电子信息工程毕业设计：图像数字水印技术研究.docx

1、本科毕业论文（20 届）图像数字水印技术研究所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 -本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计） ，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 本科毕业论文（设计） 第 I 页- I -目 录目 录 .I摘 要 .IIIAbstract.IV第一章 引 言 .11.1 选题的背景及意义 .11.2 数字水印研究现状及应用 .11.3 MATLAB 工具简介 .21

2、.3.1 MATLAB 简介 .21.3.2 MATLAB 图像处理函数 .21.4 具体工作安排 .2第二章 图像数字水印的相关理论 .42.1 图像数字水印的概念及基本特征 .42.2 数字水印技术的分类 .42.3 人眼的视觉特性 .52.4 数字水印系统的评价标准 .62.4.1 水印的鲁棒性评价 .62.4.2 水印的不可见性评价 .72.4.3 性能评估和基准测试的一般步骤 .9第三章 图像数字水印技术 .103.1 图像数字水印的基本原理和系统框架 .103.1.1 图像数字水印的基本原理 .103.1.2 图像数字水印算法的基本框架 .103.2 图像数字水印的典型算法 .11

3、3.2.1 空间域数字水印算法 .113.2.2 变换域数字水印算法 .123.3 常见图像水印的攻击方法 .143.3.1 鲁棒性攻击(Robustness Attacks) .143.3.2 表示攻击(Presentation Attacks).143.3.3 IBM 攻击(IBM Attacks) .15第四章 图像数字水印系统设计 .164.1 基于 MATLAB 离散余弦变换 .164.1.1 离散余弦变换算法 .164.1.2 DCT 水印的嵌入和提取 .174.2 基于 MATLAB 离散小波变换 .214.2.1 离散小波变换算法 .214.2.2 DWT 水印的嵌入和提取 .

4、25第五章 对图像数字水印系统的攻击 .285.1 白噪声 .285.2 高斯低通滤波 .295.3 JPEG 压缩 .305.4 图像剪切 .31本科毕业论文（设计） 第 II 页- II -5.5 图像旋转 .32第六章 结 论 .34参考文献 .35致 谢 .36本科毕业论文（设计） 第 III 页- III -图像数字水印技术研究摘 要随着计算机技术和互联网通信的快速发展，丰富多样的数字多媒体信息通过网络广泛传播。但与此同时，网上的信息可以被方便快捷地复制和修改，造成的版权和篡改问题日益受到关注。因此研究图像数字水印技术势在必行。图像数字水印技术是能在开放的互联网下保护作品版权的技术。

5、通常是作品在人类不可见的领域当中嵌入版权信息，使作品在流传过程中即使被修改、盗用也能通过一定的方式显示所有权，让侵权行为无处遁形。图像数字水印算法按照嵌入域来划分，分为空间域方法和变换域方法。空间域方法在经过改动后，水印极易丢失，失去保护版权的效果。变换域方法则不同，即使经过图像处理操作，也能保持水印的完整，是图像数字水印技术研究的重点。目前主要有两种变换域方法：一种是离散余弦变换，另一种是离散小波变换。本文这两种变换方法进行不同程度的研究。最后通过 MATLAB软件进行图像数字水印嵌入、提取、检测、攻击等实验仿真来验证图像数字技术的可行性。关键词：数字水印，信息隐藏，离散余弦变换，视觉系统，

6、MATLAB本科毕业论文（设计） 第 IV 页- IV -Research on Digital image watermarking technologyAbstractWith the rapid development of computer technology and Internet network communication, a various kinds of digital multimedia information dissemination through the network. But at the same time, the information on in

7、ternet can be quickly and easily duplicated and modified, Copyright and tampering with the problems caused by growing concern. So the digital image watermark technology is imperative. Digital image watermark technology can be protection works in the open Internet copyright technology. Usually it wor

8、ks to embed copyright information in which human beings are not visible areas, So that works even in the process of spreading is modified, but also through theft display a certain way ownership, let nowhere to hide violations. Embedded image watermarking algorithm according to domain divided into sp

