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DCT域图像数字水印嵌入技术的研究


北京邮电大学 硕士学位论文 DCT域图像数字水印嵌入技术的研究 姓名:何美娟 申请学位级别:硕士 专业:电磁场与微波技术 指导教师:黄章勇 20090301

北京邮电大学硕’l:学位论文

DCT域图像数字水印嵌入技术的研究
摘要
与钞票水印相类似,数字水印技术是将特定的标记,如数字作品的版 权所有者、发行者、购买者

、日期、序列号等,利用数字内嵌的方法嵌入 到数字图像、音频、视频、文档等数字产品中,其目的是用以证明创作者 对其作品的所有权,并作为鉴定、起诉非法侵权的证据,同时通过对水印 的探测和分析保证数字信息的完整可靠性,从而成为知识产权和数字多媒 体防伪的有效手段。数字水印方法是对传统密码学技术的补充。 本文主要研究内容为:基于DCT(Discrete
Cosine

Transform)变换域

的针对图像的数字水印嵌入技术,着手于如何有效的在DCT中频系数中选 择嵌入水印的位置,从而实现在满足不可见性的前提下,更大程度上提高 图像的抗普通剪切攻击的能力。 一般来说,最常见到的剪切方式有以下几种:对图片的单边进行剪切、 对图片的相邻两边进行同时剪切以及对图像中的某部分区域进行剪切。根 据常规,一般某一物体的数据在图片中都是成片连续的而且遵循地球引力 的条件下,物体的数据在图片中的位置是连续成片的,这就可以考虑使得 图片上左部分和下右部分进行相关,上右部分和下左部分进行相关。因为 在普通的对图片中某一个较完整的物体进行剪切处理时,最大的可能性是 上左部分和下右部分或者上右部分和下左部分只有其中一部分会最大可能 性的被涉及到被剪切的区域中,我们根据剩下区域中相关的水印信息就可 以提高提取到原始水印信息的概率和准确度,而不是直接可能性降为零。 关键词离散余弦变换(DCT) 数字水印 抗剪切攻击 嵌入位置

北京邮电大学硕十学位论文

ON DCT-BASED
IⅣ【AGE

EMBEDDING TECHNOLOGY 0F DIGITAL WATERMARKING

AB STRACT

Similar

to the

watermarking of cash,digital watermarking is defined

to

embed special

information,for

examples,owners,publishers and buyers of
SO

digital copyright works,or data and serial numbers and audio,video and texts by embedding techniques and be used digital
as

on,in digital image,

SO as to

identify the copyright

prove in law

as

well and

as to

protect intellectual property fights and

multimedia by testing

analyzing digital

watermarking.Digital
Cosine

watermarking iS
The main

the implementation for traditional cryptography. point of this
text

iS

to

study

DCT-based(Discrete
on

Transform)image performance
invisibility.

digital

watermarking

and focus

how to choose proper
SO as to

locations in DCT parameters for embedding watermarking

get better

than other algorithms in general anti-shear attack while meeting

Generally speaking,the usual means to do sheafing
one

are

including sheafing
a a

edge,a couple of edges which

are

close to each other,and sheafing
an

part of

image inside.According to common rules,the data of should be located close to each other and the

object

in

image

object

abides by the mle of gravity.

Now since that will be the base of algorithm,we could get the correlation。ship between the left—up part and the right—down part into the solution to goal of anti—shearing,for

just

one

of them will be involved in the part being sheared.

Then we could increase the probability of extracting the fight
as to

watermarking

SO

avoid the 1 ikel i ness decreasing to

zero.

KEY

WORDS:DCT,digital

watermarking,anti—shear,embedding location

北京邮电入学硕。I:学位论文

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弟一早 第一章

引言 j I苗

1.1.

数字水印的研究背景
随着计算机通信技术和互联网的迅速发展,数字多媒体的传播也越来越方便快捷。

互联网中以电子印刷出版、电子广告、数字图书馆、网络视频和音频、电子商务等新的
服务和运营方式为商业、科研、娱乐等带来了巨大的机会。但是另一方面也使得盗版者 能以非常低廉的成本复制及传播未经授权的数字产品内容获得名利等。出于对数字产品 的版权所有者的利益考虑,数字产品的版权所有者迫切需要解决知识产权保护的问题。 然而通过密码学技术对数字产品进行加密后,在所加密的数字内容解密之后,没有有效 的手段来保证其不被非法拷贝、再次传播和盗用【l训。 此外,数字形式的多媒体产品由于可以方便地完全复制并在网络环境下广泛散发, 大范围的侵权拷贝行为受到了音像、出版、影视和软件等行业的高度关注。为了防止这

种情况发生,人们提出了数字水印的概念。
与钞票水印相类似,数字水印技术是将特定的标记,如数字作品的版权所有者、发 行者、购买者、同期、序列号等,利用数字内嵌的方法嵌入到数字图像、音频、视频、 文档等数字产品中,其目的并非为了秘密传送这些信息,而是用以证明创作者对其作品 的所有权,并作为鉴定、起诉非法侵权的证据,同时通过对水印的探测和分析保证数字 信息的完整可靠性,从而成为知识产权和数字多媒体防伪的有效手段【l一¨。 1996年5月,在英国剑桥召丌了第一届国际信息隐藏学术会议(IHW),会议的一个 主要议题就是数字水印技术。此后各种重要的学术会议及学术期刊上不断出现关于数字 水印研究的文章,数字水印丌始成为国际学术界和企业界的一个热门研究领域和发展方 向,逐步得到人们的广泛关注、高度重视和发展【Hl。 数字水印在我国也受到了相当的重视,学术界对于数字水印技术的研究很多,已经 有一批具有相当实力的科研机构投入到这一领域的研究中来。自1999年12月召开了我 国第一届信息隐藏学术研讨会后,各种相关的学术会议不断举办,国家“863"计划、 “973”计划、国家自然科学基金等都对数字水印的研究提供了项目资助。目前我国在 数字水印领域的学术研究水平与世界水平相差不远,但要投入实际应用还有待时同【l-51。 总的说来,由于数字水印的研究要以计算机科学、密码学、通信理论、算法设计和 信号处理等领域的思想和概念为基础,一个数字水印方案一般总是综合利用这些领域的 最新进展,但也无法避免这些领域固有的一些缺点。目前更多的文献足讨论如何设计数 字水印方案或如何攻击数字水印,各种方案或产品还都有着这样或那样的问题,尚缺乏

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有关数字水印的系统理论。可以说数字水印技术还是处于其发展的初期阶段,从理论到

实际应用都还有许多问题尚待解测1-51。
1.2.

已有的数字水印文章
数字水印技术的研究发展目前可分为两代【l制。第一代技术主要研究在保证水印不

可感知性的前提下,提高数字水印对多媒体的一般处理、加噪、有损压缩等攻击的鲁棒 性;第二代技术在第一代的基础上,重点研究了增强数字水印对仿射变换和几何攻击等 的抵抗能力,并提出了一些新的水印技术和方法。例如,M.Kutter等首先提出了第二代 水印技术的概念,并提出了一种基于点特征和二维连续小波变换的水印策略;Pun利用 噪声可见性函数嵌入水印信息,以满足水印的不可见性,并通过离散傅立叶变换和水印 自身的自相关函数来实现水印抵抗几何攻击的鲁棒性。目前的数字图像水印技术主要集
中应用于数字域的版权保护和认证方面。 在视频版权认证方面,Hartung等人提出了参考MPEG.2编码方式,集中于压缩视

频数据的基于直接扩频通信原理的视频水印方法,并针对由于水印嵌入而引起的块效 应,通过_施加一个漂移补偿来解决。Jordan等人提出了将水印嵌入MPEG.2压缩视频数 据中运动补偿策略的运动向量上的方案,由于原始的和包含水印的运动向量非常相似, 因此不会产生任何块效应。但这种方案对于视频数据格式的转换不具有鲁棒性,因为运 动向量信息在格式转换过程中会丢失。当前的视频水印研究主要集中于DVD(Digital
Video

Disc)版权保护和数字广播的控制应用上。

在进~步的应用中,迫切需要可以抵抗旋转、缩放、平移的数字水印技术以及不需
原图像的盲检测,需要检测出的水印有数字、二值图、灰度图和彩色图,这些构成了第 二代数字水印技术。根据数字水印技术的不可感知性和鲁棒性等特点,数字水印会在更 为广阔的领域得到新的应用,如在印刷防伪中的应用。 静上E图像数字水印是目前讨论最多的一种数字水印。数字图像是在网络上广泛流传 的一种多媒体数据,也是经常引起版权纠纷的一类载体。现如今无论是市场上还是网络 上,收费的还是免费的图像处理工具已是多如牛毛,例如我们最常用的Word文档中也

具备肘图片进行剪切等操作能力,更不用提专门用于图像处理的各种处理工具,通过这 些工具人们很容易就可以实现对各种图像的各种处理操作,因此研究针对图像的水印技 术有着很重要的现实意义。 静止图像水印技术在整个水印研究领域中一直占据着主导地位。在过去几年里,大
多数的相关论文都是基于相同的理论基础上进行嵌入方法的改进,即基于DCT变换, 局部的或者整体变换,如文献[5.12]。

最早的基于DCT变换域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
~些分块,在变换域的中频系数上改变,一个三元组以隐减二进制序列信息。选择在中频

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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。另一种分块DCT数字水印算 法则是首先把图像分成8x8的不重叠像块,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DCT

系数中。该算法是通过对选定的DCT系数进行微小变换满足特定的关系,以此来表示
一个比特的信息。 关于数字水印技术算法,除了上述代表性的变换域算法外,还有相当一部分变换域 数字水印方法都是上述算法的改进及发展,如文献[13]提出基于子图像DCT变换的图

像数字水印算法,即把水印嵌入到由图像二次采样获得的子图像变换域中,该算法不需 要原始图像即可提取水印;文献[14]自适应生成水印,每一比特与图像块均值和整幅图
像均值的大小关系有关;文献[15]中提出DCT分块的块尺寸可以不是固定的,可以随 着图像局部特性的变化而变化;文献[16]中利用Voronoi图把原始图像分成几部分,对 各个部分再分别利用分块DCT变换域嵌入算法。

本文研究的内容主要集中在研究基于DCT变换域的针对图像的数字水印嵌入技术
方面,核心着手于如何有效的在DCT变换中频系数中选择嵌入水印的合适位置,从而 实现在满足不可见性的前提下,比一般的DCT变换域数字水印算法在更大程度上提高 图像的抗普通剪切攻击的能力。
1.3.

数字水印的发展前景
尽管在过去的几年中,各种水印算法如雨后春笋般不断涌现,但是数字水印技术仍

然是一个未成熟的研究领域,还有许多问题需要解决,其理论基础依然非常薄弱,大部 分的数字水印算法还只是经验性的。主要有以下几个方面还需努力【l毛刿: [1]对水印系统进行公J下的比较和评价方法。在这方面已经有部分学者有了一些初 步的研究,但缺乏普遍性和原理性,水印系统的脆弱之处无法进行全面测试与衡量; [2]从现实的角度看,水印系统必然要在算法的鲁棒性、水印的嵌入信息量以及不 可见性之间达到一个平衡,这涉及鲁棒性算法的原理性设计、水印的构造模型、水印能 量和容量的理论估计、水印嵌入算法和检测算法的理论研究等方面。如何确定平衡点仍 是一个难题,目前大多数水印算法均利用经验而不是从理论上解决此问题; [3]如何将水印技术与现行国际图像及视频压缩标准(如JPEG2000和MPEG.4)相 结合,以及如何将水印技术应用于DVD工业标准中; [4]所有权的证明问题还没有完全解决。就目前已经出现的很多算法而言,攻击者 完全可以破坏掉图像中的水印或复制出一个理论上存在的“原始图像”,这导致文件所 有者不能令人信服地提供版权归属的有效证据。因此一个好的水印算法应该能够提供完 全没有争议的版权证明,在这方面还需要做很多工作。目前将水印作为版权保护的法律

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证据还不现实;

[5]声频和视频水印的解决方案还不完善,大多数的视频水印算法实际上是将其图 像水印的结果直接应用于视频领域中,而没有考虑视频应用中大数据量以及近乎实时的 特性。从今后的发展上看,水印在包括DVD等数字产品在内的视频和音频领域将有极
为广阔的应用前景。因此如何设计成熟的、合乎国际规范的水印算法仍然悬而未决;

