一种自适应视频水印检测算法
基于小波变换的一种盲检测数字水印算法
用MA TLAB实现一种新的基于 小波变换的盲检测数字水印算法 摘要：目的：用MA TLAB实现一种新的基于小波变换的盲检测数字水印算法。方法：结果：将一副水印图像嵌入了载体图像。结论： 关键字：数字水印小波变换DWT 信息隐藏 Abstract: 1、引言 随着Internet和多媒体技术的迅猛发展和广泛应用，传统的加密算法对数字作品的保护有一定的局限性，一种新的信息安全技术应运而生——数字水印技术，1994年V an Schyndet在论文“A Digital Watermark”[1]中正式提出数字水印的概念，并且受到学术界和工业界极大的关注，1996年第一届国际信息隐藏研讨会在英国剑桥召开，在几年时间之内就有很多算法被提出来，如DWT、DCT、DFT、LSB、Patchwork等算法[2]，并有大量论文发表。 数字水印是利用数字作品中普遍存在的冗余数据把数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到数字作品中，从而起到版权保护、秘密通信、数据文件的真伪鉴别和产品标志等作用的一种技术。简单地说，数字水印技术就是在数字作品中嵌入一段信息，嵌入的信息就是数字水印。数字水印人们无法从表面感知，只有用专用仪器或计算机软件才可以检测出来，数字作品可以是图像、图形、视频、音频、文本、数字地图、数据库、电子文档等，还可以是印刷品。 数字水印的作用可以分为以下几类[3]： (1)版权保护：在数字作品中嵌入数字产品的版权信息，如果出现所有权纠纷，可以从产品中提取出水印，该水印中包含的版权信息可以作为证据，在法庭上证明谁拥有产品所有权，以达到保护数字作品版权的作用。 (2)盗版跟踪：数字产品在这种应用中嵌入的是产品购买者的有关信息，如身份标识、购买日期等。用户可以从这些盗版中提取出有关购买者的身份信息，从而追查到盗版的来源。 (3)拷贝保护：水印与数字设备的结合使用可以实现拷贝保护的功能，数字设备读取数字作品中的数字水印，如果该作品已经超过拷贝次数或者是盗版，就禁止拷贝。 (4)发行监控：数字产品的网络发行或者电视播放，结合UV 对产品的WS 识别以及电视机对播放节目的识别与监控，可以实现对数字产品的发行统计，播放监控。 (5)数据完整性保护：脆弱性数字水印能够完成对数字作品的完整性认证，可以判断作品是否被篡改。在照相机、摄像机中具有添加水印的功能模块，能够嵌入脆弱的水印，如果有人试图对图像、视频进行编辑处理，就会破坏掉这些水印，从而判断作品是否被篡改。 (6)隐秘信道：水印技术可以实现隐秘通信。 数字水印技术有多种分类。 按照作用可将数字水印划分为鲁棒水印和脆弱水印。前者主要应用于数字作品中版权保护，需要嵌入的水印能够抵抗常见的编辑处理和有损压缩；后者主要用于完整性保护，判断信号是否被篡改。 按照水印的载体，数字水印可分为图像水印、视频水印、音频水印、文本水印和印刷水印等。 如果按照检测方法，数字水印可分为明水印和盲水印。在检测过程中需要原数据的技术称为明水印，其鲁棒性较强；在检测过程中不需要原数据的技术称为盲水印。
数字水印算法介绍
数字水印算法列举 湖南科技大学计算机科学与工程学院 ①基于LSB 的数字水印方案（空间域、不可逆、不可见和盲检测） 嵌入步骤： （1）先把水印信息转化为二进制比特流I。 （2）根据I的长度生成密钥K，并且严格保存。密钥K是对图像载体像素位置的一个映射。 （3）把I中的每一位依次根据密钥K，置换掉原始载体图像中相应位置的像素最后一位。提取步骤： （1）根据严格保存的密钥K遍历嵌入了水印的图像中的相应像素，提取出最后一位。 （2）将提取出来的每一位重新组合成水印信息。 ②基于差分扩展的数字水印方案（变换域、可逆、不可见和盲检测） 嵌入步骤： （1）将图像M分成像素点对（x，y），将水印信息转化为二进制比特流,比特流的每一位用m 表示。 （2）根据水印信息比特流的长度随机生成信息的嵌入位置k作为密钥信息严格保存。（3）对图像M计算均值l和差值h：?????-=+=y x h y x floor l 2(（floor表示向下取整） （4）将水印比特信息m以差值扩展的方法嵌入到差值h中：m h h +?='2（5）将得到的h '代入（3）中，得到新的图像像素对，形成嵌入秘密信息后的图像C。提取步骤： （1）将图像C分成像素点对（x，y），读入密钥信息K。 （2）将图像C依旧按照嵌入步骤中的（3）式计算均值l和差值h。 （3）根据密钥k找到相应位置，提取差值h的最后一位比特信息m，再将差值h进行变换得到1>>='h h 。 （4）将提取到的比特信息m进行组合可以恢复水印信息，将得到的h '代入嵌入步骤的（3）中计算新的图像像素对可以恢复原始图像载体M。 ③基于直方图修改的数字水印算法（空间域、可逆、不可见和盲检测） 嵌入步骤：（1）找到直方图的零点z和峰值点p，将z v p <<的像素值v自加1。 （2）漂移后的直方图v=p处即为嵌入水印的位置，将水印信息转化为二进制流并记为k，按顺序嵌入，即k v v +='；（3）得到的由像素值v '组成的图像就是嵌入秘密信息后的图像。