9、atial domain methods and transform domain methods. Spatial domain methods after a change, watermark easily lose, the effect of the loss of copyright protection. Transform domain methods are different, even after the image processing operation, but also to maintain the integrity watermarks, it is an

10、image watermarking technology research focus. There are two main methods transform domain, one is the discrete cosine transform, another is the discrete wavelet transform, In this paper, two different degrees of transformation methods research. Finally, feasibility through MATLAB software image digi

11、tal watermark embedding, extraction, simulation experiments to detect, attack and other digital technology to verify the image.Keywords: information hiding, digital watermark, discrete cosine transform, human visual system, MATLAB本科毕业论文（设计） 第 1 页- 1 -第一章 引 言1.1 选题的背景及意义随着云时代的来临，各种各样的多媒体数字信息以大爆炸的形式发展

12、。以互联网为载体的媒体传播和交易极大地推动了信息化、社会化的前进。数字媒体的表示、压缩、存储、传播以及处理等方面技术的突破也给人们带来了极大的便利。但也有很多不法分子利用这种便利肆意复制，无限制的传播获得利益，这种损害创作者合法权益的行为应该得到严厉的制止和惩罚。不然保护知识产权只是一句空话，而这后果会使得文化发展水平越渐降低。图像数字水印技术就是在这种环境下于 20 世纪 90 年代初发展起来的。如今图像数字水印技术发展得更加成熟，并一直保持着很高的研究热度。数字水印技术研究分类归属于信息隐藏着一类学科，是将关键的信息隐藏在数字载体上，在传播的过程中能够很好地隐藏好水印，并且在数据传输中被有

13、意或无意地变动时，包含的关键信息还不会失效。1.2 数字水印研究现状及应用数字水印研究始发于 90 年代末期 Van Schyndel 在 ICIP94 会议上发表的题为“A digital watermark”的论文标志这一领域的开始。数字水印技术成为国际学术界必定研究的课题和方向，并让人们对信号处理、信息隐藏等领域有了更深的认识。国际学术会议之一信息隐藏学术讨论会议至今已成功地举办了许多次，发表了大量的研究作品。一些重要的国际学术研究会议，也出版了关于图像数字水印的书籍。在美国的一些前沿科研单位也对图像数字水印进行研究讨论，为技术的拓展做出了重要的贡献。在这些位于学术界前沿的机构中，发明申

14、请的专利也让人们对着一技术有了更深一层次的理解。许多跨国企业也对这项技术研究投入大量的人力物力，在对数字水印商业化的道路上更进一步。我国学术界在这方面的研究起步很晚，但是为了在对知识保护产权方面的发展，也努力跟紧世界潮流。国内政府对此非常重视，不断地从政治与财政方面给予大量的支持。也紧跟世界水印技术发展的步伐，不停地有科研机构相继投入其中，国家也不断地从政治与财政方面给予大量的支持。我国从无到有，经历了不少波折得到了数字水印技术的入门票。虽然还只是摸到了前进的门槛，但也有了自己特色的技术方法。本科毕业论文（设计） 第 2 页- 2 -随着国内大数据时代的来临，图像水印技术的需求将大大的增加，带

15、动更多的人投入到这方面的研究开发中去，相信到时候会有更多更好的数字水印技术研发出来。1.3 MATLAB 工具简介1.3.1 MATLAB 简介MATLAB 从 1982 年推出至今，已成为了世界上最为流行的解决工程和科学问题的平台。基于矩阵的 MATLAB 语言是世界上最自然的计算数学表示方法。内置图形使得可视化和洞察数据变得简单易行。大量的预制工具箱库，如其中的信号处理(signal processing)、控制系统 (control system)、神经网络(neural network)、图像处理(image processing)、鲁棒控制 (robust control)、非线性系

16、统控制设计 (nonlinear system control design)、系统辨识(system identification)、最优化(optimization)、模糊逻辑(fuzzy logic)、小波(wavelet)、通信(communication )、统计(statistics)等全部经过严格测试，这些工具箱能给在各个领域和工程研究者们提供了有力的帮助。1.3.2 MATLAB 图像处理函数（1）数据输入输出函数imread 和 imwrite：可以读写 bmp,jpg/jpeg, tif/tiff, png, hdf, pcx, wxd 格式文件；figure：控制画图的窗