[6]现有水印算法中在原理上有许多雷同之处,但目前国内外的工作尚未能对这些 有内在联系的不同算法中的共性问题进行高度提炼和深入的理论研究,因而缺乏对数字 水印作进一步研究具有指导意义的理论结果。 根据数字水印研究现状分析【卜51,以下几个方面将是今后关于数字水印研究值得关 注的几个方向: (1)视频水印的研究。现在对于数字水印技术的研究主要集中在静态图像方面。 至于音频方面,人们已能建立很好的语言模型,因此相应的水印技术也相对成熟一些。 而在视频方面,虽然目前已有基于动画的水印,但远不如在静态图像中所达到的效果要 好。因此关于视频资源的保护方面是未来数字水印技术的重要应用方向。 (2)数字水印模型的深入研究。对现有的数字水印模型的深入研究,就是要继续 研究不同学科理论在数字水印技术中的应用,建立完善的数字水印技术的理论体系,包 括建立更好的模型,对模型在各种媒体资源中隐藏水印信息的容量的分析,对算法抗攻 击和鲁棒性等性能的分析,以及对数字水印相关的攻击方式的分析研究方法等。水印信
息的不可见性与水印信息容量显然是一对矛盾体,但较好的水印模型能够在满足不可见 性条件下提供更大的水印嵌入容量。不可见性是基于人类视觉系统的标准范畴,数字水 印的信息量与嵌入媒体的特性,如图像媒体的尺寸、纹理等多种因素有关,因此对基于 人类视觉系统的嵌入数据容量的衡量标准的研究是很有意义的。

(3)数字水印的标准化应用研究。数字水印要得到更广泛的应用才能更进一步推
动数字水印技术研发的良性发展。例如数字水印应用于数字内容交易场所,完成数字内

容的版税征收等。如何保证内容提供商的利益是影响数字内容分发业务发展的关键因
素,将数字水印方案作为数字作品电子交易系统的一部分能够很好地满足这种需求。但 必须建立一系列的标准或协议,如加载或插入数字水印的标准、提取或检测数字水印的

标准、数字水印认证的标准等等都是必须的【71。
数字水印技术是一个新兴的研究领域,如今还有许多未触及的研究课题,其应用领 域也在不断扩大,现有技术也需要改进、完善和提高。数字水印作为数字资源的重要的 防伪技术,具有很高的技术含量和很强的生命力,同时也孕育着巨大的商机。随着研究 的不断深入,相信数字水印技术必将有广阔的应用前景弘J。 本文第一章为引言,概述了数字水印技术的产生、定义及i苕景等背景知识;第二章 介绍了针对图像数字水印技术的特点、主要应用领域、分类、典型的算法以及数字水印 技术中常见的一些典型的攻击方式;第三章阐述了实现翠二r.DCT变换域数字水印系统


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这项技术的基本原理和实现方式,更进一步阐明这门技术的核心内容;第四章在第三章 数字水印实现技术的基础上,具体介绍本文提出的提高抗普通剪切攻击能力的数字水印

系统的具体选择和实现过程;第五章将对本文提出的数字水印系统进行各种攻击测试,
实现性能测试过程;第六章显示实验内容的结果,进行最终数据和图形的对比,并进行 详细的分析,对全文进行总结,对实验结果进行概括性的分析,说明本文实验的意义与 发展前景。

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第二章

数字水印技术基础

2.1.

数字水印的特点
数字水印不仅要实现有效的版权保护,而且加入水印后的图像必须与原始图像具有

相同的应用价值,也就是说数字产品不会因为加入了水印而变得不可用。因此,数字水
印主要应具有以下特点【l巧】: [1]不可见性(Invisibility):嵌入水印后的图像不能有视觉质量上的下降,与原始 图像相比人的肉眼很难发现二者的差别。 [2]鲁棒性(Robustness):指经历多种无意或有意的信号处理操作后,数字水印仍

能保持部分完整性并能被准确鉴别出来。可能的信号处理操作包括信道噪声、滤波、数
/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。 [3]安全性(Security):数字水印应该能够抵抗各种蓄意攻击,必须能够唯一地标 识原始图像的相关信息,任何第三方都不能伪造他人的水印信息。

在数字水印技术中,水印的数据容量和鲁棒性构成了一对基本矛盾【5】。从主观上讲,
理想的水印算法应该既能隐藏大量数据,又可以抵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,不过这并不会影响数字水印技术的应用,因为 实际应用一般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, 所以鲁棒性是十分重要的,此时,隐藏数据量的要求居于次要地位。
2.2.

主要的应用领域
多媒体技术的飞速发展干HIntemet的普及带来了一系列政治、经济、军事和文化问题,

产生了许多新的研究热点和应用领域,以下是数字水印技术的主要应用领域【l巧】: [1]版权保护 即数字作品的所有者可用密钥产生一个水印,并将其嵌入原始数据中,然后公丌发 布水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时,所有者即可利用提取装置从盗版 作品或水印版作品中获取水印信号作为依据,从而保护所有者的权益。对这种应用领域 来说,水印技术必须有较好的鲁棒性、安全性、透明性和水印嵌入的不可逆性。 [2]水印指纹技术 为避免未经授权的拷贝制作和发行,出品人可以将不I卅川广l的ID或序列号作为不同



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的水印(指纹)嵌入作品的合法拷贝中。一旦发现未经授权的拷贝,就可以根据此拷贝

所恢复出的指纹来确定它的来源。对这种应用领域来说,水印技术除具有版权保护应用
中的特性外,还必须具有防止串谋攻击,即多拷贝攻击等功能。 [3]标题与注释

即将作品的标题、注释等内容,如一幅相片的拍摄时间和地点等以水印的形式嵌入
到该作品中,这种隐式注释不需要额外的带宽,且不易丢失。 [4]篡改提示

当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时,常常需要确定它们的内容是否被修 改、伪造或特殊处理过。为实现该目的,通常可将原始图像分成多个独立块,再将每个 块中嵌入不同的水印,同时可通过检测每个数据块中的水印信号,来确定作品的完整性。 与其他水印不同的是,这类水印必须是脆弱的,并且检测水印信号时不需要原始数据。
[5]使用控制

一个典型的例子是DVD防拷贝系统,即将水印信息嵌入DVD数据中,这样DVD 播放机即可通过检测DVD数据中的水印信息判断其合法性和可拷贝性,从而保护制造 商的商业利益。
2.3.

数字水印的分类
数字水印技术可以从不同的角度进行划分分类【I.5,71。 [1]按水印的特性划分 按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两类。鲁棒数字水

印主要用于在数字作品中标识著作权信息,如作者、作品序号等,它要求嵌入的水印能
够经受各种常用的编辑处理;脆弱数字水印主要用于完整性保护,与鲁棒水印的要求相

反,脆弱水印必须对信号的改动很敏感,人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否
被篡改过。 [2]按水印所附载的媒体划分 按水印所附载的媒体,我们可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、 文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。随着数字技术的发展,会有更多种类的 数字媒体出现,同时也会产生相应的水印技术。 [3]按水印检测过程划分 按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印和盲水印。明文水印在检测过程 中需要原始数据,而盲水印的检测只需要密钥,不需要原始数据。一般来说,明文水印 的鲁棒性比较强,但其应用受到存储成本的限制。目前学术界研究的数字水印大多数是 盲水印。 [4]按水印内容划分

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按数字水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水 印本身也是某个数字图像(如商标图像)或数字音频片段的编码;无意义水印则只对应 于一个序列号。有意义水印的优势在于,如果由于受到攻击或其他原因致使解码后的水 印破损,人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。但对于无意义水印来说,如果解 码后的水印序列有若干码元错误,则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。 [5]按用途划分 不同的应用需求造就了不同的水印技术。按水印的用途,我们可以将数字水印划分 为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。 票据防伪水印是一类比较特殊的水印,主要用于打印票据和电子票据的防伪。一般

来说,伪币的制造者不可能对票据图像进行过多的修改,所以,诸如尺度变换等信号编
辑操作是不用考虑的。但另一方面,人们必须考虑票据破损、图案模糊等情形,而且考 虑到快速检测的要求,用于票据防伪的数字水印算法不能太复杂。 版权标识水印是目前研究最多的一类水印。数字作品既是商品又是知识作品,这种 双重性决定了版权标识水印主要强调隐蔽性和鲁棒性,而对数据量的要求相对较小。 篡改提示水印是一种脆弱水印,其目的是标识宿主信号的完整性和真实性。 隐蔽标识水印的目的是将保密数据的重要标注隐藏起来,限制非法用户对保密数据 的使用。 [6]按水印隐藏的位置划分为: 时/空域数字水印:在信号空间中加载水印信息。 频域数字水印:在DCT变换域中加载水印信息。 时/频域数字水印:在时/频变换域中加载水印信息。 时间/尺度域数字水印:在小波变换域中加载水印信息。 [7]按水印的外观划分为:可见水印,半透明水印和透明水印。 E8]从水印提取的公开性划分为: 私有水印:水印只能被特定密钥持有人提取或检测。 公开水印:水印可以被公众提取或检测。 [9]从嵌入或提取水印所使用密钥的形式划分为: 对称水印:水印的嵌入和提取或者检测使用相同的密钥。 非对称水印:水印的嵌入和提取或者检测使用不同的密钥。
2.4.

数字水印技术的典型算法
数字水印系统算法主要可以分为时/空域、变换域和压缩域三种【卜6】: [1]时/空域水印算法 早期的数字水印算法从本质上来说都属于此类,具有算法简单、速度快,容易实现



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的优点。但鲁棒性不高,且能够嵌入的水印信息量不多,现在这类算法已多用于脆弱水
印技术。

[2]变换域水印算法 变换域算法是在对原始载体图像进行各种变换后的基础上嵌入水印信息,相较于空 间域水印算法,变换域算法中水印信号能量可分布到所有像素上,可以嵌入大量比特的 数据而不会被肉眼所察觉,有利于保证水印的不可见性;可以较方便地结合人类视觉系
统(HVS,Human
Visual

System),有利于提高鲁棒性。因此,变换域数字水印算法是

当今水印技术研究的主流。 常用的变换域主要包括离散余弦变换(DCT),离散傅立叶变换(DFT,Discrete
Fourier

Transform)和离散小波变换(DWT,Discrete Wavelet transform)等。

[3]压缩域水印算法 压缩域水印处理是指在JPEG域、MPEG域、VQ压缩域和分形压缩域内进行的水 印处理。这类算法对相应的压缩攻击直接具有较好的鲁棒性。 目前比较典型的算法有:最低有效位算法(LSB),Patchwork算法,纹理块映射编 码,文本微调算法和直接序列扩频水印算法等。 LSB是国际上最早提出的数字水印算法,是一种典型的空间域信息隐藏算法,它可
以隐藏较多的信息,但当受到各种攻击后水印很容易被移去。

Patchwork算法:是麻省理工学院媒体实验室提出的一种数字水印算法,主要用于
打印票据的防伪,其缺陷是所隐含的数据量较少,对仿射变换敏感。

基于DCT的频域水印算法是目前研究最多的算法,它具有鲁棒性强、隐蔽性好等 特点,并可以与JPEG、MPEG等压缩标准的核心算法相结合,较好地抵抗有损压缩。
扩展频谱方法是扩频通信技术在数字水印中的应用,其特点是应用一般的滤波手段

无法消除水印。
对于小波变换算法,已有一些学者研究了在小波域中隐藏数字水印信息的算法,并 取得了较好的效果。
2.5.

数字水印的典型攻击
水印攻击,即通过干扰图像给水印提取造成困难。根据水印攻击原理不同,可以将

其分为三种类型【I刮: [1]实体攻击:主要是指通过对水印作品本身进行操作而达到破坏水印的攻击方法。

通常,这种操作包括对图像水印作品的旋转、打印/扫描、颜色的改变,对文本水印作
品的增加、修改,对音频水印作品的数/模转换等处理,如常见的StirMark攻击。 [2]算法攻击:这种类型的攻击并不直接针对水印作品进行操作,而是首先分析水 EIJ嵌入算法的不足,然后通过有针对性地对水印作品进行修改来使得水印无法检测,或

lO

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直接通过穷举水印嵌入密钥来找到水印嵌入位置,并将其去除。嵌入算法的不足通常有 水印嵌入位置的局限性、密钥空间的有限性等,如常见的共谋攻击。 [3]策略攻击:这是所有水印攻击方法中最为狡猾的一种攻击方法,它并不像前两 类那样试图去除水印或者造成水印的检测出错,而是通过重嵌入水印来置疑原水印信息 的可信性,进而造成版权解释的混乱,以达到攻击目的,如IBM攻击。

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第三章

数字水印系统的基本原理

3.1.