同时p、z以密钥的形式保存。 提取步骤： （1）读取密钥，得到p、z的值。 （2）遍历图像的每个像素，当像素v=p时，提取信息0并保持数据不变；当v=p+1时，提取信息1并将数据减1。 （3）当v 数字水印作为一门新的学科, 自 1993 年 Tirkel 等人正式提出到现在十几年里, 国内外对数字水印的研究都引起了极大的关注, 从最初的版权保护, 已扩展到多媒体技术, 广播监听, in-ternet 等多个领域。数字水印是永久镶嵌在其他数据( 主要指宿主数据) 中具有可鉴别性的数字信号或数字模式, 其存在不能影响宿主数据的正常使用。为了使数字水印技术达到一定的设计要求, 当前水印数据一般应具备不可感知性(imperceptible) 、鲁棒性(Robust) 、可证明性、自恢复性和安全保密性等特点。在数字水印技术中, 水印的数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾。理想的水印算法应该既能隐藏大量数据, 又可以抗各种信道噪声和信号变形。然而在实际中, 这两个指标往往不能同时实现, 实际应用往往只偏重其中的一个方面。如果是为了隐蔽通信, 数据量显然是最重要的, 由于通信方式极为隐蔽, 遭遇敌方篡改攻击的可能性很小, 因而对鲁棒性要求较为不高。但对保证数据安全来说, 情况恰恰相反, 各种保密的数据随时面临着被盗取和篡改的危险, 对鲁棒性的要求很高, 而对隐藏数据量的要求则居于次要地位。典型的数字水印系统至少包含两个组成部分- - 水印嵌入单元和水印检测与提取单元。将水印信息进行预处理后加入到载体中, 称为嵌入。从水印化数据中提取出水印信息或者检测水印信息的存在性称为水印的提取和检测。数字水印算法主要 是指水印的嵌入算法, 而提取算法往往被看成是嵌入算法的逆变换。 当前典型的嵌入算法主要被分为空间域水印算法和变换域水印算法。DCT 变换域算法是数字水印算法的典型代表, 也是数字水印中较为常用的一种稳健的算法。其算法思想是选择二值化灰度图像作为水印信息, 根据水印图像的二值性来选择不同的嵌入系数, 并将载体图像 ( 原始图像) 进行 8×8 的分块, 再将灰度载体图像( 原始图像) 进行 DCT变换。然后, 将数字水印信息的灰度值直接植入到载体灰度图像的 DCT 变换域中, 实现水印的嵌入。而后, 将嵌入了水印信息灰度图像进行 IDCT( 逆离散的余弦变换) 变换, 得到含有了嵌入水印信息的图像, 嵌入过程完毕。水印的提取、检测过程为嵌入过程的逆过程, 其方法和嵌入方法有所雷同不再进行介绍。 下面以 MATLAB 为工具, 给出一个在频域嵌入和提取黑白二值水印图像的实现过程。(1) 水印图像的预处理: 将水印信息图像进行灰度处理, 然后再将转换后的图像进行二值转换。而这些都是为了提高水印信息的安全性对图像所做的处理。(2) 读取原始公开图像(大小为 256×256) 和黑白水印图像(大小为 32×32, 模式为灰度) 到二维数组 I 和 J。(3) 将原始公开图像I 分割为互不覆盖的图像块, 每块大小为 8×8, 共分为 32×32 块。然后对分割后的每个小块Block- dct(x,y) 进行 DCT 变换, 得到变换后的小块 Block-dct(x, y)。(4) 取黑白水印图像中的一个元素 J(p, q) , 通过嵌入算法嵌入到原始公开图像块的中频系数中。(5) 对嵌入水印信息后的图像块Block- dct (x, y) 进行逆DCT 变换, 得到图像块 Block(x′, y′)。 音频数字水印 目录 1课题背景与现状 (2) 2研究的目的和意义 (4) 3方案设计和实施计划 (8) 4研究的主要内容 (10) 5创新点和结论 (10) 6成果的应用前景 (11) 7附录：个人工作总结 ................................................................................................ 错误！未定义书签。 1课题背景与现状 数字时代的到来，多媒体数字世界丰富多彩，数字产品几乎影响到每一个人的日常生活。信息媒体的数字化为信息的存取提供了极大的便利，同时也显著地提高了信息表达的效率和准确度。计算机网络通信技术特别是互联网的蓬勃发展，使得数据的交换和传输变成了一个相对简单且快捷的过程。人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅速地将数字信息传达到世界各地，在国际互联网上发布自己的作品，传递重要的信息，进行各种学术交流和电子商务活动等等。如何保护这些与我们息息相关的数字产品，如版权保护、信息安全、数据认证以及访问控制等等，已受到日益重视并变得迫切需要了，因此数字水印在今天的计算机和互联网时代大有可为。 数字水印技术是近十年才发展起来的，它是信息隐藏学的一个分支。随着国内信息化程度的提高和电子商务逐渐走向实用，数字水印技术将会拥有更加广阔的应用前景。