數(shù)字水印課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　單片機(jī)應(yīng)用實(shí)習(xí)任務(wù)書(shū)</p><p>　　學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：</p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位：</p><p>　　題 目：數(shù)字水印算法設(shè)計(jì)</p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)；

2、matlab軟件等。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù):</p><p>　　通過(guò)課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)需要選學(xué)參考書(shū)，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過(guò)獨(dú)立思考﹑深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生逐步建立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。每個(gè)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)選題中選做一個(gè)專(zhuān)題，學(xué)會(huì)用MATLAB 語(yǔ)言編寫(xiě)信號(hào)與系統(tǒng)及數(shù)字信號(hào)處理

3、的仿真程序；認(rèn)真分析每個(gè)題目的具體要求；上機(jī)前初步編好程序，上機(jī)時(shí)認(rèn)真調(diào)試程序；課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)提交符合格式要求的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p>　　學(xué)習(xí)掌握一種數(shù)字水印算法，選擇兩幅圖像分別作為版權(quán)圖像和水印圖像，采用水印嵌入算法成生含水印圖像。采用水印提取算法，提取出嵌入水印。并對(duì)水印算法的魯棒性進(jìn)行測(cè)試。</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p

4、><p>　　2012年6月20日---2012年7月5日</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日</p><p>　　摘要..........................................

5、.......................................................................................I Abstract .........................................................................................................................

6、II</p><p>　　1引言............................................................................................................................. 1</p><p>　　1.1選題背景...................................

7、....................................................................... 1</p><p>　　1.2數(shù)字水印技術(shù)的研究動(dòng)態(tài).............................................................................. 2</p><p>　　2數(shù)字圖像水印

8、技術(shù)綜述............................................................................................. 3</p><p>　　2.1數(shù)字水印的定義和基本原理.......................................................................... 4</p&

9、gt;<p>　　2.2基于DCT域的數(shù)字水印技術(shù).......................................................................... 5</p><p>　　2.3工具選擇..................................................................................

10、........................ 7</p><p>　　3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)..................................................................................................................... 9</p><p>　　3.1水印的嵌入算法..............

11、................................................................................ 9</p><p>　　3.2水印的提取算法.............................................................................................. 9</p>

12、;<p>　　4.MATLAB仿真............................................................................................................... 9</p><p>　　4.1水印嵌入與提取程序運(yùn)行結(jié)果............................................

13、........................ 10</p><p>　　4.2水印攻擊實(shí)驗(yàn)................................................................................................ 10</p><p>　　6總結(jié)....................................

14、....................................................................................... 14</p><p>　　7參考文獻(xiàn)......................................................................................................

15、............. 15</p><p>　　附錄：.......................................................................................................................... 16</p><p>　　隨著數(shù)字技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多媒體都采用了數(shù)字化的

16、儲(chǔ)存方式，并且通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)發(fā)布，這給信息的傳播帶來(lái)了很大的便利。但是數(shù)字媒體很容易被非法復(fù)制，其版權(quán)保護(hù)逐漸成為需要迫切解決的問(wèn)題。數(shù)字水印技術(shù)被認(rèn)為是解決此問(wèn)題最有效的方法，作為版權(quán)保護(hù)的重要手段而得到了廣泛的研究和應(yīng)用，是信息領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。數(shù)字水印技術(shù)涉及到大量圖像處理算法數(shù)學(xué)計(jì)算工具等，用普通編程工具實(shí)現(xiàn)上述算法將要花費(fèi)大量的時(shí)間。MATLAB語(yǔ)言是Math Works 公司推出的一種簡(jiǎn)單高效功能極強(qiáng)的高級(jí)語(yǔ)言，具有高性能數(shù)

17、值計(jì)算能力和可視化計(jì)算環(huán)境 許多復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題只需短短的幾行代碼就可在 中實(shí)現(xiàn)。本文基于典型的DCT 離散余弦變換數(shù)字水印算法過(guò)程，用MATLAB實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的嵌入提取和攻擊測(cè)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字水印，DCT, MATLAB</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Along with the

18、 digital technology and the rapid development of Internet technology, many media have adopted digital storage, and through the Internet to release, which give information transmission has brought great convenience.Howeve

19、r, digital media can be illegally copied, its copyright protection has become an urgent need to address the problem.Digital watermarking technology is considered to be the most effective method to solve this problem, as

20、an important means of copyright protection has</p><p>　　Keywords: digital watermarking, DCT, MATLAB</p><p><b>　　1引言</b></p><p><b>　　1.1選題背景</b></p>&l

