送的比特?cái)?shù)。(4-1)其中B傳輸中的總碼數(shù)。（4）實(shí)現(xiàn)代碼：%original為原始圖像%test為加有水印的圖像function BER=ber(original,test);%計(jì)算誤碼率BER%讀取圖像并處理到二值關(guān)系A(chǔ)=imread(orig

49、inal); A=im2bw(A);B=imread(test);B=im2bw(B);%判斷輸入圖像是否有效m,n=size(A);m2,n2=size(B);if m2=m|n2=n errror(圖像選擇錯(cuò)誤);end%計(jì)算BERBER=0;for i=1:m for j= 1:n BER=BER+abs(A(i,j)-B(i,j); endendBER=BER/(m*n)*100;disp(輸入數(shù)據(jù)的誤碼率BER(%)為:,num2str(BER);（5）實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖4所示：對進(jìn)行了高斯低通濾波攻擊后的水印圖像比較得出的誤碼率。圖4 BER實(shí)現(xiàn)結(jié)果圖Fig.4 BER Plans to

50、 achieve results412均方差（MSE）（1）均方差概述：MSE（Mean Square Error）是最普遍的使用于圖像感知質(zhì)量的評價(jià)的手段之一。MSE可以直接反映出評估對象發(fā)生的改變。值得注意的是，通常使用的圖像是RGB圖像。考慮到RGB像素是以一個(gè)3維矢量的形式出現(xiàn)的，所以各種評價(jià)方法的實(shí)現(xiàn)中，都是先將圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像再進(jìn)行計(jì)算的。換句話說，計(jì)算的誤差實(shí)際上是評價(jià)對象在亮度上的誤差，這種誤差在圖像感知質(zhì)量中也是尤為值得重視的。另外，在MATLAB中，對于圖像的像素值，在轉(zhuǎn)換為double型計(jì)算時(shí)并不將其縮小到0，1區(qū)間，即使用的是image = double(image)

51、命令而不是經(jīng)常使用的image = double(image)/255命令，這是為了保證計(jì)算結(jié)果有一定的數(shù)量級，便于區(qū)分。MSE的優(yōu)點(diǎn)就是簡單，便于理解。但在實(shí)際應(yīng)用中，利用MSE去對圖像感知質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)存在很大的缺點(diǎn)。簡而言之就是MSE會(huì)對圖像的感知質(zhì)量進(jìn)行低估或高估。所謂低估圖像的感知質(zhì)量，是指對在主觀評價(jià)中普遍認(rèn)為品質(zhì)高的圖像計(jì)算出的MSE過大，從而造成客觀評價(jià)與主觀評價(jià)不一致的現(xiàn)象。所謂高估圖像的感知質(zhì)量，是指對在主觀評價(jià)中普遍認(rèn)為品質(zhì)低的圖像計(jì)算出的MSE過小，從而造成客觀評價(jià)與主觀評價(jià)不一致的現(xiàn)象。（2）均方差功能：衡量加有水印信息的圖像與原始圖像在品質(zhì)上的差異，完全可以使用MSE

52、作為一種估計(jì)的手段，得到圖像質(zhì)量變化的客觀指標(biāo)。又稱“標(biāo)準(zhǔn)差”，指統(tǒng)計(jì)學(xué)上各單位標(biāo)志值與平均數(shù)離差的平方之算術(shù)平均數(shù)的平方根。均方差是測定標(biāo)志變動(dòng)度的主要指標(biāo)，可用來描述概率分布與其數(shù)字期望的離散程度，故能反映平均數(shù)的代表性。均方差的值越小，則平均數(shù)越具有代表性。（3）設(shè)計(jì)思路：圖像之間的MSE計(jì)算公式：(4-2)其中，I（x,y）表示原始圖像各像素，Iw(x,y)表示加有水印的圖像各像素。M*N是圖像的尺寸。（4）實(shí)現(xiàn)代碼：%original為原始圖像%test為加有水印的圖像function msevalue=mse(original,test);%計(jì)算均方差MSE%讀取圖像并處理到亮度關(guān)