数字水印系统的基本模型

数字水印,是指用信号处理的方法在数字多媒体数据中嵌入隐蔽的标记,这种标记 通常是不可见的,只能通过专用的检测器或阅读器提取。数字水印的基本思想是利用人 类感觉器官的不敏感,以及数字信号本身存在的冗余,在图像、音频和视频等数字产品

中嵌入秘密的信息以便记录其版权,同时嵌入的信息能够抵抗一些攻击而生存下来,以
达到版权认证和保护的功能【l-3】。数字水印信息嵌入产品后并不改变数字产品的基本特 性和使用价值。 一个完整的数字水印系统应包含三个基本部分:水印的生成、水印的嵌入和水印的 提取或检测。水印嵌入算法利用对称密钥或公开密钥实现把水印嵌入到原始载体信息中 得到隐秘载体。水印检测/提取算法利用相应的密钥从隐蔽载体中检测或恢复出水印。 没有解密密钥,攻击者很难从隐秘载体中发现和修改水印信息。数字水印的嵌入和提取 框图如下图3.1所示。

-I原始水印矽



数字载体,f一.:




水印嵌入算法,



- ● ●

编码密钥K

相 1,有水印 O,无水印

●__

关 检





含水印的数字产品


1L






r.一I口^M水EJ]提取算法Dn女-r,j解码罾铡K’

1L
提取水印驴
图3.1数字水印技术的一般流程图嘲 上图表示的即为数字水Ep技术的一般流程情况,其中K是密钥。提取出水印信号后 对提取的水印与原始水印做相关检测,可以输出一个O一1决策,从而判断水Ep的有无或 判断两者的相关度大小。设C为相关检测函数,d为决策阈值,则有公式‘4l

c(哪‘驯=E纛

加钔

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3.2.

图像的存储格式
图像的基本类型有很多种,有熟为人知的BMP,JPG,JPEG,PNG,GIF等,这罩研究

主要使用的是BMP与JPG格式的图像。

图像又根据图像调色板的存在方式及矩阵数值与象素颜色之间的对应关系分为二 值图像、索引图像、灰度图像、RGB图像、图像类型。不同类型的图像间可以根据一 定的方法进行相互的转换,并且这些图像可以在MATLAB系统中以矩阵的方式表示出 来,然后对它们进行各种图像处理操作。
3.3.

数字水印的生成
数字水印的形式有很多种,大致上经常使用的有0-1比特序列水印与图像水印。
3.3.1.0.1比特序列水印

产生0.1比特序列水印采用的是混沌现象,这是在非线性动力系统中出现的确定性 的、类似随机的过程,这种过程既非周期又不收敛,并且对初始值有极其敏感的依赖性。 参考文献[17]中提出了一个具有良好随机统计特性的一维非线性混沌映射,由它生成的 混沌序列为某一区域上的整数值混沌序列,具有随机性且对初始值极其敏感,其定义为

‰刮咖“端黜训胚l<x桕k<a
其中,而∈{l,2,3,o


…,
式(3-3)

m),参数a E(1,2,3,…,m),fz7和I.zJ分别

表示不大于Z的最大整数和不小于Z的最小整数。混沌映射经过n次迭代后形成新混

沌映射,即

以+I=r(屯)

当给定初始值而,参数a、nl的值和迭代次数刀的值就可以确定由混沌系统生成的

混沌序列:{‘。恐川为m;七=o,1,2,3,…}。初始值而作为密钥可以提高水印的安全性。产
生水印的参考模板图像w是大小为RX S的L比特灰度图像。利用产生的混沌序列再通 过下列公式可从参考模板中产生水印信号 ‘=屯t rood R 五=毛¨mod


式(3-4)

厶=屯t+2

mod L

通过一次计算就可以从参考模板中的(‘,^,厶)位置,即坐标为(ik^)、灰度为厶处
得到…个比特0或l。重复多次计算即可得到一个由0、l构成的比特序列,该比特序列 即为水印信号∥’。

14

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3.3.2.

图像水印

另一种方法是使用图像作为水印信息。使用图像水印的一般做法是将该图像按像素 提取转化为一维数组,然后对其使用密钥进行加密,密钥一般采用MATLAB程序自带 的随机数组产生工具生成的伪随机序列作为嵌入图像的水印信号的产生密钥。 本文使用二值图像的亮度取值作为控制位进行水印信息的嵌入。在MATLAB中, 二值图像可以转化为二维数组,水印图像中每一个像素的颜色值由水印控制码即该矩阵 中的一位控制。当水印控制码中的位值为O时,对应的图像块为黑色;水印控制码中的 位值为1时,对应的图像块为白色。 伪随机序列的产生可直接由MATLAB自带工具函数生成,自动产生指定长度的双 精度型伪随机序列。
3.4.

离散余弦变换(DCT)
DCT是一种与傅立叶变换紧密相关的数学运算。在傅立叶级数展开式中,若展开的

函数是实偶函数,那么其傅立叶级数中只包含余弦项,将其离散化可导出余弦变换,因 此称之为离散余弦变换。其实质是一种实数域变换,计算速度较快。离散余弦变换是数 字图像处理和信号处理中常用的一种变换,具有压缩比高、误码率小、信息集中能力和

计算复杂性综合效果好等优点【卜51。
实验中使用的是分块二维离散余弦变换,下面主要介绍二维离散余弦变换原理【卜51。 一个MxN的矩阵A的二维DCT定义为【l巧1

翰=apa。萋篓,4一COS鼍产cosln'(2nr+1)q
0≤P≤M一1,0≤q≤N—l 其中,at,=

式(3-5)

击∥。

陆删

后胚删_l,嘞2晦郇州
2M
2N

数值如称为矩阵A的DCT系数。
逆离散余弦变换的定义为式【1.5】
M—lⅣ一I

amn=E EapagB只,cos
p=0 q=0

式(3-6)

0≤m≤M一1.0≤n≤N—l DCT逆变换的方程可以理解为:任意M×N的矩阵A都可以写成由M×N个下面式 (3-7)的加权组合

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删跏。s鼍产cos鼍≯
0≤P≤M-1.0≤q≤N一1

这些函数称为DCT的基本函数。DCT系数翰可以看成是用于每一个函数的加权值。
由于采用分块DCT的方法,因此给出分块DCT变换矩阵的概念【l-5】。MXN变换矩阵T由
式(3.8)给出

%=
,I_ - J‘l●_ I■L

_1面居 cos挲,1≤P≤M—l,o≤g≤M一1
2M
’ ’

,P=O,0≤q≤M-1



对于一个M×N矩阵A,T×A是一个M×N矩阵,该矩阵的列包含矩阵A的列的一维
DCT系数。矩阵A的二维DCT可以通过计算B_T×A×T’来获得。由于矩阵T是一个实

标准正交矩阵,所以离散余弦逆变换的形式与其DCT变换的形式一致。因此,矩阵B的 二维逆DCT由T’×A×T给出,实验程序中使用的也是这种变换方法。
图像经过离散余弦变换后得到的DCT系数都有着明确的物理意义,譬如8 图像数据块经DCT变换后变成8
X X

8的二维

8个变换系数,坐标为(O,O)的系数是原64个样值的平

均,相当于直流分量。随着横坐标和纵坐标增加的同时,相应系数分别代表逐步增加的 水平空间频率和垂直空间频率分量的大小[5】。 图像的频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标,是灰度在平面空间上的梯度。 所以从物理效果看,离散余弦变换可以看成是将图像从空间域转换到频率域,其逆变换 是将图像从频率域转换到空间域。换句话说,离散余弦变换的物理意义是将图像的灰度
分布函数变换为图像的频率分布函数,离散余弦逆变换是将图像的频率分布函数变换为

灰度分布函数。我们在得到了这些系数之后,就可以根据需要来对图像进行操作,例如
压缩和嵌入水印等等,而这些操作与直接在空间域罩进行的操作相比要更有好处。首先,

在变换域里视频图像要比空间域罩简单;其次,视频图像的相关性明显下降,信号的能 量主要集中在少数几个变换系数上,因此我们可以根据不同的需要来选择相应的系数进
行操作。实验中主要是选用了DCT系数中的中频系数进行了水印信息的嵌入操作。
3.5.

数字水印的嵌入方式
根据各种参考资料显示【卜6】,在数字水印系统中有两种常用的水印嵌入公式,分别

为加性嵌入和乘性嵌入方式

,二”:巧帕孥,、 K”=¨(1+口彬)

式(3-9)


其中,形,掣’分别表示载体图像像素和嵌入水印的图像像素:所为水印信号分量,

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0≤i≤k;t;t为嵌入强度因子。为了保证在水印不可见的前提下,尽可能提高嵌入水印 的强度,口取值的选择必须考虑嵌入载体的性质和视觉系统的特性。 在JPEG载体图像中,通过与视觉特性相结合的图像亮度量化表各嵌入位置不同嵌 入强度,使量化步长较小元素的嵌入强度比量化步长较大的要大。引入第k个子块的强

度因子参数%,q(u,1,)为JPEG量化表中的量化步长,则频率(“,y)强度为 口。(“,y)=%/g(“,y)。
口取值可由多次实验根据结果来调整确定,也可采取区间自适应调节方法。 口的取值直接影响到嵌入水印后图像的视觉质量,并且也关系到嵌入水印是否易于

检测提取与抵抗各种攻击的能力。口值越大嵌入的水印越深,水印的鲁棒性越好,可见
性越差,即水印图像有明显的失真,产生块效应,也就没有什么使用价值了;如果嵌入 强度因子过小,虽然此时嵌入水印的图像和原始公开图像相似度非常高,但水印的鲁棒 性很差,在经历一些图像处理时容易被去掉,所以口取值必须大小适合,才能兼顾图像 的不可见性与鲁棒性各方面的特性。 调节口取值时需要对图像质量进行评价。传统的客观图像质量评价方法,如峰值信 噪比(PSNR,Power
Signal.to.Noise

Ratio)、均方误差(MSE,Mean

Square

Error)等通过

像素间的差值判别图像质量的优劣,由于不符合人的主观感受表现,因此不能有效地直 观地评估图像失真,但仍有一定的借鉴意义。 根据文献[18],可以用下面的方法进行评价含水印图像的质量: [1]设含水印图像块质量为Q,期望达到的图像失真阈值为T0,必须满足条件

lQ—Tol<£
即要求Q尽量接近于T0,£为一个较小的数。若当前计算的Q满足上述不等式即 为所求,进行步骤[4]。 [2]若Q>To,则嵌入强度还不够大,调整口放大其取值,并返回步骤[1]。 [3]若Q<To,则嵌入强度过大导致图像失真较大,调整口,缩小其取值,并返回 步骤[1]。 [4]输出满足条件的含水印的图像块。 更一般的,省时省力的图像评价方式即为直接用肉眼观察,以满足人类的可接受、 可容忍度为宜。这样,就没有一个很精确的或者是唯一的标准。但是,在多数人可以接 受的范围内,只要嵌入水印后的图像的变换未超出人类的容忍限度即可。此方法的操作 性简单而且快捷,对于像本文这样的最初算法的探索方面的研究来说,是一个很不错的 评价方式。

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3.6.

数字水印的检N/提取
在数字水印系统中,可以通过一定的手段判断某对象中是否存在水印,称之为水印

的检测;水印也可以被精确地抽取出来,这一过程通常被称为水印的提取。但是通常两
者意义互通,没有很明确的划分界限。我们可以通过所提取出的水印的完整性来确认多

媒体数据的完整性。如果提取出的水印部分发生了变化,最好的情况是能够通过发生变 化的水印部分确定原始数据被篡改的位置。 水印的检N/提取一般基于该水印嵌入时使用的嵌入算法,不同的嵌入方法使用不 同的检测与提取方法。检测水印有两种基本模型,使用原始图像检测水印模型和不使用 原始图像检测的水印模型,即盲检测水印模型。无论哪种模型都需要了解数字水印嵌入 时采用的一些重要的参数及嵌入位置等内容信息,才能完整地检测并提取出水印图像。 本文中采取不需要原始图像进而提取出数字水印信息的盲检测水印算法。此检测算 法大致可分为下面三个步骤: (1)对接收到的嵌入水印后的图像进行与嵌入时同样尺寸分块的分块二维DCT变换。 (2)从变换后的嵌入水印图像中以嵌入算法的逆方法提取出分块中各个指定像素点
系数组成一个序列,。 (3)分别检测出尸.和嵌入时所用的两个随机序列露,只的相关性,根据相关系数大

小判断出嵌入时使用的是哪个随机序列,进而判断出当时嵌入过程中决定此随机序列的 二值图像水印的像素点的值。重复进行该过程确定出水印图像所有像素点的值后,将其
转化为提取出的二维水印图像,整个提取过程完成。 水印检测中采用的相关检测技术,具体原理如下【撙】。 当我们得到了可提取的待测试序列


K—l

尸.={Z,0≤i<n}=Y E





七墨O



式(3—10)

然后进行相似度计算。定义被恢复出的水印信号和原始水印信号的相似程度为
。I

p(尸‘,P)=∑(薯,?薯)/、[2Cx;i2
i=0

l‘:■_

i=0

式(3-11)



计算出异,只分别确定的岛,岛值即可。

另外,根据相似度的值可判断图像中是否含有水印信号和什么样的水印信号,从而
达到版权保护的目的。判定准则为:事先设定阈值T,若P>T,可以判定被测图像中 含有水印,否则没有水印。阂值的选择要同时考虑虚警概率和漏警概率【19】。虚警概率是 指待测图像中不包含水印,而检测器输出结果却表明含有水印的概率;漏警概率是指待 测图像中包含水印,而检测器输出结果却表明不含有水印的概率。T减小,则漏警概率 降低而虚警概率提高;T增大,则虚警概率降低而漏警概率提高。若两者不相关,P>T 的概率等于具有高斯分和的随机变量超过其均值倍方差的概率。

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第四章

数字水印系统的实现

数字水印是指用信号处理的方法在数字多媒体数据中嵌入隐蔽的标记,这种标记通 常是不可见的,只能通过专用的检测器或阅读器提取。数字水印的基本思想是利用人类 感觉器官的不敏感,以及数字信号本身存在的冗余,在图像、音频和视频等数字产品中 嵌入秘密的信息以便记录其版权,同时嵌入的信息能够抵抗一些攻击而生存下来,以达 到版权认证和保护的功能【14】。数字水印并不改变数字产品的基本特性和使用价值。 一个完整的数字水印系统应包含三个基本部分:水印的生成、水印的嵌入和水印的

提取或检测。水印嵌入算法利用对称密钥或公开密钥实现把水印嵌入到原始载体信息 中,得到隐秘载体。水印检N/提取算法利用相应的密钥从隐蔽载体中检测或恢复出水
印信息,没有解密密钥攻击者很难从隐秘载体中发现和修改水印。 由数字水印基础知识,本文所采用的数字水印系统的基本框架如下面内容所述。
4.1.