21、t;p>　　數(shù)字水印技術(shù)是目前信息安全技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)新方向，是一種可以在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保護(hù)版權(quán)和認(rèn)證來(lái)源及完整性的新型技術(shù)。它是信息隱藏學(xué)的一個(gè)重要分支，它用信號(hào)處理的方法在多媒體數(shù)據(jù)中嵌入特制的隱蔽的標(biāo)記，這種標(biāo)記的嵌入不會(huì)引起宿主媒體主觀質(zhì)量下降，不易察覺(jué)，人們無(wú)法從表面上感知水印，只有專(zhuān)用的檢測(cè)器或計(jì)算機(jī)軟件才可以檢測(cè)出隱藏的數(shù)字水印，并且水印具有很強(qiáng)的對(duì)抗非法破解的能力。為了保護(hù)版機(jī)人的經(jīng)濟(jì)利益在數(shù)字作品上直接標(biāo)識(shí)版權(quán)人

22、的信息會(huì)明顯損害作品的質(zhì)量，而利用文件的附加信息標(biāo)識(shí)版權(quán)又很不安全。相比之下，在不過(guò)多損害作品質(zhì)量的前提下，使用數(shù)字水印技術(shù)將版權(quán)管理信息秘密嵌入數(shù)據(jù)中，是一個(gè)非常理想的解決方案。</p><p>　　從學(xué)術(shù)研究角度而言，數(shù)字水印技術(shù)是一項(xiàng)橫跨信息處理、圖像處理、多媒體技術(shù)、密碼學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的高新技術(shù)前沿課題，包括數(shù)字水印在內(nèi)的信息隱藏技術(shù)尚未形成完整的學(xué)科理論體系。因此，這是一項(xiàng)重要的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。同時(shí)它又是

23、一項(xiàng)與實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合的高新技術(shù)，其成果將成為擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，發(fā)展為具有自身特色的軟件產(chǎn)品和專(zhuān)用芯片，隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有著一份廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。</p><p>　　數(shù)字水印的提出引起了學(xué)術(shù)界極大的興趣，到現(xiàn)在短短的幾年時(shí)間，就有大量的數(shù)字水印算法被提出來(lái)。那么，如何既方便又高效的實(shí)現(xiàn)這些算法呢？數(shù)字水印算法涉及大量圖像處理、數(shù)學(xué)計(jì)算等，如果僅僅采用普遍編程工具所提供的功能?chē)?yán)實(shí)再次地花費(fèi)大量的時(shí)間用在上

24、述算法的編程及調(diào)試上。因此選擇一種高性能的科學(xué)與工程計(jì)算軟件是很在必要的。目前，在工程計(jì)算上應(yīng)用十分廣泛的MATLAB軟件是首選的編程語(yǔ)言。MATLAB是一個(gè)適合多個(gè)學(xué)科使用的功能強(qiáng)大的軟件，含有十分浩大的函數(shù)，MATLAB語(yǔ)言是Mathworks公</p><p>　　司推出的一種簡(jiǎn)單、高效、功能極強(qiáng)的高級(jí)語(yǔ)言，具有高性能數(shù)值計(jì)算能力和可視化計(jì)算環(huán)境。許多復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題只需短短的幾行代碼就可在MATLAB中實(shí)現(xiàn)

25、。本文介紹典型的數(shù)字水印算法，用MATLAB實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的嵌入、提取和攻擊測(cè)試的方法。</p><p>　　1.2數(shù)字水印技術(shù)的研究動(dòng)態(tài)</p><p>　　數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，多媒體數(shù)字世界豐富多彩，數(shù)字產(chǎn)品幾乎影響到每一個(gè)人的日常生活。信息媒體的數(shù)字化為信息的存取提供了極大的使得，同時(shí)也顯著地提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確度。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)特別是互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，使得數(shù)據(jù)的交換和傳輸變成了

26、一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單且快捷的過(guò)程。人們借助計(jì)算機(jī)、數(shù)字掃描儀、打印機(jī)等電子設(shè)備可以方便、迅速地將數(shù)字信息傳達(dá)到世界各地，在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布自己的作品，傳遞重要的信息，進(jìn)行各種學(xué)術(shù)交流和電子商務(wù)活動(dòng)等等。如何保護(hù)這些與我們息息相關(guān)的數(shù)字作品，如版權(quán)保護(hù)、信息安全、數(shù)據(jù)認(rèn)證以及訪問(wèn)控制等等，就被日益重視并變得迫切需要了。借鑒普通水印的含義和功用，人們采用類(lèi)似的概念保護(hù)諸如數(shù)字圖像、數(shù)字音樂(lè)、數(shù)字文本等這樣的數(shù)據(jù)，因此數(shù)字水印在今天的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)