鉴于信息隐藏与数字水印技术的应用前景，众多知名研究机构如麻省理工学院的多媒体实验室、剑桥大学的多媒体实验室、IBM数字实验室、日立、NEC、SONY，PHILIPS、微软等都加入到信息隐藏和数字水印技术的研究和应用并取得了一定的成果。1996年5月，第一届国际信息隐藏学术研讨会(CIHW)在英国剑桥牛顿研究所召开，至今该研讨会已举办了四届。另外，在IEEE ————————————————————————————————————————————————一种尺度空间特征区域的强鲁棒性水印算法 作者齐向明，徐嫚，李玥，侯明君 机构辽宁工程技术大学软件学院 DOI 10.3969/j.issn.1001-3695.2018.01.0056 基金项目国家自然科学基金资助项目（61401185） 预排期卷《计算机应用研究》2019年第36卷第7期 摘要针对数字水印算法中特征区域选取不足以反映图像重要信息，导致鲁棒性减弱的问题，提出一种尺度空间特征区域的强鲁棒性水印算法。通过尺度空间特征点检测，提取靠近载体图像 重心且互不重叠的特征区域，合成特征区域矩阵，用变换域水印算法嵌入水印，对可能受到 攻击的含水印图像提取特征区域，合成其特征区域矩阵，用嵌入水印算法逆过程提取水印。 实验表明，该算法不仅对一系列攻击都具有强鲁棒性，且不可见性良好。 关键词数字水印；尺度空间；特征区域；变换域；强鲁棒性 作者简介齐向明（1966-），男，阜新人，副教授，硕导，主要研究方向为图像图形处理?数字水印；徐嫚（1994-），女，硕士研究生，主要研究方向为图像图形处理?数字水印 （1838337985@https://www.wendangku.net/doc/eb1723579.html,）；李玥（1993-），女，硕士研究生，主要研究方向为图像图形处理 ?数字水印；侯明君（1996-），男，学士，主要研究方向为软件工程． 中图分类号TP391 访问地址https://www.wendangku.net/doc/eb1723579.html,/article/02-2019-07-056.html 投稿日期2018年1月11日 修回日期2018年3月7日 发布日期2018年4月12日 引用格式齐向明, 徐嫚, 李玥, 侯明君. 一种尺度空间特征区域的强鲁棒性水印算法[J/OL]. 2019, 36(7). [2018-04-12]. https://www.wendangku.net/doc/eb1723579.html,/article/02-2019-07-056.html. 第28卷 第4期 吉首大学学报(自然科学版)Vol.28 No.4 2007年7月J ournal of J ishou University(Natural Science Edi ti on)Jul.2007 文章编号:1007-2985(2007)04-0074-04 同步音频水印算法的实现 张国武,曾巧明 (中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙 410008) 摘 要:目前的音频水印算法缺乏有效的同步技术,笔者应用通信网同步方法,提出了一种快速重同步音频有意义音频水印算法.该算法利用时域水印技术嵌入同步信息,从而对抗音频在时间轴上可能受到的攻击,借助变换域基于小波变换增强音频的鲁棒性,水印为一幅二值图像.仿真实验表明该算法产生的水印在对抗加性Gaussian噪声、MP3压缩和裁剪等方面具有良好的稳健性,可用于数字音频产品的版权保护. 关键词:同步;小波变换;稳健性 中图分类号:TP301.6 文献标识码:A 数字水印技术是把数据(水印)嵌入到多媒体文件中去,以保护所有者对多媒体所拥有的版权.当所有者权益被侵犯时,可通过对水印的检测来得到证明.由于人的听觉系统(HAS)要比视觉系统(HVS)敏感,相对于静止图像和视频信号,在音频信号中嵌入数字水印更为困难[1].通常,音频数字水印应具有以下3个特性.(1)不可觉察性.加入水印后的语音信号比起原语音信号对人耳来讲应该是听起来无差别的;(2)鲁棒性.未被授权的个人或团体企图通过一些处理方法,去除或修改嵌入的水印信息时,会引起原语音信号音质的明显下降;而对于常见的信号处理操作,如传输、过滤、重采样、有损压缩等,嵌入的信息应损坏很小,并在一定正确概率的基础上可以被检测到;(3)可靠性.水印嵌入和检测方法对未被授权的第3方而言,应是保密且不能被轻易破解的,而那些合法的所有者或使用者,通过水印的检测过程,来证实自己的合法行为,以达到版权保护的目的.目前常用的音频水印技术[2],按水印嵌入方式来分可以分为2类:时域法和变换域法.时(空)域算法的算法简单、运行速度快,但抗干扰能力差.变换域法有离散傅里叶变换(DFT)算法、离散余弦变换(DCT)算法、离散小波变换(DWT)算法等,该类算法复杂度较高,但鲁棒性好.由于小波变换具有良好的时频局部特性,因此成为目前频域法水印的主流技术.目前,一些主要的算法,由于缺乏一种有效的同步机制,无法抵抗音频裁剪等攻击,水印的稳健性不强. 笔者研究了一种结合时域和变换域的音频水印算法,这种算法借鉴无线语音传输系统的同步技术,在时域上嵌入了同步信号,实现了语音信号受裁剪等攻击后的快速重同步.