工作环境
系统环境:Windows XP 编程环境:Matlab
Profession

R2007b 3000+1.81GHz

处理器:AMD Athlon 内存值:1
4.2.
GB

水印图像和载体图像的选取
根据市面上的各种资料和资源可以看到,一般静态图像的基本类型有很多种,诸如

BMP,JPG,JPEG,PNG,GIF等,这里图像研究使用的主要是熟为人知的BMP与JPG格 式的图像。又根据图像调色板的存在方式及矩阵数值与象素颜色之间的对应关系,图像 分为二值图像、索引图像、灰度图像、RGB图像等图像类型,不同的图像之间可以根 据一定的原理方法进行相互转换。这些图像在MATLAB系统中可以很方便的以矩阵的 方式表示出来,然后对它们进行各种图像处理。 本文采用传统的客观图像质量评价方法,如峰值信噪比(PSNR),结合直接用肉眼 观察的方式来表现新算法的有效性。考虑到算法的复杂性,实现的简易性,以及算法实 现效果的辨别容易性,本文选取JPG格式的512x512经典lenab(度图像作为数字水印的原 始载体图像,专门制作的64x64的BMP格式的二值图像mark作为水印图像。

19

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4.3.

水印的生成
本文使用二值图像作为图像水印,用图像水印中各个像素值的亮度取值作为控制位

对水印信息进行嵌入操作。将该图像按像素提取转化为一维数组,采用MATLAB程序

自带的随机数组产生工具生成的伪随机序列作为与嵌入图像相应的序列信号。 其中,当二值图像mark中的控制位为0值时,对应的嵌入信息为1×8的矩阵kl, 当二值图像mark中的控制位为l值时,对应的嵌入信息为1×8的矩阵l【2。通过不断的 对系统随机产生的伪随机序列进行试验验证,取得了如下kl和l(2值。当k1和l【2为如 下取值时,数字水印的整体嵌入效果最好,即
kl=[.1.0811.1.1245
1.7357 1.9375

1.6351.1.2559.0.2135.0.1989];
1.082 1 2.3726

k2=[0.3075.0.5723.0.9776.0.4468

0.2293.0.2666]。

k1和1【2两个伪随机序列的相关系数为.0.3627。 我们的目的是测试新的数字水印嵌入算法的有效性,所以在后面的试验过程中,使 用这两个“固定的”伪随机序列进行算法的测试,以获得相同的测试条件下对嵌入强度 因子口取值的不同范围下新水印嵌入算法的效果进行比较。
4.4.

水印嵌入位置的选择
变换域水印处理是对原始载体进行各种各样的频域变换后嵌入水印,可以嵌入大量

比特的数据而不会导致被肉眼察觉。本文采用的算法即为离散余弦变换(DCT)。 考虑到人的视觉系统(HVS)的特性,在保证不可见性的前提下,该特性在具有不 同局部性质的区域允许叠加的信号强度不同。所以,可以把原始图像进行分块,以便叠 加不同强度的水印分量。对于平均灰度较高和纹理复杂的图像块,HVS对其中像素取值 的改变敏感性最弱,叠加的水印分量的强度应最强;对于平均灰度较低且变化较平滑的 图像块,HVS对其中象素取值的改变较为敏感,叠加的水印分量的强度应最弱。所以可 以对原始灰度图像按照大小进行分块,然后对每一块进行DCT变换。因此,在对图像
进行必要的预先处理之后,对原始载体图像进行不重叠的8x8分块DCT变换,操作函 数使用MATLAB环境已经提供的分块DCT变换函数。

~个图像DCT变换域的低频系数集中了信号大部分能量,且水印嵌于此有较强的 稳健性,但是人类的视觉系统对低频信息部分的噪声相对敏感。水印嵌入高频系数有利 于提高不可见性,但是水印信息很容易因量化等图像处理而丢失。直流系数代表了块的
平均亮度,对它的改变容易导致分块效应。 根据大量的参考文献有,插入一个水印后,在中频段中出现的原始图像的歪曲程度 比其他情况下效果要好的多。在JPEG压缩攻击中,在低频段中插入的水印表现出来得 性能最好;在噪声干扰攻击中,各频段的表现没有很大的差异,但是住互相关性方面, 中频段的提取效果表现要好于其他频段:而在对比度改变的攻击中,高频段与中频段比
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低频段显示出更好的效果。 通过以上信息看出,在高频或者低频信号中嵌入水印在一些特定的攻击情况下是脆 弱的,但是在中频段中嵌入的水印在大多数的攻击情况下都可以显示出其良好的性能。 因此将水印嵌入在这些中频信号分量上,可获得较好的鲁棒性,而且当水印信号相对于 宿主信号较小时,还可以保证其不可见性的满足。所以,本实验所采用的数字水印嵌入 位置如下图4.1所示:





囫 囵

囹 囹

图4.1水印嵌入位置的选择
4.5.

水印的嵌入方式
根据各种参考资料显示,在数字水印系统中有两种常用的水印嵌入公式,分别为加

性嵌入和乘性嵌入方式。为了保证在水印不可见的前提下尽可能提高嵌入水印的强度, 嵌入强度因子口取值的选择必须考虑载体图片的性质和视觉系统的特性。 本文使用BMP水印图像和加性嵌入方式,并且为了简化处理,采用手动调节的固 定取值的嵌入强度因子口。口的取值直接影响到嵌入水印后图像的视觉质量,并且也关 系到嵌入水印是否易于检测提取与抵抗各种攻击的能力。口值越大嵌入的水印越深,水 印的鲁棒性越好,可见性越差,即水印图像有明显的失真,产生块效应,也就没有什么 使用价值了;如果嵌入强度冈子过小,虽然此时嵌入水印的图像和原始公丌图像相似度 非常高,但水印的鲁棒性很差,在经历一些图像处理时容易被去掉,所以口取值必须大 小适合,才能兼顾图像的不可见性与鲁棒性各方面的特性。
4.6.

新算法分析
现如今,无论是市场上还是网络上,收费的还是免费的图像处理工具已是多如牛毛,

例如我们最常用的Word文档中也具备对各种静态图片进行各种常见的剪切等操作能力, 更不用提多种多样的专门用于图像处理的专业或者是商用图片处理j[I具,通过应用这些 图片处理_I:具,人们很容易就可以实现对各种图像的多种处理操作。之于市面上所有这

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些常见的剪切行为。对于这些无论是合法的,还是非法的剪切操作,从软件商家信誉的 角度或者是从保护图片所有者权益的角度来说,找到一种根不错的想法对静奄图片所有 者的权益进行维护都是必要而有用的,因此图片数字水印技术应用而生。 对于大多数数字水印算法而言,在进行数字水印提取时都需要首先确定嵌入水印信 息的位置,而一些像剪切这样的数字水印攻击,通过改变实体图像使得提出的嵌入的水 印位置信息错误,从而可以很容易地使水印算法在水印提取时失败。所以,本文最初的 出发点即为提高图像的抗普通剪切攻击的能力。 一般来说,最常见到的剪切方式有以下几种:对图片的单边进行剪切、对图片的相 邻两边进行同时剪切以及对图像中的某部分区域进行剪切。这是最常使用的三种剪切方 式.如下图4.2所示,原始图像为第一幅图,单边剪切后效果图。相邻边同时剪切效果 图以及对图片中部分区域进行剪切的效果图,剪切掉Lena的帽顶部分。

原始载体图像

单适剪切

相郜遗剪切

部分区域剪切

田40常见的剪切攻击捧作

首先,可以大致把图片分为四个方向:上、下、左和右。考虑孤第一种和第二种图 片剪切情况,在选择嵌入水印时,可以考虑增加图片各个DCT身"块中所嵌入水印之问的 相关性,从而在图片有被剪切攻击的情况发生时.至少在提取嵌入水印的数据时J下确提 取出水印信息的可能性不是直接降为零的。这种情况下,如果采用在选择水印信息的嵌 入位置时,分别从8个DCT分块中各挑出一个嵌入位得到共8个嵌入位用来嵌入一个数字 水印比特位的方式嵌入水印,通过编程验证此种算法发现,算法的效果没有明显的改善,

相对于每个D洲}块中嵌入一比特水印信息的基本嵌入算法.这种算法在出现单边或相
邻两边同时进行剪切攻击时,同样出现了在恢复水印数据时的J下确提取水印信息的可能 性直接降为零的情况。说明,这种算法还有待改进。 另外,再考虑到第三种剪切的情况。第三种剪切情况一般都是对某一个较完整的物 体进行剪切。根据常规,一般某一物体的数据在图片中都是成片连续的而且遵循地球引 力的条件下,物体的数据都是遵循直上直下的或者是连续成片的,这就可以考虑使得 (上,左)部分和(下,右)部分进行帽关,(上,右)部分和(下,左)部分进行相 关。因为在普通的对图片中某一个较完整的物体进行剪切处理时,最大的可能性是(上, 左)部分和(下,右)部分或者(上,右)部分和(下,左)部分只有其中一部分会最 大可能性的被涉及到被剪切的区域中,我们根据剩下区域中相关的水印信息就可以提高

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提取到原始水印信息的概率和准确度,而不是直接可能性降为零。 根据上面的分析,仍然考虑增加图片各个DCT分块中所嵌入水印之间的相关性。既 然在普通剪切行为发生时,最大的可能性是(上,左)部分和(下,右)部分或者(上, 右)部分和(下,左)部分只有其中一部分会被最大可能性的被涉及到被剪切的区域中, 那么可以考虑在水印嵌入时使得(上,左)部分和(下,右)部分进行相关,(上,右)

部分和(下,左)部分进行相关。 算法设计:一般情况下,剪切行为涉及到的图片部分的大小不会正好是剪切掉图片 的1/4或者是剪切掉图片的1/8,考虑到算法的复杂度和实际情况,把512x512的原始载体
图像整体平均分成互不重叠的4x4分块,仍使用图片的四个方向:上、下、左和右,每 个方向上有(512/4)/2=64个大的矩形分块,分别根据从上到下或从左到右的顺序进行

编号为l、2、3、4……。这样每个矩形分块可以采用如下方式表示:如可以通过(上1,
左1)这样的标识表示图片的最上面靠左边的第一块4x4分块区域, (上2)表示上方向

上的所有左右两个方向上的第二条4x512的图片矩形区域,(上2,右)表示上方向的所 有右边区域的第二条4x256的图片矩形区域。这样,新算法要在数字水印嵌入时,使得 (上l,左)与(下2,右)区域中共同嵌入数字水印信息, 区域中共同嵌入数字水印信息, (上3,左)与(下4,右)

(上5,左)与(下6,右)区域中共同嵌入数字水印信

息等,而(下1,右)与(上2,左)区域中共同嵌入数字水印信息,以此类推。结合DCT 变换特性,具体的,即在由(上l,左1), (上l,左2)(下2,右1)和(下2,右2)

四个4x4分块共同组成的8x8分块的DCT中频系数中共同嵌入比特水印信息,在由(上1, 左3),

(上l,左4)(下2,右3)和(下2,右4)四个4×4分块共同组成的8×8分块的

DCT中频系数中共同嵌入下一对应的比特水印信息,依此类推。同理依次推得(上,右) 区域与(下,左)区域的水印嵌入关系。 要想算法更加的细致,可以把4x4分块改为更小的分块进行数字水印的嵌入操作。 原则上来说,本文提出的方法是数字水印技术中空间域与变换域算法的结合,从而 达到提高抗普通形式剪切攻击能力的目的。
4.7.