27、代大有可為。</p><p>　　數(shù)字水印技術(shù)是近十年才發(fā)展起來(lái)的，它是信息隱藏學(xué)的一個(gè)分支（如圖</p><p>　　1.1）。隨著國(guó)內(nèi)信息化程度的提高和電子商務(wù)逐漸走向?qū)嵱?，?shù)字水印技術(shù)將會(huì)擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　圖1.1信息隱藏技術(shù)的分類(lèi)</p><p>　　2數(shù)字圖像水印技術(shù)綜述</p><p

28、>　　數(shù)字水印是一種數(shù)字標(biāo)記，可以是數(shù)字、序列號(hào)、文字、圖像標(biāo)志等標(biāo)識(shí)或版權(quán)信息，一般包括版權(quán)所有者的標(biāo)記或代碼，以用能證實(shí)用戶合法擁有數(shù)據(jù)的用戶代碼等基本信息，將它秘密地內(nèi)嵌到數(shù)字產(chǎn)品中可能幫助識(shí)別確定產(chǎn)品的內(nèi)容、著作權(quán)、使用權(quán)、完整性等。水印技術(shù)與傳統(tǒng)的信息加密都是把信息的保護(hù)轉(zhuǎn)化為對(duì)密鑰的保護(hù)。因此，水印技術(shù)沿襲了傳統(tǒng)加密技術(shù)的一些基本思想和概念，但兩者采用的保護(hù)信息手段不同：傳統(tǒng)的加密算法一般是基于文本數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的，它把一段

29、有意義的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成看起來(lái)沒(méi)有意義的數(shù)據(jù)，如DES（Data Encryption Standard）和RSA（以三個(gè)發(fā)明者的首位字母命名）。由于將明文數(shù)據(jù)加密成密文數(shù)據(jù)，使得在網(wǎng)絡(luò)傳遞過(guò)程中非法攔截者無(wú)法從中獲得信息，從而達(dá)到保密的目的。雖然，我們可以把媒體數(shù)據(jù)作為文本數(shù)據(jù)流一樣看待，使用傳統(tǒng)的加密算法進(jìn)行加密，但是，多媒體數(shù)據(jù)流具有的特性與文本數(shù)據(jù)的特性有很大不同。因此，目前的傳統(tǒng)加密方法如DES、3-DES或RSA等也很難滿足多媒

30、體應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性等要求。而數(shù)字水印技術(shù)則是把一個(gè)有意義的信息隱藏在另一個(gè)稱(chēng)為載體信息的公開(kāi)信息中，而可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者難以從公</p><p>　　斷機(jī)密信息是否存在或截獲機(jī)密信息，從而保證機(jī)密信息的安全。</p><p>　　2.1數(shù)字水印的定義和基本原理</p><p>　　從信號(hào)處理的角度看，在載體圖像中嵌入數(shù)字水印可以視為在強(qiáng)背景（即原始圖像）下疊加一

31、個(gè)視覺(jué)上看不到的弱信號(hào)（水?。?，由于人的視覺(jué)系統(tǒng)（HVS），分辨率受到一定的限制，只要疊加信號(hào)的幅度低于HVS的對(duì)比度門(mén)限，HVS就無(wú)法感覺(jué)到信號(hào)的存在，因此，通過(guò)對(duì)載體對(duì)象作一定的調(diào)整，就有可能在不引起人感知的情況下嵌入一些信息。</p><p>　　所有水印系統(tǒng)都包括兩個(gè)基本的構(gòu)造模塊：水印嵌入模塊和水印提取或檢測(cè)模塊。數(shù)字水印技術(shù)實(shí)際上是通過(guò)對(duì)水印載體媒質(zhì)的分析、嵌入信息的預(yù)處理、信息嵌入點(diǎn)的選擇、嵌入方式

32、的設(shè)計(jì)、嵌入調(diào)制的控制等幾個(gè)相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理優(yōu)化，尋求滿足不可感知性安全可靠性穩(wěn)健性等諸條件約束下的最優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。</p><p>　　2.1.1水印嵌入模塊</p><p>　　水印嵌入模塊就是把水印信號(hào)w嵌入到原始圖像I，從而得到含水印信號(hào)Iw。水印嵌入過(guò)程如圖2.1所示。</p><p>　　圖 2.1 水印嵌入框圖</p><p&g

33、t;　　2.1.2水印提取或檢測(cè)模塊</p><p>　　水印提取或檢測(cè)就是判斷某一數(shù)據(jù)中是否含有指定的水印信號(hào)，并可能恢復(fù)出水印信息。提取或檢測(cè)算法主要是設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)于嵌入過(guò)程的檢測(cè)算法。檢測(cè)的結(jié)果或是原水?。ㄈ缱址驁D像等），或是基于統(tǒng)計(jì)原理的只能判斷水印存在與否。檢測(cè)方案的目標(biāo)是使錯(cuò)判與漏判的概率盡量小。為了給攻擊者增加去除水印的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都在水印加入、提取時(shí)采用密鑰，只有掌握密鑰的人才