53、系A(chǔ)=imread(original); A=rgb2gray(A);A=double(A);B=imread(test);B=rgb2gray(B);B=double(B);%判斷輸入圖像是否有效m,n=size(A);m2,n2=size(B);if m2=m|n2=n errror(圖像選擇錯(cuò)誤);end%計(jì)算MSEmsevalue=0;for i=1:m for j= 1:n msevalue=msevalue+(A(i,j)-B(i,j)2; endendmsevalue=msevalue/(m*n);disp(輸入數(shù)據(jù)的MSE為:,num2str(msevalue);（5）實(shí)現(xiàn)結(jié)果

54、如圖5所示：對進(jìn)行了高斯低通濾波攻擊后的水印圖像比較得出的均方差。圖5 MSE實(shí)現(xiàn)結(jié)果圖Fig.5 MSE Plans to achieve results413信噪比（SNR）和峰值信噪比（PSNR）（1）信噪比和峰值信噪比概述：信噪比通常不是直接進(jìn)行測量的，而是通過測量噪聲信號的幅度換算出來的，通常的方法是：給放大器一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號，通常是0.775Vrms或2Vp-p1kHz,調(diào)整放大器的放大倍數(shù)使其達(dá)到最大不失真輸出功率或幅度，記下此時(shí)放大器的輸出幅Vs，然后撤除輸入信號，測量此時(shí)出現(xiàn)在輸出端的噪聲電壓，記為Vn，再根據(jù)10LOG(Vn/Vs)就可以計(jì)算出信噪比了。這樣的測量方式完全可以體

55、現(xiàn)設(shè)備的性能了。但是，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這種測量方式很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)誤差，某些信噪比測量指標(biāo)高的放大器，實(shí)際聽起來噪聲比指標(biāo)低的放大器還要大。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這不是測量方法本身的錯(cuò)誤，而是這種測量方法沒有考慮到人的耳朵對于不同頻率的聲音敏感性是不同的，同樣多的噪聲，如果都是集中在幾百到幾千Hz，和集中在20KHz以上是完全不同的效果，后者人的聽覺可能根本就察覺不到。因此就引入了一個(gè)“權(quán)”的概念。這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)上的概念，它的核心思想是，在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該將有效的、有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，而無效和無用的數(shù)據(jù)應(yīng)該盡量排除，使得統(tǒng)計(jì)結(jié)果接近最準(zhǔn)確，每個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都由一個(gè)“權(quán)”，“權(quán)”越高越有用，“權(quán)”越低就越無用

56、，毫無用處的數(shù)據(jù)的“權(quán)”為0。于是，經(jīng)過一系列測試和研究，科學(xué)家們找到了一條“通用等響度曲線”，這個(gè)曲線代表的是人耳對于不同頻率的聲音的靈敏度的差異，將這個(gè)曲線引入信噪比計(jì)算方法后，先兆比指標(biāo)就和人耳感受的結(jié)果更為接近了。噪聲中對人耳影響最大的頻段“權(quán)”最高，而人耳根本聽不到的頻段的“權(quán)”為0。這種計(jì)算方式被稱為“A計(jì)權(quán)”，已經(jīng)稱為音響行業(yè)中普遍采用的計(jì)算方式。（2）信噪比和峰值信噪比功能：SNR（Signal to Noise Ratio）與PSNR（Peak Signal to Noise Ratio）是最通行的評定信號品質(zhì)的指標(biāo)。如在通信系統(tǒng)中，輸出SNR與輸入SNR的比例就構(gòu)成了系統(tǒng)增益，增益越大系統(tǒng)越優(yōu)。通過計(jì)算公式發(fā)現(xiàn)，信噪比不是一個(gè)固定的數(shù)值，它應(yīng)該隨著輸入信號的變化而變化，如果噪聲固定的話，顯然輸入信號的幅度越高信噪比就越高。顯然，這種變化著的參數(shù)是不能用來作為一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)的，要想讓它成為一種衡量標(biāo)準(zhǔn)，就必須使它成為一個(gè)定值。于是，