(毕业论文   页数:38字数:18734)摘要: 随着计算机和网络技术的飞速发展，数字图像、音频和视频产品愈来愈需要一种有效的版权保护方法，另外通信系统在网络环境下的信息安全问题也日益显露出来。数字图像水印技术为上述问题提供了一个有效的解决方案。所谓水印技术就是将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中，以起到版权保护、秘密通信、数据文件的真伪鉴别和产品标志等作用。
本文提出了一种基于小波变换数字图像水印盲算法。该算法主要思想是，先将载体图像进行小波变换；考虑到高频分量只和图像的细节纹理有关，低频部分包含图像大部分能量，为了保证水印图像的不可见性，选择将水印嵌入到高频分量CH、CV。在嵌入水印图像时，本算法用到了扩频技术的思想，嵌入的并不是水印序列本身，而是根据密钥KEY生成的随机序列。在提取水印时，通过计算相关度，从而实现了不使用原载体图像就能提取水印的盲算法。
在成功实现了水印的嵌入和提取后，进行压缩、剪裁、加噪，旋转等攻击，并通过计算提取水印与原水印的相关度来分析算法的效率。实验结果表明：该算法使水印对如下攻击：压缩、剪裁，加噪，有良好的鲁棒性。

关键词： 数字图像水印，小波变换，扩频技术

ABSTRACT
The advent of the Internet and the wide availability of computers, scanners and printers make digital data acquisition, exchange and transmission a simple task. However, making digital data accessible to others through networks also creates opportunities for malicious parties to make salable copies of copyrighted content without permission of the content owner. Digital watermarking has been proposed as a solution to the problem of copyright protection of multimedia documents in networked environments. It makes possible to embed a watermark (such as identification data, serials number, text or image etc) to multimedia documents allowing copyright protection, secret communication, document authentication and so on.
In this paper, a wavelet transform based digital image watermarking blind scheme has been proposed. A wavelet transform to vector images first. Taking into account that only high-frequency components the details of the image texture and low-frequency section contains images most energy, to choice of high-frequency components CH, CV for embedding watermark, in order to guarantee the watermark image is visible. Apply the spread spectrum technology to complete this scheme. It is not embedded watermark sequence itself, but the random sequence according to a KEY. Through calculation of the correlation, it is successful to extract the watermark algorithm blind when there are not original vector images.
After the successful implementation of the watermark embedding and extraction of the embedded watermark image, the following attack experiments have been done: compression, tailoring, increase noise, rotation, and calculated from the original watermark and the watermark relevance. The experimental results confirmed that this blind scheme is robust to a variety of attacks such as, the compression, the tailors, Gauss noise.

KEY WORDS: digital watermarking, wavelet transform, spread spectrum technology

摘要 ii
ABSTRACT iii
第一章 绪论 1
1.1 本课题研究的背景及意义 1
1.2 数字图像水印的发展历程及其现状 2
1.2.1数字图像水印的研究历史 2
1.2.2国内外现状 3
1.3 论文的组织 4
第二章 数字图像水印技术研究 5
2.1 数字图像水印技术及其通用模型 5
2.2 数字图像水印的基本类型 7
2.3 数字图像水印的基本特征 7
2.4 数字图像水印的应用 9
2.5 数字图像水印的性能分析 9
第三章 小波域算法研究 11
3.1 小波的定义 11
3.1.1小波函数 11
3.1.2连续小波变换 11
3.2 离散小波变换 12
3.2.1离散小波函数 12
3.2.2离散小波变换 13
3.2.3多分辨分析 13
3.2.4二维离散小波变换快速算法 14
3.2.5离散图像的二维正交小波分析 15
3.3 小波在数字图像水印中的应用 16
第四章 基于小波变换的扩频数字图像水印盲算法 19
4.1 图像的小波分析 19
4.2 扩频技术的基本原理 19
4.3 水印的嵌入算法 21
4.4 水印的检测算法 23
4.5 实验结果及分析 24
第五章 总结与展望 28
5.1 工作总结 28
5.2 工作展望 28
参考文献 29
致谢 30
附录 31