17、口。（2）图像显示image：按照图像坐标轴的大小来显示图片；imshow：按照图像像素大小来显示图片。（3）图像处理一般函数rotate：可以对图像进行任意角度的旋转；imcrop：可以对图像进行任意位置的剪切；imresize：可以对图像进行放大或缩小；imnoise：可以对图像添加噪声。1.4 具体工作安排本文主要研究图像的数字水印系统，具体内容安排如下：第一章，引言。介绍数字水印的背景和当前国内外的发展状况以及对本篇设计所本科毕业论文（设计） 第 3 页- 3 -采用的工具软件 MATLAB 做了简单的介绍，并对图像处理所要用到的函数做了说明。第二章，图像数字水印的相关理论。介绍图像数

18、字水印的概念，对数字水印技术做了一个简要的分类，说明水印隐藏的关键是人眼视觉，对数字水印系统性能的评价标准进行了讨论。第三章，图像数字水印技术。说明数字水印的原理和系统框架，把一般上使用的算法进行优缺点的分析，把现如今流行的对图像水印的攻击方法一一列出。第四章，图像数字水印系统的设计。在对离散余弦变换和离散小波变换进行详细的理论研究后，充分利用 MATLAB 这一专业工具把数字水印的嵌入和提取过程仿真出来。第五章，对图像数字水印系统的攻击。使用 MATLAB 专业工具对 DCT 变换后的水印图片进行攻击仿真，再将从中提取出的水印与没受到攻击提取的水印进行对比，分析本文运用的 DCT 算法的优缺

19、点。第六章，结论。对全文进行概括总结。本科毕业论文（设计） 第 4 页- 4 -第二章 图像数字水印的相关理论2.1 图像数字水印的概念及基本特征图像数字水印技术就是为了在侵权地图像处理行为中把能证明版权的不可见数字水印保存下来，作为鉴定、起诉非法侵权的证据，通过对水印的检测和分析来保证数字信息的完整性 1。数字水印紧密地与原始图像结合，能经过一些图片的修改而不丢失，且不影响可用性。它是信息隐藏的一个研究分支，是解决多媒体数据版权保护问题的有效手段之一。一般地，图像数字水印具有如下的基本特征： (1)不可见性。不可见性包含两方面的意思，一个指视觉上的不可见性，理想的状况是含水印图像与原始图像在

20、视觉上一模一样，这是大多数水印算法应达到的要求；另一方面水印用统计方法也是不能恢复的 2。 (2)确定性。嵌入到图像中的水印应能被唯一确定地检测并提取，从而可靠地判定该作品的真正所有者，而不会出现检测不到嵌有水印的图像中的水印或报告不含有水印的图像中含有水印这样的错误 3。 (3)安全性。要求能够起到把作品版权信息在违法的行为下保护起来的作用。(4)可证明性。水印能够为受到保护的图像的归属提供完全可靠的证明。在需要的时候，水印检测算法能够识别并提取嵌入在保护对象中的所有者的相关信息。(5)鲁棒性。鲁棒性水印能在异常和危险的情况下，仍能够被完整识别出来。在实际应用中这是一项重要的指标。2.2 数字水印技术的分类(1)由水印特性划分为鲁棒性水印和脆弱水印。鲁棒性是系统在危险波动的情况下仍然能够作出有效输出的性能，鲁棒性水印就是可以通过恶意或非恶意攻击处理后仍然能保证水印在一定程度上的有效性。脆弱水印则是对改动非常敏感，人们基于此来判断数据的完整性。(2)由水印的检测过程划分为明文水印、半盲水印和盲水印。明文水印只有在检测过程加入原始的数据和原始的水印，才能对含水印的图像进行提取，这种水印的安全性很高，但在使用时往往需要配套与水印有关的完整的原始数据合集，使用成本巨大。半盲水印在检测中还需要原始水印，而盲水印只需要密钥，这样能够处于网络环境下