水印的检N/提取
水印的检N/提取一般基于该水印嵌入时使用的嵌入算法,不同的嵌入方法使用不

同的检测与提取方法。检测水印有两种基本模型,使用原始图像检测水印模型和不使用 原始图像检测的水印模型,即盲检测水印模型。无论哪种模型都需要了解数字水印嵌入 时采用的一些重要的参数及嵌入位置等内容信息,才能完整地检测并提取出水印图像。 本文中采取不需要原始图像进而提取出数字水印信息的盲检测水印算法。此检测算 法大致可分为下面三个步骤: (1)对接收到的嵌入水印后图像进行与嵌入时同样尺寸分块的分块二维DCT变换。

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(2)从变换后的嵌入水印图像中以嵌入算法的逆方法提取出分块中各个指定象素点 系数组成一个序列P‘。 (3)分别检测,和嵌入时产生的两个随机序列kl,l(2的相关性,根据相关系数大小

判断出嵌入时使用的是哪个随机序列,进而判断出当时嵌入过程中决定此随机序列的二 值图像水印的象素点的值。重复进行该过程确定出水印图像所有象素点的值后,将其转 化为提取出的二维水印图像,整个提取过程完成。 具体的数字水印提取过程为:将嵌入水印后的图像进行8x8分块DCT变换,然后 根据从嵌入位置上提取的数据组成的序列与嵌入水印时所使用的随机序列k1和l(2进行 相关检测,从而确定每个DCT分块所对应的原始水印图像的亮度信息,从而实现对数 字水印图像信息的确定。
4.8.

最终水印系统的具体实现
在上述分析的基础上,确定本文实验的图片数字水印系统的最终实现过程为:
根据512×512载体图像的规格自己制作64×64相应尺寸的二值水印图像,使水印图

像中的每一个像素点对应一个载体图像中的8×8分块,水印图像中的每一个像素点的 取值对应一个相应的1×8的矩阵,即像素点的取值0和1分别对应伪随机序列k1和l(2。 当二值图像mark中的控制位为O值时,对应的嵌入信息为1×8的矩阵k1,当二值图像 mark中的控制位为l值时,对应的嵌入信息为1×8的矩阵l(2。 对载体图像进行8×8的分块离散余弦变换,再根据本文提出的新算法方法调整经
过DCT变换后载体图片的各个离散余弦系数的位置,然后,在调整后图像的每个连续 的8 X 8变换系数中选取位于中频位置的8个系数,把由像素点取值决定的伪随机序列

k1或者l(2逐元素乘以嵌入强度系数,然后与所选取的载体图像的中频系数进行相加, 从而实现水印信息的嵌入过程。最后还原原始图片像素位置,再进行逆离散余弦变换,
即实现整个图片数字水印信息的嵌入操作。 提取操作与嵌入操作的实现过程为互逆操作。因为本文中采取不需要原始图像进而 提取m数字水印信息的盲检测水印算法,所以最终的数字水印信息提取过程即为:

将嵌入水印后的图像进行8×8分块DCT变换,然后根据新算法调整图像的各个DCT
系数的位置,从嵌入位置上提取出数据信息组成序列,将该序列与嵌入水印时所使用的 伪随机序列k1和1(2进行相关检测,从而确定每个DCT分块所对应的原始水印图像的 亮度信息,即确定原始水印图像像素的取值为0或1,从而实现对数字水印图像信息的 确定。最后进行数据的比较和分析工作。

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第五章

数字水印系统的性能测试

根据前面章节中提到的数字水印的三大特点不可见性、鲁棒性和安全性,对实现的 水印系统也着重从以上三个方面进行测试。其中,不可见性主要是通过肉眼条件下对比 原始图像和嵌入了水印后的图像之间来辨别嵌入的水印是否能够被察觉到;安全性方面
在实验中主要是体现在对水印信息图像进行的嵌入位置选择的操作上;鲁棒性方面主要

是对嵌入水印信息后的图像使用相关攻击函数,从提取水印的效果上来讨论的。
数字水印的性能评价除了基于人的视觉以外,还有传统的基于计算机处理的评价, 包括相关性性能和信噪比性能。 本文采用传统的客观图像质量评价方法,如载体图像与含水印图像峰值信噪比 (PSNR)和从含水印图像中提取出来的水印图像和原始图像的相关性,即互相关系数 (NC),通过像素间的差值判别图像质量的优劣。 载体图像与含水印图像峰值信噪比(PSNR)是用来评价图像的质量的,一般其值 越大表示图像质量越好。如果嵌入强度因子口值逐渐增大时PSNR值逐渐减小,即表示 图像质量越差,这与人的视觉效果是一致的。 互相关系数(NC)可以判断出从嵌入水印图像中提取出来的水印图像的质量,即 是否偏离原始水印图像。NC值越大越接近到1时表示两者之间的相似度越高。如果嵌 入强度因子口值越大时NC值越大,即表示原始水印图像与提取出的水印图像的相似度 越高。 因为我们采用的是图像水印,所以可以借助肉眼来轻易地识别出提取出的数字水印 图像是否达到基本可以辨识的地步,即本文结合使用的更一般的省时省力的图像评价方 式,即直接用肉眼观察,以满足人类的可接受、可容忍度为宜。 之所以采用两种不同的方式对新算法进行评价,就是在简单、直观地说明新算法以 满足一般人评价效果的同时,配以可信的数字结果作为佐证,进行说明新算法的有效性。 这样,既可以一定程度上克服肉日醍观察带米的没有一个很精确的或者是唯一的标准的问 题,又可以结合肉眼观察操作的简单性和快捷性,对于像本文这样的最初算法的探索方 面的研究来说,是一个很不错的方式。 通过各种攻击实验来实现数字水印系统的性能检测。水印攻击就是通过干扰图像信 息,给水印提取或检测造成凼难的行为。本文的出发点即为提高图像的抗普通剪切的能 力,但是数字水印的基本思想是利用人类感觉器官的不敏感,以及数字信号本身存在的 冗余,在图像数字产品巾嵌入秘密的信息以便记录其版权,那么嵌入的信息必须能够抵 抗一些攻击而生存下来,以达到版权认证和保护的功能,并不改变数字产品的基本特性 和使用价值。所以本文采用以下最基本的攻击方式。

北京邮I乜人学硕Ij学位论文

5.1.

各种剪切
图像在传输与交流过程中常常会有被截取掉其中的一部分或者只留下图像的一部

分的现象发生。但是对于现代数字水印技术的要求来说,并不是遇到这种情况就失去了
对图像的所有认证、保护的能力,即是要求在遇到图像被剪切的情况下仍然能从部分图

像中检测并提取出原始水印信息来。 上述要求为,只要被剪切的图像部分有足够的大小,包含的信息量达到可以提取水 印的要求时,水印就能够正常被提取出来,而不需要提供整幅图像。 对于多数水印算法而言,在提取时都需要首先确定嵌入水印信息的位置,而一些像 剪切这样的水印袭击通过改变图像的几何形状,使提取时嵌入的水印位置信息错误,从 而可以很容易地使水印算法在水印提取时失败。 有效的一种解决办法【5】是通过在原始图像中设定特定的水印标志行和列,在水印提 取时可以方便地提取出水印的位置信息。首先是对要嵌入水印的图像进行分块处理,其 次对分块图像中标志水印嵌入区的标志行和列进行标志处理,然后对进行了标志处理的 图像进行DCT变换并嵌入水印,最后进行逆DCT变换即可得到嵌入了水印的图像。 本文最初的出发点即为提高图像的抗普通剪切的能力。所以通过对水印作品本身进 行各种常用到剪切操作而达到破坏水印的攻击目的,从而检验算法的性能。具体做法: 保持原图像大小及方向不变,实施最常见到的三种剪切方式:对图片的上单边进行剪切、 对图片的相邻两边(上边和左边)进行同时剪切以及对图像中的某一区域进行剪切,剪 切掉图像中指定的一部分区域,被剪切的区域在图像上显示为背景色。本部分就是要考 察新算法对普通剪切攻击的抗击能力。
5.2.

高斯滤波
如果我们设计了一个有输入输出的电路,如果我们不希望输出的信号中有高频杂

波,这时我们就在电路中设计一个“低通滤波"电路,顾名思义,只允许信号的低频部
分通过,不允许高频通过。低通电路大多用电感线圈和电阻组成。 图像经过低通滤波处理后,其中的高频部分被过滤掉剩下图像中的低频部分,即图 像的整体轮廓仍然保持,一些细节部分被过滤丢失掉了。在频域水印嵌入算法中,抵抗

低通滤波攻击的有效手段是避免将水印信息嵌入到图像的高频部分,这样就不会在滤波
过程中被过滤掉有效的水印信息。 由于图像传播的装备以及环境的影响等,实际的信号传输过程中很容易涉及到滤波

的问题,所以实验中拟使用MATLAB中自带的高斯滤波函数实现代表性攻击。

26

北京邮I乜人学硕+f:学位论文

5.3.

JPEG压缩
一幅图像信息的数据一般都大得惊人,一张A4(210mm*297mm)幅面的照片,若

用中等分辨率(300dpi)的扫描仪按真彩方式扫描的数据量为26M字节【3l。这并不适合 如今取代传统基于字符界面而逐渐增多的图像信息的互联网,否则本来就已经非常紧张 的网络带宽变得更加不堪重负。单纯靠增加存储器容量,提高信道带宽以及计算机的处 理速度等方法来解决这个问题是不现实的,这时就要考虑压缩方法。 压缩的理论基础是信息论。从信息论的角度来看,压缩就是去掉信息中的冗余,即

保留不确定的信息去掉确定的信息,也就是用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗
余的描述。这个本质的东西就是信息量,即不确定因素。 压缩可分为两大类【2。5】,第一类压缩过程是可逆的,也就是说,从压缩后的图像能 够完全恢复出原来的图像,信息没有任何丢失,称为无损压缩;第二类压缩过程是不可 逆的,无法完全恢复出原图像,信息有一定的丢失,称为有损压缩。选择哪一类压缩要 折中考虑。尽管我们希望能够无损压缩,但是通常有损压缩的压缩比比无损压缩的高。 JPEG是常见的一种图像格式,它由联合照片专家组(Joint
Photographic Experts

Group)开发并命名为”ISO 10918-1”,JPEG仅仅是一种俗称而已。JPEG文件的扩展名 为.JPg或.jpcg,其压缩技术十分先进,它用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据, 获取极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像。换句话说,就是可以用最少的磁

盘空间得到较好的图像质量。由于JPEG格式的压缩算法是采用平衡像素之间的亮度色
彩来压缩的,因而更有利于表现带有渐变色彩且没有清晰轮廓的图像。 同时JPEG还是一种很灵活的格式,具有调节图像质量的功能,允许你用不同的压 缩比例对文件进行压缩。比如我们最高可以把1.37MB的BMP位图文件压缩至20.3KB。 当然我们完全可以在图像质量和文件尺寸之问找到平衡点。 JPEG是常见的一种图像格式,因为它的广泛性一般图像的发布和传输都要经过此过 程,包含水印的图像也不例外,所以要在实际应用中发挥水印的作用,这个水印就必须 在JPEG压缩攻击中仍能保持一定的鲁棒性,即能够被检测并依据水印提取算法将其完整 的提取出来,并具有良好的可认性与保真性。 本实验采用MATLAB的工具函数复杂的组合进行JPEG压缩。
5.4.