第一章 绪论
随着通信、计算机和网络技术的飞速发展，数字图像的高速传输、处理和存储已成为现实，但是由于网上的数字图像很容易被截获、复制及篡改，这严重侵犯了单位或个人的知识产权。为解决这一问题，近几年国际上提出了一种全新的信息安全技术，即数字水印技术，并广泛应用于图像、视频和音频等数字媒体。由于它在版权保护、真伪鉴别、秘密通信和隐含标注等领域有着广泛的应用前景，因此它必将成为一个非常重要的研究领域。
1.1 本课题研究的背景及意义
网络和信息技术的快速发展，使得图像、音频和视频等多媒体信息都能够通过数字的形式直接获得和广泛传播，也使得制作其复制品变得非常容易。如果版权作品在非授权的情形下被广泛复制和传播，这便严重侵犯了原作者的合法权益。因而网络信息的安全必须要靠一项强有力的技术来保障。
我国网络技术和信息化的发展一日千里，对网络信息安全的需求也与日俱增。与其它领域不同，网络信息安全是一个特殊的领域，引进国外的技术和产品都将留下安全隐患，必须依靠我国自己的力量来解决。当前我国在网络信息安全方面的基础还相当薄弱，技术落后、人员缺乏等都是我们不得不面对的问题，因此我们必须加强这方面的研究和投入。
采用传统密码学理论开发出来的加密和解密系统，包括经典的密钥系统如DES系统和安全性更好的公钥系统如RSA系统等。对于待加密文件的处理是将其加密成密文，使得在网络传输过程中的非法拦截者无法从中获得机密信息，从而达到保密的目的。但是传统的加密系统并不能很好地解决版权保护问题，因为经过加密后，只有被授权拥有解密密钥的人才可以获取数据，这样就无法向更多的人展示自己的作品。而且数据一旦被用户接收继而被解密后，就完全置身于解密人的控制之下，其对数字作品的保护作用也随即消失。因此网络多媒体时代必须寻求一种新颖的方法来解决多媒体信息安全的问题。
数字水印技术由此孕育而生，并成为近年来对多媒体数据进行安全保护方面研究的一个热点。数字水印技术的核心就是通过在数字产品中嵌入版权信息以提供产品所有权的证据，任何恶意破坏和去除隐藏信息的手段，都将同时导致数字产品被破坏。数字水印信息是嵌在数字产品中的数字信号，水印的存在要以不破坏原数据的欣赏价值、使用价值为原则。由于水印信息并不影响作品的宏观内容，因而水印信息将永久地保存在多媒体作品当中，任何人若试图从作品中剔除水印都不得不大幅度破坏原作品，从而保护了作者的合法版权。
1.2 数字图像水印的发展历程及其现状
1.2.1数字图像水印的研究历史
虽然数字水印的提出是在上世纪九十年代，但是，通过向艺术作品中嵌入标识码以证明所有权的技术思想却可以追溯到1954年。
20世纪50年代中期美国Muzac公司的Emil Hembrooke申请了一项名为“Identification of sound and like signals”的专利。该专利描述了一种将标识码不可感知地嵌入到音乐中而证明所有权的方法。Hembrooke在专利中指出:该发明使得对音乐制作人的身份认证和有效地防止盗版成为可能，它的作用类似于纸张中的水印。这是迄今为止所知道的最早的电子水印技术。从此以后，一些水印技术被提出并根据不同的应用而得以发展。但在20世纪90年代以前，电子水印(特别是数字水印)并未像一个研究课题那样受到实质上的关注。
早期的数字水印技术是针对数字图像进行研究的，关于该技术的论述首见于Tirkel等人在1993年的一篇文章。这篇文章首先提出了电子水印（Electronic watermarking）的说法，其随后发表了另一篇题为“A Digital Watermark”的文章，正式提出了“数字水印”这一术语[1]。当时，他们已经意识到了数字水印的重要性，并且提出了可能的应用，包括图像标记，增强版权保护，防止伪造及控制存取图像数据等。他们针对灰度图像提出了两种向图像最低有效位(LSB Least Significant Bit)中添加水印的方案。其中一种是使用一个口序列来置换图像的最低有效位，另一种是向图像的最低有效位叠加一个。序列，并使用自相关函数对其进行检测。此外，Tirkel还是第一个认识到可以将扩频技术应用到数字水印中去的人，他提出可以使用扩频技术向静止图像中添加水印。上述最低有效位方法比较简单易行，但是该方法的最大缺陷在于水印的鲁棒性很差。对嵌入水印的图像进行常见的按比例缩放、中值滤波等普通处理操作后，水印就无法正确提取。
为了提高水印的鲁棒性，90年代Cox等人提出了一种基于扩频通信的思想，将水印嵌入到图像感知上最重要的频域因子中的水印方案。他们通过利用离散余弦变换(DCT)技术向图像中添加标记，以提高水印对图像处理的鲁棒性。实验结果表明，该方案对各种普通图像处理操作，如按比例缩放、JPEG压缩、抖动和裁剪等具有很好的鲁棒性。甚至在图像经过打印、复印及扫描等处理后，水印仍然能够被恢复出来。这篇文献同时指出，扩频方案还可应用于音频和视频的数字水印技术中，但并未进行实验。Cox方案己经成为数字水印技术中一个比较经典的方案，但其也存在一些缺陷，其中最重要的一点就是水印的提取过程必须有原始图像的参与，即它不是盲水印方案。