为了在满足不可感知性的前提下获得良好的抗噪声、MP3和裁剪等攻击的稳健性能,嵌入的水印信号将水印作为一幅二值图像来处理与隐藏,利用小波变换将水印嵌入到音频信息中.在水印提取时,使用了同步码检测技术,能够知道水印嵌入的起始点. 1 算法原理 由于语音信号是时间轴上的函数,剪裁等攻击会引起严重的同步错误.为了在检测时保持水印的同步,笔者提出了在隐藏有意义水印的同时,在语音信号中嵌入同步信息.一般来说,同步信息的数据量远小于水印数据量.所提出算法结合了变换域和时域水印技术.由于变换域上的水印能量能较均匀地扩散到时域上,对水印的不可感知性和稳健性比较有利,占隐藏数据量大部分的水印采用变换域方法嵌入于原始语音信号中.而为了实现快速重同步,同步信号的隐藏则采用时域水印技术. 考虑到语音信息量一般比较庞大,如果进行全局DWT变换,计算量太大.因此笔者设计的算法对原始语音信号f(t)进行分段处理.在每个分段点处嵌入同步码.水印数据则嵌入到每段语音信号.隐藏了水印的语音信号受到各种攻击(MP3、噪声、低通滤波、剪裁等)后,从中检测的水印将不可避免地发生错误.为了降低检测水印的差错率,从而提高水印的稳健性, 收稿日期:2007-05-21 作者简介:张国武(1978-),男,湖南常德人,中南大学信息科学与工程学院硕士生,主要从事ERP的研究与应用. 实验报告 实验名称：数字水印算法实现 数字水印算法的C++实现 [摘要]通过在原始数据中嵌入秘密信息--水印来证实数据的所有权。这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等，而且这种水印通常是不可见或不可察的，它与原始数据紧密结合并隐藏其中，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而能保存下来。 数字水印技术除了应具备信息隐藏技术的一般特点外，还有着其固有的特点和研究方法。在数字水印系统中，隐藏信息的丢失，即意味着版权信息的丢失，从而也就失去了版权保护的功能，也就是说，这一系统就是失败的。由此可见，数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和透明性。本文是关于在24位宿主图像的文档说明。 [关键词]数字水印标识安全性宿主图像水印图像 1.算法实现思路 1.1数字水印的提出及研究现状 1994年在一次国际重要学术会议上由Tirkel等人发表了题目为“A digital watermark”的第一篇有关数字水印的文章，当时他们已经意识到了数字水印的重要性，提出了数字水印的概念及可能的应用，并针对灰度图像提出了两种向图像最低有效位中嵌入水印的算法。1996年在英国剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会，标志着信息隐藏学的诞生，而作为信息隐藏学主要分支之一的数字水印技术的研究也得到了迅速的发展。到1999年第三届国际信息隐藏学术研讨会，数字水印成为主旋律，全部33篇文章中有18篇是关于数字水印的研究。 我国近年来已有少数的研究所和大学开展了对水印技术的研究工作，如：中科院自动化研究所的模式识别国家重点实验室、天津大学图像信息中心等。数字水印的研究引起了各种学科的研究人员的兴趣，但受关注的程度不及国外，研究的人员不多，研究的领域不广，从理论和实际成果两方面来看，国内在数字水印方面的研究工作还处于刚起步阶段。我国已明确表示：所有的知识产权保护和安全认证问题不可能依靠国外的力量，必须由我们自主开 怎么压缩视频，一分钟教会你压缩视频 视频怎么压缩，现在很多的视频文件都超出了网站的上传大小，想要将这些视频上传到网站，就需要将视频文件进行压缩，下面就是小编为大家带来的视频压缩的方法。 操作选用工具：迅捷压缩软件 迅捷压缩软件：https://https://www.wendangku.net/doc/eb1723579.html,/compress 具体操作步骤如下： 1：将压缩软件安装到自己的电脑中，打开软件找到视频压缩，点击视频压缩进入到压缩的页面。 2：在压缩的页面找到添加文件，将需要压缩的视频文件添加到压缩的界面，点击添加文件夹是将文件夹中的视频文件全部添加到压缩的页面中。 3：在下面找到压缩选项，分辨率以及输出格式，将输出格式设置到原格式，压缩选项和分辨率设置为自己需要的选项即可。 4：在底部找到保存至，将文件的保存路径提前设置到自己需要的位置，点击后面的文件夹图标就可以设置。也可以直接保存到原文 件夹。 5：点击开始压缩，需要压缩的视频文件就会在压缩的过程中，请耐心等待压缩的完成。压缩完成的视频文件会直接保存到设置到的文件夹中。 为大家分享一种在线压缩的方法。 1：找到这样一款在线压缩软件，进入到网站中，在网站首页找到在线视频压缩，点击在线视频压缩进入到压缩的页面中。 2：在压缩的页面中找到添加文件，点击添加文件就可以添加需要压缩的视频文件了，也可以直接将视频文件拖进压缩的页面。 3：在下面有压缩设置，将压缩设置更改到自己需要的选项，第二行为输出格式，将输出格式设置到原格式。 4：点击开始压缩，需要压缩的视频文件就会在压缩中，压缩完成的视频文件可以点击立即下载将文件下载到指定的文件夹。 