加性高斯白噪声
白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。 白噪声是一种功率频谱密度为常数的随机信号或随机过程‘51。换句话说,此信号在

各个频段上的功率是一样的,由于白光是由各种频率(颜色)的单色光混合而成,因而 此信号的这种具有平坦功率谱的性质被称作是“白色的”,此信号也因此被称作白噪声。 相对的,其他不具有这一性质的噪声信n.被称为有色噪声。
27

北京邮I乜人学硕I:学位论文

理想的白噪声具有无限带宽,因而其能量是无限大,这在现实世界是不可能存在的。
实际上,我们常常将有限带宽的平整讯号视为白噪音,因为这让我们在数学分析上更加 方便。然而,白噪声在数学处理上比较方便,因此它是系统分析的有力工具。一般,只

要一个噪声过程所具有的频谱宽度远远大于它所作用系统的带宽,并且在该带宽中其频 谱密度基本上可以作为常数来考虑,就可以把它作为白噪声来处理。例如,热噪声和散 弹噪声在很宽的频率范围内具有均匀的功率谱密度,通常可以认为它们是白噪声。 白噪声的功率谱密度在整个信号频域内均匀分布,所以白噪声是图像在数字媒介中 传输时必须受到的一种干扰,是确定一个水印是否确实有使用价值的基本条件,即是在 受到白噪声的干扰后仍然能检测到并基本能提取出和原水印区别不大的水印。 本文拟采用MATLAB程序的随机序列产生函数,产生二维伪随机序列,并控制噪 声的强度值模拟出实际情况下白噪声干扰信号,用于检测水印的鲁棒性的目的。

28

北京邮fU大学M I学位论Z

第六章

实验分析

6 1

嵌入水印的前后
下面的内容即为应用本文提出的新算法于数字水印技术中后,在数字水印嵌入载体

图像前和嵌入后的效果对比。当嵌入强度因子口的取值不同时其嵌入效果亦随之变动, 下图6-1即为当嵌入强度d取值不同时嵌入水印前后的效果图。

原始载体图像

口=10嵌入图

口-I

I嵌八图

口=12嵌^图 囤6"I

口=15嵌入国

d=18嵌入围

口取值不同时敷字水印嵌八后效果图

6 2

直接检测
F山的效果图6-2为不进过任何的攻击手段,直接检测数字水印图片的结果

B U

BU

B U

pT
原始水印

pT
口-10

pT
口=ll

B U PT
口=12

B U

B U

pT
口=15

P T
口=18

图6-2口取值不同时直接捡刹出的水印结果

F表为当嵌入强度因予口取值小同叫直接检测出水印结果后,对数掘结粜进行的
PSNR和NC值的比较。

北京忡【U人学碰1学位论文

表6-I直接检*i数字水印时的性能评价 a的取值
10 II 12 15 PSNR 34.4384 3n9707 NC 0.998l n99s7 l 1 l

28.5586 22.6829 19.1010

18

由上面的数据信息结果可以得出:当数字水印嵌入强度因子口>10开始,水印嵌入 过程开始出现纹理上的微小突兀,随着嵌入强度因子口的增大纹理上的突兀增加,即水 印的不可见性逐渐在降低,嵌入水印后图像的质量在下降。但是当嵌入强度因子口>11 以后,原始水印图像与直接检测出的水印信息的相似度可以达到I,即可以完全恢复原 始承印信息,这也就体现了数字水印嵌入过程中鲁棒性与不可见性的矛盾。当然,髓着 嵌入强度因子口的继续增大,PSNR值将会继续降低,但是NC的值会一直保持1不变, 也就是随着嵌入强度因子口的增大,嵌八水印信息的载体图像的质量将会进一步降低, 但是水印信息会更强壮,提取出水印信息将会更容易。 载体图像与含水印图像的峰值信噪比(PSNR)是用来评价图像的质量的,一般其 值越大表示图像质量越好。如果嵌入强度因子口值逐渐增大时PSNR值逐渐减小,印表 示图像质量越差,这与人的视觉效果是一致的。 上表的数据信息即表达了当嵌入强度因子口逐渐增大时,嵌入水印信息的幅度增 大,对载体图像的影响也相应的增大。从而更大程度上影响了载体图片的质量,使得图 片的质量随着嵌入水印信息幅度的增大而降低的信息。 在实验过程中。本试验也尝试了各种更小取值的嵌入强度因子,例如当口取值为3 时,PSNR的取值可以达到120.8999,NC取值达到0 8349,提取出的水印效果如图6-3:
束受攻击的含水印图像 提取的水印图像 原嵌入水印比较

释黟 瞪.t

BU PT

四6-3口取值为3时直接检测出的水印结果

由上面的结果我们也可以看出,在不受到任何外界攻击或者是人为攻击的情况下, 山于系统本身的显示精度和存取图片数据方法之间的不同,以及存取图片过程中数据的

北京邮电大学《L学位论文

表示精度损伤等因素.在嵌入水印信息图片中提取出的水印图片仍有误差,但是并不妨 碍清楚的辨别出水印的图形,这也是采用图片水印的优势之处。
6.3

各种剪切攻击
当嵌入强度因子口的取值不同时其嵌入效果亦随之变动,但在进行各种常见剪切攻

击的测试时,本文采用的剪切幅度是一样大的,所以给出剪切的幅度事例图,如图6.4。 下面的内容即为三种常见剪切攻击处理的情况下,当嵌入强度因子口为各种取值时提取 出的水印图像与原始水印图像对比的效果图。为了验证新算法的效果,本文采用的剪切 幅度都很大,从而更好的验证新算法的性能。
6 31

单边缘剪切操作

对于实现图片上面单边缘进行剪切攻击的效果,本文采用在图片上面的单边缘剪切 掉l/4的图片边缘内容,如下图6-4所示:

l聪峨
原始载体图像 上单迫剪切后图像
圈64图片上单迫剪切攻击鼓果图

下面显示的数据结果图,只选择几个有代表性的数据图粘贴出来。当嵌入强度因子 口取值不同时,经过图片上单边剪切攻击后检测出的结果如下图6.5到图6.7:
上单边剪切后图像 提取的水印图像 原嵌入水印比较

i黼

Bp U.T

B U

PT

图6j口=10时经过囤H上单边剪切后拴刹的水印结果

北京邮电^学碰i岸位论文 上单边剪切后图像 提取的水印图像 原嵌A水印比较


鏊簪秘霉瓣女i端黪曩一-



B—p T
提取的水印图像

BU pT
原嵌入水印比较

图6撕口=lI时经过图片上单边剪切后检测的水印姑果

—●——■一。。

BU
§T

B U

PT
NC 0.9745 0.9794 09856 0.9968

囤6-7口=15时经过图片上单边剪切后检测的水印蛄果

当嵌入强度因子口取值不同时,经过图片上单边剪切后检测出的数据结果如表6-2。
表6-2 g取值不同时经过上单边剪切后检测水印的性能评价

口的取值
10 ll 12 15 18

P8NR 1.0047

1_0047
l 0047 1.0048

1.0048

0.9994

由上面的信息可以看出,对于图片单边剪切后检测出的水印信息与原始水印图片的 相关性很大,而且随着嵌入强度的增加而增大,但是PSNR的取值变化甚微,可以说几 乎不变.这是因为嵌入强度因子的取值相近,所以嵌入水印信息后图像的虽后效果相差
不是很多。

对比原始水印图片与提取出来的水印图片可以发现,虽然单边剪切力度达到了l“ 之多,但是剪切后提取的水印图片是完整而清晰的,可以很容易的辨别出原始水印。这 是因为本算法把同一个水印像素取值对应的嵌入信息分别嵌入到了相对应的图片的上 下、左右区域,使得在剪切涉及到一部分时,可以从另一部分增加J下确提取出水印的概 率,而不是出于剪切的攻击直接丢失了水印嵌入信息,使得J下确提取出水印的提取概率
降低为零。

北京邮-U大学硕-I学位论文

根据图片对称性,可以以同样的方法验证对其他三边进行单边剪切攻击,效果相同。 由上面的数据信息以及用肉眼直接观察所得的结果说明:本算法对单边剪切操作有 良好的抵抗能力,甚至在剪切攻击的力度达到图片的I/4,jL多时.本算法仍然能够很好的 达到算法出发点的第一个要求,即具备抗普通单边剪切攻击的能力。

的单边缘

腻醚
强度因子

醚跸吕罕
爹范暑早+ 吕竿
图6-10口=12时经过图月相邻两边剪切后拴刹的水印结果

北京坤IU^学麒I‘学位论文

相邻两边上和左边剪切图像

提取的水印图像

原嵌入水印比较

B, T
下表6_3所示: 口的取值
10 ll
12 15 18



B U

PT

田6-11口=18时经过图片相郜两边剪切后栓洲的水印蛄果

当嵌入强度因子口取值不同时,经过图片相邻两边剪切攻击后检测出的数据结果如

表6-3口取值不同时经过相邻两边剪切后检潮水印的性能评价
PsNR
1.0055 NC

0.7757
0 7806 0 7949 仉7910 0 7926

1.0055
1.0055 1.0055 1.0055

由上面的信息可以得出;对于图片相邻两边同时进行剪切操作检测出的水印信息与 原始水印图片的相关性仍然很大,虽不似图片单边剪切后检测出的水印信息与原始水印 图片的相关性那么大,但是由于本文使用的是图片水印,所以很容易得到原始水印图像, 并不影响原始水印图像的提取。而且随着嵌八强度的增加他们之间的相关性也在增大, 虽然增幅很小。同时,PSNR的取值不变,这是因为嵌入强度因子的取值相近,所以嵌 入水印信息后图像的最后效果相差不是很多。 对比原始水印图片与提取出来的水印图片可以发现,相邻两边的剪切力度都达到了 1,4之多,虽然提取到的水印图片有一定程度上的损坏.但是剪切后提取的水印图片是清
晰的.可以根容易的辨别出原始水印。损坏是出于奉算法把同个水印信息对应的嵌入

信息分别嵌入到了相对应的图片的上下、左右区域,使得在剪切涉及到一部分时,可以 从另一部分增加正确提取出水印的概率,而不是直接丢失了水印嵌入信息使得水印的J下 确提取概率为零。但是在同时进行相邻两边剪切时,出现了同时剪切掉同一比特水印信 息的嵌入区域的现象,这就使得提取出的水印信息有矩形黑色区域。但考虑到实际情况, 一般情况下剪切攻击的力度不会如此之大,所以本算法对相邻两边剪切操作仍有一定程 度上的抵抗能力,选到了本算法出发点的第二个要求,即具备一定程度上的抗普通相邻 两边剪切攻击的能力。 根据图片对称性,可以以同样的方法验证对其他相邻边进行两边同时剪切攻击实

北京邮『U大{颂I?学位论文

验,实验效果相同。
6 3.3

剪切图片部分区域

对于实现针对图片中部分区域进行剪切攻击实验,本文采用剪切掉Lena图片的帽顶 部分,如下图6—12所示:

强度因予

囤6.14口=12时经过图片部分区域剪切后拴剃的水印结果

北京邮电火学碰I:学位论尘

部分剪切后图像

提取的水印图像

原嵌入水印比较

l豳
下表6棚f示。
口的取值
10
儿 12 15 18

B U pT

B U

PT

目6-15 a=15时烃过圉片郜舟区域剪切后捡潮酌水印坫果

当嵌入强度因子口取值不同时,经过图片部分区域剪切攻击后检测出的数据结果如

表64口取值不同时经过田片部分区域剪切后检涮水印的性能评价
PSNR Nc n9791

1删3
1.0043 1m043 1 0044 1 0044

0.9836 n9886 n9968
n9975

由上面的数据信息和图片信息可以看出,对于剪切图片部分区域后检测出的水印信 息与原始水印图片的相关性很大,而且随着嵌入强度的增加而增大;但是PSNR的取值 变化甚微.可以说几乎不变,这是因为嵌入强度因子的取值相近,所以嵌入水印信息后 图像的最后效果相差不是很多。 对比原始水印图片与提取出来的水印图片可以发现,虽然剪切掉图片部分区域,但 是剪切后提取的水印图片是完整而清晰的,可以很容易的辨别出原始水印。这还是因为 本算法把同一个水印信息对应的嵌入信息分别嵌入到了相对应的图片的上下、左右区 域,使得在剪切涉及到一部分时,可以从另一部分增加正确提取出水印的概率,而不是 氲接丢失了水印嵌入信息使得水印的正确提取概率降为零。 图片剪切掉的部分区域是随机选取的,可以采用相同的办法进行其他剪切掉随机区 域的实验,效果相同。 由上面的数据信息以及用肉眼直接观察所得的结果说明:本算法对剪切掉图像的连 续部分区域的攻击操作有良好的抵抗能力,甚至在剪切攻击的力度达到图片的1/4之多 时,本算法仍然能够很好的达到算法出发点的第三个要求,即具备抗普通图片部分区域 剪切攻击的能力。 从以上三种剪切攻击的过程和结果,我们可以得出结论: 本文提出的新数字水印嵌入算法对普通的图片剪切操作有良好的抵抗能力,满足了

