毕业设计中文摘要
基于DCT域的数字水印算法研究与应用 摘要： 随着计算机和网络技术的普及，数字产品的保密性及版权保护等问题逐渐凸显出来，这使得数字水印技术成为热点问题。本论文研究的是基于离散余弦变换（Discrete Cosine Transformation）域的数字水印的嵌入与提取问题。文中首先阐述了DCT域数字水印嵌入与提取的基本思路与方法，然后运用MATLAB软件实现了可见水印与不可见水印的嵌入与提取，并对两种水印分别进行了抗攻击性测试，包括压缩攻击、加噪声攻击、旋转攻击等。提取结果与测试结果达到了预期的要求。最后还分别从嵌入方法、输出结果、提取方法等方面比较了可见水印与不可见水印的同异。 关键词：数字水印 离散余弦变换 嵌入 提取 鲁棒性
毕业设计英文摘要
Title Digital Watermarking Algorithm Research and Application Based on The DCT Domain Abstract With the popularization of computer and network technology, digital product privacy and copyright protection, which makes gradually highlighted digital watermarking technology to become a hot issue. Digital watermarking embedding and extracting problem based on the DCT domain has been researched in this paper. Firstly, this paper expounds the basic idea and method of digital watermark and extraction based on the DCT domain. And then the visible and not visible watermarking embedding and extracting are realized by using MATLAB software. Lastly the two watermarks separately carried on the resistance to attack, including compression test attack and noise adding attack, whirling attack, etc. Expected results have been achieved. Finally, the visible and not visible watermarking have been compared separately from embedding method, output and extraction method. Keywords：digital watermark DCT domain watermark extraction robustness
目 次
1 绪论 ................................................................. 1
1.1 课题的研究现状及热点问题 ........................................ 1 1.2 数字水印的关键技术及应用 ........................................ 2 1.3 本文的主要研究内容 .............................................. 5 2 数字水印的基本原理 ................................................... 6
2.1 DCT域数字水印嵌入原理 .......................................... 6 2.2 DCT域数字水印提取原理 .......................................... 6 2.3 本章小结 ........................................................ 7 3 数字水印的嵌入设计 ................................................... 7
3.1 DCT域数字水印嵌入流程 .......................................... 7 3.2 水印嵌入的结果 .................................................. 8 3.3 本章小结 ....................................................... 11 4 数字水印的提取设计 .................................................. 12
4.1 DCT域数字水印提取流程 ......................................... 12 4.2 水印提取的结果 ................................................. 13 4.3 本章小结 ....................................................... 15 5 鲁棒性分析 .......................................................... 16
5.1 抗噪声测试 ..................................................... 16 5.2 抗压缩测试 ..................................................... 20 5.3 本章小结 ....................................................... 21 结论 ................................................................... 22 参考文献 ............................................................... 23 致谢 ................................................................... 25 附录A .................................................................. 26 附录B .................................................................. 28
河北工业大学城市学院2011届本科毕业设计说明书
1 绪论
1.1 课题的研究现状及热点问题
随着计算机的普及，许多传统媒体内容都向数字化转变，并且在电子商务中即将占据巨大市场份额，如mp3的网上销售，数字影院的大力推行，网上图片、电子书籍销售等等，在无线领域，随着移动网络由第二代到第三代的演变，移动用户将能方便快速的访问因特网上数字媒体内容，基于有线或无线网络的数字媒体内容的应用即将是信息时代新的传统。但是，数字媒体内容的安全问题成了瓶颈问题，一度制约着信息化进程。
为了有效地解决信息安全和版权保护等问题,近年来提出了加解密、数字签名、数字指纹、数字水印等多种技术。其中数字水印是20世纪90年代出现的一门崭新的技术,它通过在数字产品中嵌入水印信息来确定数字产品的所有权或检验数字内容的原始性[1]。它弥补了加解密技术不能对解密后的数据提供进一步保护的不足, 弥补了数字签名不能在原始数据中一次性嵌入大量信息的弱点, 弥补了数字指纹仅能给出版权破坏者信息的局限[2]。国际上一些成立了专门的机构，如拷贝保护技术工作组（CPTWG,Copy Protection Technique Working Group）从1995年开始致力于基于DVD的视频版权保护研究，安全数字音乐创始（SDMI,Secure Digital Music Initiative）从1999年开始研究音频的版权版护，数字水印是其中的核心关键技术。
数字水印（Digital Watermarking）是往多媒体数据，如图像、声音、视频信号等，中添加某些数字信息（水印）而不影响原数据的视听效果，此处我们只讨论人们普遍关心的不可见水印，并且这些数字信息可以部分或全部从混合数据中恢复出来，以达到版权保护等作用。一般地，数字水印应具有如下的特性：安全性，即嵌入在宿主数据中的水印是不可删除的，且能够提供完全的版权证据。鲁棒性，即水印对有意或无意的图像操作与失真具有一定的抵抗力，以及不可觉
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河北工业大学城市学院2011届本科毕业设计说明书
察性，水印对人的感觉器官应是不可觉察的，或者说是透明的。保真性，即加入水印后，并不会损害原来的媒体内容价值[3]。
水印算法识别被嵌入到保护对象中的所有者的有关信息，如注册的用户号码、产品标志或有意义的文字等，并能在需要的时候将其提取出来，用来判别对象是否受到保护，并能够监视被保护数据的传播、真伪鉴别以及非法拷贝控制等，这实际上是发展水印技术的基本动力。尽管版权保护是发展数字水印技术最重要的原动力，事实上人们还发现数字水印还具有其它的一些如真伪鉴别、秘密通信、标志隐含等重要应用。数字水印技术与古老的信息隐藏和数据加密技术关系非常密切，这些技术的发展以及融合为今后信息技术的发展提供必不可少的安全手段。
1.2 数字水印的关键技术及应用
1、从技术上讲，目前的数字水印算法可以分成两类：空域水印算法和频域（变换域）水印算法。在检测水印时，也要首先对信号作相应的数学变换，然后通过相关运算检测水印[4][5]。
（1）空域算法将水印信息直接叠加到图像的空间域上的算法叫空域算法。水印在空域算法中,考虑到人类视觉特性,在载体图像变化较平稳处不隐藏或少隐藏水印信号,而在图像较复杂处隐藏水印信号。它的优点在于对载体影响很小,计算速度较快,隐藏的信息较多,且适合多种媒体。缺点是鲁棒性较差,抗几何变形,噪声和有损压缩等常见信号处理能力较差。但这一特点可用于嵌入脆弱水印。空域的典型算法为: 最低有效位算法(LSB) 水印算法和Patchwork 水印算法[6]。
（2）变换域算法等借鉴扩频通信技术[7],把水印扩展到很多频率段上,每个频率段上的水印信息都小到不可检测的程度。检测时,可以把这些水印信息集中起来,得到一个较高能量的输出；水印信息应嵌入到载体数据中对人的感觉最重要的部分(如频域的低频部分)；水印信号应由具有高斯分布的随机实数序列组成。在变换域内实现扩频相对容易,而且容易利用人类视觉特性,实现自适应嵌入。与空域算法相比,变换域水印有如下优点:a、变换域水印算法通常有很好的鲁棒性；b、变换域上嵌入的水印能量可以分布到空域的所有像素上,有利于水印
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