基于LSB的数字水印算法及MATLAB实现 加密算法 宗岳，王恺 山东科技大学 山东，中国 ggxxsol@https://www.wendangku.net/doc/eb1723579.html, 摘要—LSB是一种简单传统的信息隐藏算法，属于数字水印技术中的一种。本文首先介绍了LSB 技术的原理和特点，然后讨论了基于LSB的数字水印算法。最后利用MATLAB 2010 b2对这一算法的加密过程进行了仿真。 关键词：LSB 数字水印信息隐藏MATLAB I.介绍 随着计算机应用逐渐广泛、网络技术的迅速发展，使音频、视频等多媒体信息都能以数字形式传输和播放，从而使大规模非授权拷贝成为了可能，而这样会损害音乐、电影、书籍和软件等出版业的发展，为了保护知识产权引发了一个很有意义的研究方向：信息隐藏。本文首先介绍了了数字水印技术的原理和分类，接着对LSB算法原理及LSB算法实现进行了介绍，最后使用MATLAB 对其加密过程进行了仿真。 II.数字水印技术的基本原理 数字水印的主要目的是将特定的信息加入到需要保护的媒体信息中，加入的信息一般是能够代表媒体信息版权的内容，如公司标志、媒体作者、特定代码等，而且要保证数字水印能够抵抗一定的攻击，而不被轻易的破坏和修改，同时数字水印要能够被提取或者能够被检测到。数字水印的具体内容、算法、提取或检测过程根据实际应用有不同的要求。数字水印的嵌入和提取过程如图1，图2所示。 图1 数字水印的嵌入过程 图2 数字水印的提取过程 图1是数字水印的嵌入过程，加入密钥可以提高数字水印的隐蔽性、抗攻击性，而并非是必须的。根据用途不同，，嵌入的水印有些是需要还原的，而有些则只需验证水印的存在性，前者需要数字水印的提取算法，而图2需要数字水印的检测算法，根据具体的水印算法，嵌入或提取的过程可能有所不同。 III.数字水印的分类 数字水印技术可以从不同的角度进行分类，因此有多种分类方法。 按数字水印的特性可分为鲁捧数字水印和脆弱数字水印。鲁棒数字水印主要用于标识数字媒体信息的版权信息，它要求嵌入的水印能够抵抗对媒体的常规编辑和恶意攻击，在对媒体进行如：裁剪、旋转、缩放、压缩的变换后水印信息不受到较大损害。而脆弱水印相反，它对攻击敏感，可以根据脆弱水印的状态判断原始信息是否被修改过。 按数字水印所附载的媒体可分为图像水印、音频水印、视频水印和文本水印等。每一种数字化的媒体都有相应的水印算法，这也造成了数字水印算法的复杂性。 按数字水印隐藏的位置划分可以分为空(时)域数字水印、频域数字水印、时／频域数字水印和时间／度数字水印。原始信息通常在空域或者时域上表示，根据信号处理理论有多种变换将信号变化到另外的域上，每一种域上 水印算法 近年来，数字水印技术研究取得了很大的进步，下面对一些典型的算法进行了分析，除特别指明外，这些算法主要针对图像数据(某些算法也适合视频和音频数据)。 空域算法 该类算法中典型的水印算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位(LSB:least significant bits)上，这可保证嵌入的水印是不可见的。但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏。另外一个常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。 Patchwork算法 方法是随机选择N对像素点(ai，bi) ，然后将每个ai点的亮度值加 1 ，每个bi点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。适当地调整参数，Patchwork方法对JPEG压缩、FIR滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，但该方法嵌入的信息量有限。为了嵌入更多的水印信息，可以将图像分块，然后对每一个图像块进行嵌入操作。 变换域算法 该类算法中，大部分水印算法采用了扩展频谱通信(spread spectrum communication)技术。算法实现过程为：先计算图像的离散余弦变换(DCT)，然后将水印叠加到DCT域中幅值最大的前k系数上(不包括直流分量)，通常为图像的低频分量。若DCT系数的前k个最大分量表示为D=，i=1 ，… ，k，水印是服从高斯分布的随机实数序列W =，i=1 ，… ，k，那么水印的嵌入算法为di = di(1 + awi)，其中常数a为尺度因子，控制水印添加的强度。然后用新的系数做反变换得到水印图像I。解码函数则分别计算原始图像I和水印图像I*的离散余弦变换，并提取嵌入的水印W*，再做相关检验以确定水印的存在与否。该方法即使当水印图像经过一些通用的几何变形和信号处理操作而产生比较明显的变形后仍然能够提取出一个可信赖的水印拷贝。一个简单改进是不将水印嵌入到DCT域的低频分量上，而是嵌入到中频分量上以调节水印的顽健性与不可见性之间的矛盾。另外，还可以将数字图像的空间域数据通过离散傅里叶变换(DFT) 音频水印的评价标准 水印算法的质量是音频水印最为重要的一个因素，而具体评判一个水印算法的质量的好坏，现在也没有统一的标准。