北京邮tU人学顾1学也论z

本文对普通剪切攻击的抵抗能力的要求。在此基础上,还要求新算法要有一定的实用性 下面是对算法的基本抵抗能力的测试。
6 4

高斯低通滤波攻击
在对嵌入了水印信息的载体图像进行高斯低通滤波攻击后,当嵌入强度因子口取值

不同时检测出的结果如下图6-16到图6-20所示:
印比较



印比较



印比较



圆6.1 8口=12时在高斯低通瘫波攻击后捡剥的水印结果

北京邮电^学碱I:学位论立

高斯低通滤波后图像

提取的水印图像

原嵌入水印比较

嵫髀
相比较,如下表6-5所示。 口的取值
10 1l 12 15 18

B U PT

固6-19口=15时在高斯低通毒波攻击后检剥的水印结果

图6-20口=18时在高斯低通滤波攻击后检测的水中姑果

当嵌入强度因子口取值不同时,对经过高斯低通滤波攻击后检测出的水印数据结果

表6.5口取值不同时经过高斯低通滤波攻击后检测水印的性能评价
PSNR 199260 19 8250 19 7043 19 2349 18 6419 Nc

0.7329
0.7615 0 7900 0.8444 0 8888

出上面的数据信息和图片信息可以看出,对于高斯低通滤波攻击后检测出的水印信 息与原始水印图片的相关性还是比较大的,而且随着嵌入强度因子的增加而增大;虽然 PSNR的取值变化甚微,但是本文取值基数还是比较大的,说明在嵌入强度因子的变化范 围内,原始载体图像与嵌入水印信息后的载体图像问的峰值信噪比很大,水印嵌入的效 果很好。攻击后提取出的水印信息虽然在嵌入强度因子取值不同时都有不同程度上的损 伤,但是提取出的水印图像仍然是清晰可辨别的,并不影响j下常的数字水印图像的提取
和识别。

由此得出:由本算法得到的嵌入水印后的图像对高斯低通滤波攻击有一定的抵抗能 力,而且抵抗能力随着嵌入强度口的增大而显著提高。虽然提取到的水印图片不同程度

北京帕屯^学顾I学位沧文

上有一定的损坏.但是高斯滤波攻击后检测出的水印信息与原始水印图像的相关性很 高,而且由于本文使用的是图片水印,所以很容易得到原始水印图像,并不影响原始水
印图像的提取和识别。
6 5.

JPEG压缩攻击
在对嵌入了水印信息的载体图像进行JPEG压缩攻击后,当嵌入强度因子口取值不同

时检测出的结果如下图6-21到图6-25所示: 经JPEG压缩后图像

提取睁水印图像

原嵌入水印比较

B U

PT
00十经iiJPBG压缩攻击后捡测的水印结果 提取的水印图像

原嵌入水印比较

B U 譬藩。

蹲一F

PT
厦嵌人水印比较

-12时经过jPEG压缩攻击后拴测曲水印结果

提取的水印固像

蕊~一蕊~一腻 蕊~一鬣~一嚣

B U
i1

Y#

f?唼
r,

一静r

PT

816.23口=L5时经过JPEGE,缩攻击后检测的水即结果

北京IIIlllb人半Ⅷ,I学位论文

经JPEG压缩后图像

提取的水印图像

原嵌入水印比较

B U

E露 缮F
提取的水印圉像

PT
原嵌入水印比较

8时经过JPEG压缩攻击后检测的水印结果

嵫~露 疑~麟
较,如下表6.6所示: 口的取值
10 12 15 】8 53

B U pT

B U

pT
Nc 0.1448 O.4576 0.4705 0 6043 1

图6-25口=53时经过JPBG压缩攻击后检测的水印结果

当嵌入强度因子口取值不同时,对经过JPEG压缩攻击后检测出的水印数据结果相比

表645口取值不同时经过JPEG压缩攻击后检测水印的性能评价
PSNR 1 0040 1.0040 1 0040 1 0041 1.0041

当嵌入强度闻了d的取值逐步增大时,原始水印图像2;/JPEG)&缩攻击后检测出的水 印图像之问的相似度相应的逐渐增大,并在嵌入强度因子口>=53以后,原始水印图像与 JPEG压缩攻击后检测出的水印图像的相似度显著增大,最终取值为1。当NC的取值为1 时表示可以完全清晰地恢复出原始水印图像。此时根据肉眼的直观地对提取出的水印信 息与原始水印图像进行对比可以发现,两者之间达到了我们平常认知上的那种百分之百 的相关性.即完全清晰的提取出了水印图像信息。 同时,在嵌入强度因子口的取值在很大幅度的增加时.PSNR的取值仍然在一个很 微小的范围内变动,变动的幅度非常小,几乎不变。 结合肉限主观直接观察的结果我们可以发现,当嵌入强度因子在很大的取值范围内

北京邮电大学碗.I。学位论文

变动时,受到攻击后提取出的数字水印信息结果的变动也是很明显的,而且很凌乱,但 是此时对应的PSNR的取值仍然处于一个很小的范围内变动,变动幅度非常小。由此说 明,此时PSNR的取值并不能很直观、很有效的说明问题的实质。 由此可见,对于传统意义上的图像质量评价方法,如本文所采用的峰值信噪比PSNR

和NC,由于其不符合人类的主观感受表示,因此其在评估图像的失真方面还是有欠缺
的地方。此时,采用人肉眼主观观察结果的方式进行对比图像问的失真就是一种对传统 意义上的评价方式的有效而直观的补充方式。 由所有的实验信息可以看出,本文提出的水印算法对JPEG压缩攻击的抵抗能力随着 嵌入强度口的增大而提高。可以看到,在a>18以前提取出来的水印图片对原始水印图 像的样子的猜测性比较多,JPEG压缩攻击后检测出的水印信息与原始水印图像的相关性 较低,说明JPEG压缩攻击对水印图片有很大的损坏,极大的影响了对原始水印图像的提 取。而在a>=53以后NC取值达到1,提取出的水印图像清晰,可以像经历前面其他的攻 击后检测的效果一样可以完全恢复出原始水印图像,但此时水印的不可见性与鲁棒性间 明显出现了冲突现象。 由此得出:由本算法得到的嵌入水印后的图像对JPEG压缩攻击的抵抗能力不是很 好,虽然在口>=53以后,原始水印图像与JPEG压缩攻击后检测出的水印的相似度变为1, 即表示可以完全恢复出原始水印图像,但是嵌入强度过太导致水印的不可见度降低,水 印的不可见性与鲁棒性问出现了明显的冲突现象。在这一点上,本算法有待改进。
6.6

加性高斯白噪声攻击
在对嵌入了水印信息的载体图像进行加性高斯白噪声攻击后,当嵌入强度因子口取

值不同时检测出的结果如下图6-26到图6-30所示: 加入白噪声店图像 提取的水印图像 原嵌入水印比较

黪睡B U
黟第i
PT
图6-26口=10时经过加性高斯白噪声攻击后检测的水印结果

|匕京㈣U人学剐l:学位论空 加入白嗓声后图像 提取的水印图像 原嵌入水印比较

隧~ 一器一 一旺管一
图6





圈6-27口-11时经过加性高新白噪声攻击后拴剥的水印结

28口=12时经过加性高斯白噪声攻击后检剥的水印结果

加入自噪声后图像

提取的水印图像

原嵌A水印比较

还是同前面的数据记录情况相同,此时仍然记录下当嵌入强度因子口取值不同时, 对图像经过加性高斯白噪声攻击操作后检测出的水印信息数据结果进行比较和分析,其 比较和分析的效果如下表6-7所示:



尊、p 啦下
提取的水印图像

BU PT
原嵌九水印比较

经过加性高斯白噪声攻击后检剥的水印结果



p U下

BU PT

B16-30口=18时经过加性高斯白噪声攻击后拴测的水印姑果

北京邮电人学硕’l:学位论文

表6-7口取值不同时经过加性高斯白噪声攻击后检测水印的性能评价

口的取值
10 11 12 15 18

PSNR 7.5823 7.5379 7.5040 7.3754 7.2162

NC 0.7853 0.8234 0.8549 0.941l 0.9796

由上面的数据信息和图片结果数据可以得出:对于各种口取值的条件下,经过加性 高斯白噪声攻击后检测出的水印图像与原始水印图像的相关性是很大的,而且随着嵌入 强度因子口的增加而增大,并逐渐趋近于1值。虽然PSNR的取值变化甚微,但是本实验

的PSNR取值基数还是比较大的,并呈现出取值逐步降低的趋势。由此说明,在嵌入强 度因子口的变化范围内,原始载体图像与嵌入水印信息后的载体图像间的峰值信噪比很 大,水印嵌入的效果很好,而且随着口取值的增大而趋于嵌入效果更好的方向发展。攻
击后提取出的水印信息虽然在嵌入强度因子取值不同时都有不同程度上的损伤,但是相 较于良好的嵌入效果而言,那些损伤是微小的,提取出的水印图像仍然是非常清晰的, 可辨别的,并不影响正常的数字水印图像的提取和识别。 由此可见,由本算法得到的嵌入水印后的图像对加性高斯白噪声攻击的抵抗能力很

好,而且抵抗能力随着嵌入强度口的增大而逐步提高。虽然提取到的水印图片有一定程
度上的损坏,但是加性高斯噪声攻击后检测出的水印信息与原始水印图像的相关性很 高,而且由于本文使用的是图片水印,由上面的结果图也可以很容易鉴别出原始水印图 像,并不影响原始水印图像的提取。

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第七章

总结

本文提出了一种基于DCT变换域,同时结合嵌入位置的选取从而实现图像数字水 印嵌入过程的算法。本算法的出发点即基于提高嵌入数字水印信息的图像对普通剪切操

作的抵抗能力。根据上面所有的实验数据以及实验图形结果,在这里对新算法的效果和 作用进行分析和总结。
评价一种水印算法的好坏主要看其三个方面【4】: [1]可视性:水印算法在处理水印的过程中,应尽可能地不损伤原始图像。 [2]防攻击能力:本质上,采用不同算法正是缘于其不同的防攻击能力。 [3]可扩展性:好的水印算法还应具备可扩充空间。 首先,由上面的实验数据和实验图形可以看出,对于水印的嵌入强度因子口,实验 中提出的新的数字水印嵌入算法并不要求口的取值要多么的大以达到能够正确而清晰 地提取和识别数字水印图像的目的;在嵌入强度因子t2'取值达到10左右就基本可以满 足数字水印技术的所有要求。对于实验的个别方面如果要实现非常良好的效果,当然要 求需要的嵌入强度因子t2'的取值要大,但此时要兼顾数字水印嵌入和提取的其他方面的 效果,尤其是数字水印的不可见性要求。 在实验过程中可以发现,对于水印嵌入强度因子口,随着口取值的增大数字水印信 息的嵌入幅度也在增大,这时最重要的就是要在满足数字水印技术的其他方面效果的要 求的同时,一定要兼顾和重视数字水印的不可见性要求。不可见性是数字水印技术中很 重要的一个性能要求和测试方面。 由实验数据和实验结果图形可以看到,随着数字水印嵌入强度口取值的增大,水印

嵌入的载体图像开始出现图像纹理上的微小突兀,即数字水印的不可见性在逐渐下降,
但是,随着嵌入强度因子口的增大也使得嵌入水印后的载体图像对各种人为和环境等的 攻击的抵抗能力也在增大,同时检测数字水印的过程也变得更容易,检测出的数字水印 图像『F确而清晰,检测出的水印信息与原始水印图像的相似度可以更加趋近于甚至达到 取值1,即可以完全恢复出原始水印信息。这个过程也就体现了数字水印嵌入过程中水 印的鲁棒性与不可见性之间的矛盾性。 由此可见口的重要性。口的取值直接影响到嵌入水印后图像的视觉质量,并且也关 系到嵌入水印是否易于提取和抵抗各种攻击的能力。口值越大嵌入的水印越深,水印的 鲁棒性越好,可见性越羞,即水印图像有明显的失真,会产生块效应,也就没有什么使 用价值了;如果嵌入强度网子过小,虽然此时嵌入水印的图像和原始载体图像相似度非 常高,但是水印的鲁棒性很差,在经历一些图像处理时很容易被去掉。所以在进行数字 水印嵌入的过程中嵌入强度因子口取值必须大小适合,才能兼顾图像的不可见性与鲁棒

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性等各方面的特性要求。

嵌入强度因子口取值的重要性在数字水印嵌入过程中的重要性由此可见一斑。 再次,本文提出的数字水印嵌入算法的出发点是提高嵌入了数字水印信息的载体图 像对普通剪切攻击操作的抵抗能力。在本文中,提出了三种常见的剪切攻击操作:单边
剪切、相邻两边同时剪切和图片的部分区域进行剪切。针对这三种常见的剪切攻击操作

本文展开了实验测试。实验测试中,所采用的剪切操作的剪切幅度都是很大的,达到了 整幅载体图像的1/4,在相邻两边同时进行剪切攻击的操作时,剪切力度甚至几乎达到了
整幅载体图像的112,剪切攻击的力度之大。同时验证当嵌入强度因子口为各种取值时实

验的效果,就是为了更好地验证新算法的实用范围和使用的可能性,扩大和提高算法的 使用范围和实用度。 下面即为对三种常见剪切攻击操作情况的总结。 1],图片单边剪切。在上面单边剪切掉114的图片边缘内容。 根据实验数据和实验最后的图形,图片单边剪切后检测出的水印信息与原始水印图
片的相关性很大,而且随着嵌入强度的增加而增大。虽然单边剪切力度达到了1/4之多, 但是剪切后提取出的水印图片是完整而清晰的,可以很容易的辨别出原始水印。这是因

为本算法把同一个水印图像像素值对应的嵌入信息序列分别嵌入到了相对应的图片的 上下、左右区域,使得在剪切攻击涉及到一部分时,提取操作可以从另一部分增加J下确 提取出水印信息的概率,而不是直接丢失了水印嵌入信息使得水印的正确提取的概率降
为零。

由此说明:本算法对单边剪切操作有良好的抵抗能力,达到了本算法的第一个要求。
2],图片相邻两边同时进行剪切操作。本文在图片的上边和左边各剪切掉114的图 片边缘内容。 根据实验数据和实验最后的图形可以得出:图片进行相邻两边同时进行剪切攻击操

作后检测出的水印信息图像与原始水印图像的相关性仍然很大,虽不似图片单边剪切后 检测出的水印信息与原始水印图片的相关性那么大,但是由于本文使用的是图片水印,
所以很容易得到原始水印图像,并不影响水印图像的提取,也不影响对原始水印图像的 识别。而且随着嵌入强度的增加他们之间的相关性也在增大,虽然增幅很小。 对比原始水印图片与提取出来的水印图片可以发现,相邻两边的剪切力度都达到了 1/4之多,虽然提取到的水印图片有一定程度上的损坏,但是剪切后提取的水印图片是清 晰的,可以很容易的辨别出原始水印。损坏是由于本算法把同一个水印信息对应的嵌入 信息分别嵌入到了相对应的图片的上下、左右区域,使得在剪切涉及到一部分时,可以 从另一部分增加正确提取出水印信息的概率而不是直接丢失了水印嵌入信息,使得水印

的提取概率将为零。但是在同时进行相邻两边剪切时,出现了同时剪切掉同一比特水印 信息的嵌入区域使得提取出的水EIJ信息有矩形黑色区域。但考虑到实际情况剪切力度不 会如此之大,所以本算法对十H邻两边剪切操作仍有良好的抵抗能力,达到了本算法的第

北京邮I【!人学硕‘f:学位论文

二个要求。 3],进行剪切图片部分区域的操作。本文剪切掉了Lena图片的帽顶部分。 根据实验数据和实验最后的图形,对于剪切图片部分区域后检测出的水印图像与原 始水印图像的相关性很大,而且随着嵌入强度的增加而增大。对比原始水印图片与提取 出来的水印图片可以发现,虽然剪切掉图片部分区域,但是剪切后提取出的水印图片是 完整而清晰的,可以很容易的辨别出原始水印。这还是因为本算法把同一个水印信息对 应的嵌入信息分别嵌入到了相对应的图片的上下、左右区域,使得在剪切涉及到一部分 时,可以从另一部分增加正确提取出水印的概率而不是直接丢失了水印嵌入信息使得水 印的正确提取概率降为零。所以本算法对剪切掉图像的部分区域的攻击也有良好的抵抗 能力,达到了本算法的第三个要求。

由此说明:本算法对三种普通图片剪切攻击操作具有良好的抵抗能力,满足了本文
提出新算法时提出的对普通剪切攻击的抵抗能力的要求。 另外,在新算法满足了能够较好地抵抗各种普通剪切攻击操作的基础上,还要求算 法要有一定的实用性,即新算法的基本抵抗能力。 1],高斯低通滤波攻击。根据实验数据和实验最后的图形,由本算法得到的嵌入水 印后的载体图像对高斯低通滤波攻击有一定的抵抗能力,而且抵抗能力随着嵌入强度口 的增大而提高。虽然提取到的水印图片不同程度上有一定的损坏,但是高斯滤波攻击后 检测出的水印信息与原始水印图像的相关性很高,而且由于本文使用的是图片水印;所 以很容易得到原始水印图像,并不影响水印图像的提取,满足了嵌入水印的图像对高斯 低通滤波攻击的抵抗能力的要求。 2],JPEG压缩攻击。根据实验数据和实验最后的图形,本文提出的水印算法对JPEG 压缩攻击的抵抗能力随着嵌入强度口的增大而提高。可以看到,在口>18以前提取出来 的水印图片对原始水印图像的样子的猜测性比较多,JPEG压缩攻击后检测出的水印信息 与原始水印图像的相关性较低,说明JPEG压缩攻击对水印图片有很大的损坏,极大的 影响了对原始水印图像的提取。而在t2'>=53以后NC取值达到1,提取出的水印图像清晰, 可以像经历前面其他的攻击后检测的效果一样可以完全恢复出原始水印图像,但此时水 印的不可见性与鲁棒性I’白J明显出现了冲突现象。 由此得出:由本算法得到的嵌入水印后的图像对JPEG压缩攻击的抵抗能力不是很 好,虽然在口>=53以后,原始水印图像与JPEG压缩攻击后检测出的水印的相似度变为l, 即表示可以完全恢复出原始水印图像,但是嵌入强度过大导致水印的不可见度降低,水 印的不可见性与鲁棒性问出现了明显的冲突现象。这是由于JPEG格式的压缩算法是采用 平衡像素之问的亮度色彩来压缩的,这样有利于表现带有渐变色彩且没有清晰轮廓的图 像,同时本文采用了很大的压缩比。在这一点上,本算法有待改进。 3],加性高斯白噪声攻击。根据实验数掘和实验最后的图形,出本算法得到的嵌入 水印后的图像对加性高斯白噪声攻击的抵抗能力很好,而且抵抗能力随着嵌入强度因子
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t2'取值的增大而提高。虽然提取到的水印图片有一定的损坏,但是加性高斯噪声攻击后
检测出的水印图像与原始水印图像的相关性很高,而且由于本文使用的是图片水印,由

上面的结果图也可以很容易得到原始水印图像,并不影响水印图像的提取,满足了嵌入 水印的图像对加性高斯白噪声攻击的抵抗能力的要求。 由此可以看出,新算法在满足了能够较好地抵抗各种普通剪切攻击操作的基础上, 还满足了对一般常见的滤波和噪声攻击等的抵抗能力的要求,说明算法具有一定的实用 性。为了增加算法的实用性,可以结合其他的算法和技术从而增加水印嵌入的安全性、 不可见性和鲁棒性,使得算法可行。 由以上分析和总结可以得出,该算法很好的实现了对普通剪切操作的抵抗能力的提 高,而且对数字水印的鲁棒性和不可见性之间的矛盾进行了很好的协调。本文提出的抗 普通剪切攻击的算法具有以下几个特点: 1],充分考虑了常见的三种剪切攻击的特点和方式,为算法的实现提供了基础; 2],在图像的DCT中频系数中进行嵌入,保证了图像具有很好的鲁棒性能; 3],嵌入的水印图像为有意义的二值图像并实现了盲检测,所以此水印算法具有一
定的实用性。

本算法虽然基于HVS,并考虑到了图片常见到的JPEG压缩等攻击,但是考虑有些 不够全面,有待提高。本算法出发点是对普通剪切攻击的抵抗,但是在实际情况中会遇 到各种各样的环境以及多种多样的攻击形式,所以在真J下用于实际系统时需要进一步提 高算法的其他方面的性能,进一步完善水印方案,从而提高其实用价值。

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参考文献

[1]孙圣和,陆哲明,牛夏牧著.数字水印技术及应用.科学出版社.2004. [2]王丽娜,郭迟,李鹏著.信息隐藏技术实验教程.武汉大学出版社.2004.

[3]钮心析著.信息应藏与数字水印.北京邮电大学出版社.2004. [4]华宏虎,张权,唐朝京著.数字水印研究及Matlab仿真实现.现代电子技术.第244期.2007.
第5期:80.82. [5]钮心忻.信息隐藏与数字水印的研究及发展.计算机教育.2005年1月:22.24. [6]周亚训,叶庆卫,徐铁峰著.基于二值运算的数字图象水印嵌入与检测算法.计算机辅助设计 与图形学学报.2002.第2期:148.152. [7]孙鑫,易开祥,石教英等著.公开钥数字水印系统研究.计算机辅助设计与图形学学报.2003. 第7期:111.117. [8]魏伟一,张贵仓,秦娜著.一种用于图像认证的半脆弱数字水印算法.计算机仿真.2008.第7 期. [9]郑涵容,祁亨年,陈孝威著.数字水印技术综述.潮州师范学院学报.第28卷(第2期).2006 年4月:100.103. [10]程颖,张明生,干林平等著.基于DCT域的自适应图像水印算法.计算机应用研究.2005.第 12期.:153.155. [11]易开祥,石教英著.自适应二维数字水印系统.中国图像图形学报.2001.第5期:108.112. [12]钟桦,刘芳,焦李成著.一种有意义水印盲提取算法.中国图像图形学报.2002.第10期: 1000.1004. [1 3]Chu.W.C.DCT-based Multimedia.2003,5(1):34-38. [14]Q.S.Wang
and S.H.Sun.DCT-Based Image—Independent Digital Image

Watermarking

Using

Sub。sampling.IEEE

Transactions

on

Watermarking.ICSP2000,Aug

2000,Beijing,China.2000(1):942-945. [1 5]O.Hyung
Kwon,Young-Sik Kim,Rae—Hong Park.A Variable Block.size dot-based
on

Watermarking

Method.IEEE Transactions

Consumer

Electronics.1999,45(4)-1221?1229.

[1 6]M.A.Suhail
Transactions
on

and

M.S.Obaidat.Digiml Watermarking.based DCT and JPEG Model.IEEE

Instrumentation and Measurement.2003,52(5):1640.1647.

[17]毛万欣,卢正鼎并.一种基丁:DCT的白适应图像数字水印算法.计算机l:程与科学.第27 卷.2005.第7期:4345. [18]李旭尔著.基丁.分块DCT和培化的图像阿水印算法.计算机j I:稃.第32卷.2006.第21期:


39.144.

49

北京邮也人学硕fj学位论文

[19]欧刚琦,李炳法,林春蔷等著.基y-DCT域的图像数字水印技术.信息技术.2005.第9期:
20.23.

[20]王丽,赵嫒嫒,赵耀著.一种抗剪切的鲁棒数字水印.数据采集与处理.第21卷.2006.第3 期:330.333. [21]吴建军,杨格兰著.信息隐藏与数字水印的研究及发展.山西科技.2006.第1期.

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在此,我要感谢所有曾经帮助和支持我的人们!
首先,感谢景晓军老师、黄章勇老师和伍剑老师,从论文的选题、开题到毕业设计

和论文写作的整个过程中给予我的指导、支持和关怀。各位老师以他们渊博的学识、科
学严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风深深的打动和影响了我,将使我终身受益。 同时,由衷的感谢指导我的孙松林老师,给我细心的辅导与指点,无论从整个题目 的切入还是具体程序细节的分析,都给了我很大的帮助。 其次,感谢曾经的电信工程学院里所有指导过、教授过我课业知识的老师们,他们 尽职尽责的工作态度,以及扎实的专业知识和过硬的专业能力让我由衷的佩服,让我看

到了更高的人生境界,对我的人生有深远的影响。
此外,我还要感谢共同学习和生活的实验室里的以及班级里的所有兄弟姐妹们,无 论在学习上还是生活上我们相处得都很愉快。在整个研究生学习期间,他们给与了我很 多的帮助,还提供了很多宝贵的建议和意见,为我的研究生生活的顺利结束增色了很多。 在以后的日子里我一定会怀念这一段美好的日子! 最后,感谢我的家人一直以来对我的理解、支持和鼓励!

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攻读学位期间发表的学术论文

[1]何美娟,景晓军.《基于DCT变换域的抗普通剪切攻击的图像数字水印》.中国科
技论文在线.2008.12.12

DCT域图像数字水印嵌入技术的研究
作者: 学位授予单位: 何美娟 北京邮电大学

本文读者也读过(3条) 1. 王树梅.赵卫东.王志成.温法慧.WANG Shu-mei.ZHAO Wei-dong.WANG Zhi-cheng.WEN Fa-hui 离散余弦变换域图 像数字水印技术[期刊论文]-计算机工程与设计2007,28(21) 2. 张向华.韦鹏程.ZHANG Xiang-hua.WEI Peng-cheng 数字水印嵌入分析研究[期刊论文]-计算机工程与设计 2008,29(10) 3. 李海燕 图像数字水印算法的研究[学位论文]2008

本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1567439.aspx


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