因此，本文从水印的一些基本特征出发对于水印算法的质量的好坏进行度量，也就是从水印算法的不可感知性，以及水印算法的鲁棒性二个方面来考虑水印算法的质量的好坏（刘应，2014）。 1、水印算法的不可感知性 水印算法的不可感知性也即是在一个音频信号加入了水印之后，对于加入水印之后的音频信号的感知程度，加入水印之后的音频信号的感知程度越低，说明水印算法的不可感知性越好，加入水印之后的音频信号越接近于原信号，水印算法就越好。而具体的水印算法的不可感知性得评判标准一般又分为二种，也就是主观不可感知性的评判标准以及客观不可感知性的评判标准。 主观不可感知性的评判标准： 顾名思义，也就是选取听众将没有加入水印的音频信号，与加入了水印的音频信号同时听一遍，从个人主观的程度上给出相应水印算法的不可感知性的评价。主观不可感知性得评判标准（SDG）具体的评判标准如下表2.1所示： 表2.1 主观不可感知性得评判标准（SDG） 从表2.1 主观不可感知性得评判标准（SDG）可以看出来，个人主观的程度上给出相应水印算法的不可感知性的评价，评价越接近于0，主观不可感知性越好，水印算法越好。 客观不可感知性的评判标准： 而对于具体的客观不可感知性的评判标准其实方法有很多，本文选取信噪比(SNR)来进行评判。具体的信噪比(SNR)评价方式如下： 2 12 1 10lg (1) n k n k x SNR x x ===-∑∑ （2-1） 其中，x 表示没有加入水印之前的音频，x1表示加入水印之后的音频，n 为 采样点数。 2、水印算法的鲁棒性 在对于水印算法具体的嵌入过程的时候，甚至是水印相关的信号在进行存储，与在进行传输的时候都会受到一定的干扰，导致水印本身所含有的信息可能发生一定的改变，所以对于水印算法的评判，水印算法的鲁棒性也是一个不能够忽略的点，具体本文对于水印算法的鲁棒性的度量选用的是归一化相关系数（NC ）进行相关的评判的。归一化相关系数定义如下式子2-2所示： ()() ,*1,m n w i j w i j NC = ∑∑ （2-2） 其中， 具体表示的是原始水印信， 具体表示的是提取的相关 的水印信息。M*N 是信息的维度。 () ,w i j () 1,w i j 课程设计任务书 学生姓名: 专业班级： 指导教师：工作单位：武汉理工大学 题目: 数字水印算法设计 初始条件： （1）Matlab应用软件的基本知识以及基本操作技能。 （2）高等数学、信号与系统等基础运算知识。 要求完成的主要任务: （1）掌握一种数字水印的嵌入与提取算法原理。 （2）编写出水印嵌入算法的matlab程序，并给出水印嵌入前后的版权图像，并对嵌入效果进行分析说明。 （3）编写出水印提取算法matlab程序，并给出水印原图和提取出的水印图像，并对水印的提取效果进行分析说明。 （4）进行水印的抗攻击实验，噪声攻击，剪切攻击，缩放攻击，压缩攻击等。 测定提取前后水印的峰值信噪比（PSNR）和相关性（NC）。 时间安排： 6月20日到6月27日理论设计与仿真 6月28日到7月3日撰写报告 7月4日答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 摘要 (2) ABSTRACT (3) 1.数字水印技术概述 (4) 1.1 数字水印技术提出的背景 (4) 1.2 数字水印的基本特点 (4) 1.3 数字水印的应用 (5) 1.MATLAB软件的介绍 (7) 2.1 MATLAB研究数字水印的优点 (7) 2.2 MATLAB函数介绍 (8) 3.傅立叶域水印理论基础 (10) 3.1 傅立叶变换简述 (10) 3.1.1 一维离散傅立叶变换DFT (10) 3.1.2 快速傅立叶变换 FFT (11) 3.1.3 二维离散傅立叶变换 (12) 3.2 傅立叶变换性质 (13) 3.2.1 空间域平移性 (13) 3.2.2 旋转不变性 (14) 3.2.3 比例缩放性 (14) 4.基于傅立叶域相关性检测的半盲水印 (15) 4.1 引言 (15) 4.2 基于Arnold 变换的图像置乱算法 (15) 4.3 水印算法 (17) 4.3.1 算法原理 (17) 4.3.2 算法的matlab 实现步骤 (20) 4.4 算法的matlab 实现及结果分析 (21) 5.总结与心得体会 (26) 6.参考文献 (27) 附录 (28) 1.4各种数字水印算法 近几年来数字水印技术研究取得了很大的进步，见诸于文献的水印算法很多，这里对一些典型的算法进行了分析。 1. 空间域算法 数字水印直接加载在原始数据上，还可以细分为如下几种方法： (1) 最低有效位方法(LSB) 这是一种典型的空间域数据隐藏算法，L.F.Tumer与R.G.VanSchyadel等先后利用此方法将特定的标记隐藏于数字音频和数字图像内。该方法是利用原始数据的最低几位来隐藏信息(具体取多少位，以人的听觉或视觉系统无法察觉为原则)。LSB 方法的优点是有较大的信息隐藏量，但采用此方法实现的数字水印是很脆弱的，无法经受一些无损和有损的信息处理，而且如果确切地知道水印隐藏在几位LSB中，数字水印很容易被擦除或绕过。 (2) Patchwork方法及纹理块映射编码方法 这两种方法都是Bender等提出的。Patchwork是一种基于统计的数字水印，其嵌入方法是任意选择N对图像点，在增加一点亮度的同时，降低另一点的亮度值。该算法的隐藏性较好，并且对有损的JPEG和滤波!压缩和扭转等操作具有抵抗能力，但仅适用于具有大量任意纹理区域的图像，而且不能完全自动完成。 2.变换域算法 基于变换域的技术可以嵌入大量比特数据而不会导致可察觉的缺陷，往往采用类似扩频图像的技术来隐藏数字水印信息。这类技术一般基于常用的图像变换，基于局部或是全部的变换，这些变换包括离散余弦变换(DCT)、小波变换(WT)、傅氏变换(FT或FFT)以及哈达马变换(Hadamardtransform)等等。其中基于分块的DCT是最常用的变换之一，现在所采用的静止图像压缩标准JPEG也是基于分块DCT的。最早的基于分块DCT的一种数字水印技术方案是由一个密钥随机地选择图像的一些分块，在频域的中频上稍稍改变一个三元组以隐藏二进制序列信息。选择在中频分量编码是因为在高频编码易于被各种信号处理方法所破坏，而在低频编码则由于人的视觉对低频分量很敏感，对低频分量的改变易于被察觉。该数字水印算法对有损压缩和低通滤波是稳健的。另一种DCT数字水印算法是首先把图像分成8×8的不重叠像素块，在经过分块DCT变换后，即得到由DCT系数组成的频率块，然后随机选取一些频率块，将水印信号嵌入到由密钥控制选择的一些DCT系数中。该算法是通过对选定的DCT系数进行微小变换以满足特定的关系，以此来表示一个比特的信息。在水印信息提取时，则选取相同的DCT系数，并根据系数之间的关系抽取比特信息。除了上述有代表性的变换域算法外，还有一些变换域数字水印方法，它们当中有相 一．数字水印 数字水印技术 数字水印技术(Digital Watermark):技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。目前主要有两类数字水印,一类是空间数字水印,另一类是频率数字水印。空间数字水印的典型代表是最低有效位(LSB)算法,其原理是通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面,调整数字图像中感知不重要的像素 来表达水印的信息,以达到嵌入水印的目的。频率数字水印的典型代表是扩展频谱算法,其原理是通过时频分析,根据扩展频谱特性,在数字图像的频 率域上选择那些对视觉最敏感的部分,使修改后的系数隐含数字水印的信息。 可视密码技术 二．可视密码技术:可视密码技术是Naor和Shamir于1994年首次提出 的,其主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学计算,而是以人的视觉即可将秘密图像辨别出来。其做法是产生n张不具有任何意义的胶片,任取其中t张胶片叠合在一起即可还原出隐藏在其中的秘密信息。其后,人们又对该方案进行了改进和发展。主要的改进办法办法有：使产生的n张胶片都有一定的意义,这样做更具有迷惑性;改进了相关集合的造方法;将针对黑白图像的可视秘密共享扩展到基于灰度和彩色图像的可视秘密共享。 三． 数字水印（Digital Watermark或称Steganography）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 数字水印技术源于开放的网络环境下保护多媒体版权的新型技术，它可验证数字产品的 2011年05月 科教纵横 数字图像水印技术及其算法的研究 文/曾玲 摘 要：随着信息技术和计算机网络通讯技术的迅速发展，数字图像水印技术得到了越来越多的关注，然后其研究刚刚起步，需要解决的问题也还很多。本文首先介绍了数字水印的概念，并在此基础上数字水印的生存、嵌入及检测三个方面阐述了数字水印技术的基本内容，并对数字水印技术的算法进行了归纳与讨论。 关键词：数字水印；嵌入；算法 中图分类号：X796 文献标识码：A 文章编号：1006-4117（2011）05-0217-01 信息技术和计算机网络通讯技术的迅速发展，加快了信息的交流和沟通，然而也带来了一系列的新问题。如非法复制传播就给社会造成了巨大的经济损失。因此，如何保护数字产品的安全及完整是一个急需解决的问题。随着计算机运行能力的不断加强，以密码学理论为基础的传统信息安全技术已经变得越来越不可靠。数字水印技术就是在这种情况下为加强信息安全而出现的一种新型的信息安全技术。然而，数字水印技术的研究还刚刚起步，因此，开展数字水印技术的研究具有十分重要的理论与现实意义。 一、 数字水印的概念 Tanaka等人于1990年最早提出了数字水印技术。经过二十多年的发展，数字水印技术取得了许多成绩，但始终没有出现一个统一的定义。比较公认的说法是，数字水印技术是将代表作品所有者的信息，如指定的标志、身份信息、序列码等按照某种方式嵌入到被保护的信息中。这种被保护的信息的形式多种多样，可以是一般性的电子文档，也可以是视频、音频或图像。水印通常隐藏与原始数据之中，在受到攻击后才会显现出来。 二、 数字水印的基本内容 数字水印的产生、嵌入及检测是通用的数字水印算法的三个基本方面。 1、数字水印的产生。实际上，数字水印产生的过程就是将原始版权信息、认证信息及保密信息等一系列的有关信息生成水印信号的过程。当然，水印信号必须嵌入到原始载体中，其生成过程也必须在密钥的控制下进行。 2、数字水印的嵌入。通过什么方法，以及在载体数据的什么位置嵌入水印是数字水印嵌入需要重点考虑的问题。水印嵌入的过程实际上是将水印信息、载体数据及密钥通过嵌入算法，转化为水印数据的过程。水印信息与原始载体数据是输入信号，原始载体可以为视频、音频、文本等，密钥则可以用来加强水印算法的安全性。此外，水印的嵌入还必须选好嵌入位置，将水印信号嵌入到图像中后还必须对其加以调整才能得到合适的图像。 3、数字水印的检测。水印算法中最重要的是水印检测，水印检测有提取与检测两种判断方式。一般情况下，提取适用于无意义水印，以判断得到的水印与原始水印是否相符；而检测则适用于无意义水印，以判断图像中是否存在制定的水印。此外，虚警与漏检是水印提取与检测过程中常发生的两种错误，因此，在水印算法设计中，应根据不同的水印系统，综合选择不同的指标以求取得最佳平衡。 三、数字水印的特点 不同的领域对水印算法的要求也不尽相同，其特点也有所差别。但是不同的水印技术仍存在着一些共性。 1、鲁棒性。鲁棒性是指图像经过有损压缩、噪声干扰、伸缩等处理操作后仍能检测到水印的能力。数字水印必须能够抵抗水印受到的攻击，也就是说，水印方案的设计必须考虑图像处理的鲁棒性。 2、不可见性。不可见性主要体现在视觉上，即观察者无法觉察经过水印嵌入的图像，且攻击者也难以通过统计方法发现并删除水印。一般来讲，当嵌入的水印不能引起人眼注意时，就说明该水印具有不可见性的特点。 3、安全性。安全性的关键性在于密钥。在不知道密钥的情况下，非法用户是不能破解一个安全的嵌入算法的。也就是说，非法用户在不知道密钥的情况下，及时非常了解其提取算法，也不可能正确恢复嵌入信息。嵌入水印必须具有安全性，以防止非法用户的发现及销毁。 四、常见的数字水印算法 1、时域、空域数字水印技术。为了实现水印的嵌入，时域/空域方法修改像素的某个分量值。Tirkel等人最早提出了空域嵌入技术的经典算法——最低有效位LSB。然后，这种算法的鲁棒性较差，其水印信息很容易被破坏。Schyndel等人提出的空域技术抗JPEG压缩的鲁棒性也不是很好。Bender等人于1995年提出的“拼凑”算法则在很多方面做了改进，且其抵抗力也明显加强，还能嵌入多比特的水印。在国内，刘瑞祯和谭铁牛提出的基于奇异值分解的非盲水印算法也受到了众多学者的关注。 2、变换域数字水印技术。嵌入的信息量过少、抗信号失真的能力较差、鲁棒性不好是空间域水印算法的最大缺点。有鉴于此，近几年来，变换域数字水印技术得到了广泛的关注。该种数字水印技术要求首先对整个载体或者载体的各部分信息进行某种正交变换。与嵌入空间某些频带相对应的系数则按照嵌入算法的规则进行交换。载体的高频信息的鲁棒性较差，容易被压缩技术所剔除；而载体的低频率信息则反映载体的主要轮廓，但嵌入水印量过大会引起失真。因此，中频系数是最好的选择。变换域数字水印技术弥补了空域数字水印技术的不足，在变换域中将水印分散到全距，大大加强了抵抗攻击的能力。此外，变换域能量分布比较集中，其嵌入水印的强度通过与人类视觉体系模型的结合也得到了一定程度的加强。 3、基于内容的数字水印技术。很多学者从视觉系统的感知模型等方面进行了研究以此来保证水印的透明性，然而他们对利用图像的内容特征来嵌入水印的研究却寥寥无几。Kutter等人提出的第二代水印改变了这种状况，他们认为在感知有意义的特征区域进行水印嵌入是解决问题的关键。这些特征既可以是宿主数据抽箱的特征，又可以是语义上的特征。图像既可以边缘区域，也可以使重点区域。Bas等人提出的机遇图像特征点的水印方案进一步完善了这种观点。华先胜等人提出的局部化数字水印算法则能够通过这些特征点来定位并提取水印。 结束语：数字水印技术弥补了密码术与数字签名技术的缺陷，是一种新型的隐藏技术，能够保护数字产品的版权证明，已引起了广泛了关注，且众多的学者也对此进行了大量的研究并取得了一定的成就。然而，数字水印技术正处于起步阶段，其相关的理论体系还有待改善，其体系框架与标准也还很不城西，需要解决的问题也还很多，其实际应用仍任重而道远。 作者单位：湖南衡阳技师学院参考文献： [1]宋琪,吴林东,朱光喜等.一种基于Hvs的利用零树编码的水印算法[J].华中科技大学学报(自然科学版),2004,32(5):5—7. [2]刘瑞祯,谭铁牛.基于奇异值分解的数字图像水印[J].电子学报,2001,29(2):168—171 [3]黄继武,谭铁牛.图像隐形水印自动化学报[J].2000,26(5):645—655. [4]张志明,周学广.采用奇异值分解的数字水印嵌入算法[J].微计算机息,2006,22(7):69—71. 2011.05 217基于MATLAB的数字水印算法实现
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