34、能讀出水印。水印的提取過(guò)程如圖2.2所示，檢測(cè)過(guò)程如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.2 水印提取框圖</p><p>　　圖2.3 水印檢測(cè)框圖</p><p>　　2.2基于DCT域的數(shù)字水印技術(shù)</p><p>　　離散余弦變換（Discrete Cosine Transform）屬于正交變換圖像編碼</p>

35、<p>　　方法中的一種。正交變換圖像編碼始于1968年。當(dāng)時(shí)安德魯斯（Andrews）等人發(fā)現(xiàn)大多數(shù)自然圖像的高頻分量相對(duì)幅度較低，可完全舍棄或者只用少數(shù)碼字編碼，提出不對(duì)圖像本身編碼，只對(duì)其二維傅立葉（DFT）系數(shù)進(jìn)行編碼和傳輸。但DFT是一種正交變換，運(yùn)算量很大，常常使實(shí)時(shí)處理發(fā)生困難，第二年他們就用Walsh-Hadamard變換（WHT）取代DFT可以使運(yùn)算量明顯減少，這是因?yàn)閃HT變換只有加減法而無(wú)需乘法。但是更有

36、意義的是離散余弦變換和離散正旋變換的出現(xiàn)，它們具有快速算法，精確度高。其中最重要的是1974年提出的DCT，因?yàn)槠渥儞Q矩陣的基向量很近似于托伯利茲矩陣</p><p>　　的特征向量，而托伯利茲矩陣又體現(xiàn)了人類(lèi)語(yǔ)言及圖像信號(hào)的相關(guān)性。因此，DCT常常被認(rèn)為是語(yǔ)音與圖像信號(hào)變換的準(zhǔn)最佳變換。</p><p>　　圖像是二維的，所以在研究時(shí)主要用到二維DCT，以及二維IDCT來(lái)對(duì)</p&

37、gt;<p><b>　　圖像進(jìn)行處理。</b></p><p>　　2.2.1離散余弦變換（DCT）的定義</p><p>　　數(shù)字圖像X（m,n）是具有M行N列的一個(gè)矩陣。為了同時(shí)減弱或去除</p><p>　　圖像數(shù)據(jù)相關(guān)性，可以運(yùn)用二維DCT，將圖像從空間域轉(zhuǎn)換到DCT變換域。 根據(jù)定義，二維離散余弦變換（DCT）定義如下

38、：</p><p><b>　　Y(k,l)?2</b></p><p>　　MNM?1N?1c(k)c(l)??X(m,n)cos(2m?1)k?</p><p>　　2Mcos(2n?1)l?</p><p><b>　　2N(1)</b></p><p><b&g

39、t;　　m?0n?0</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　m，k=0,1,?,M-1; n， l=0,1,?,N-1。</p><p>　　?其中函數(shù)c(k)??</p><p><b>　　?1</b></p><p><

40、b>　　?1c(l)??</b></p><p>　　?12k?02k?0k?1,2,?,M?1</p><p>　　k?1,2,?,N?1</p><p>　　二維逆離散余弦變換（IDCT）的定義如下： X(m,n)?2</p><p>　　MNM?1N?1??K?0L?0c(k)c(l)Y(k,l)cos(2m?1)k

41、?2Mcos(2n?1)l?</p><p><b>　　2N(2)</b></p><p>　　式中：m，k=0,1,?,M-1; n，l=0,1,?N-1。</p><p>　　2.2.2離散余弦變換的特點(diǎn)</p><p>　　在基于DCT的變換編碼中，圖像是先經(jīng)分塊（8×8或16×16）后再經(jīng)&

42、lt;/p><p>　　DCT，這種變換是局部的，只反映了圖像某一部分的信息。當(dāng)然也可以對(duì)整幅圖像的特點(diǎn)，但是運(yùn)算速度比分塊DCT要慢。圖像經(jīng)DCT后，得到的DCT圖像有三個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　一是系數(shù)值全部集中到0值附近（從直方圖統(tǒng)計(jì)的意義上），動(dòng)態(tài)范圍很</p><p>　　小，這說(shuō)明用較小的量化比特?cái)?shù)即可表示DCT系數(shù)；</p><p&

43、gt;　　二是DCT變換后圖像能量集中在圖像的低頻部分，即DCT圖像中不為零</p><p>　　的系數(shù)大部分集中在一起（左上角），因此編碼效率很高。</p><p>　　三是沒(méi)有保留原圖像塊的精細(xì)結(jié)構(gòu)，從中反映不了原圖像塊的邊緣、輪</p><p>　　廓等信息，這一特點(diǎn)是由DCT缺乏時(shí)局域性造成的。</p><p>　　圖像DCT變換后大

44、部分參數(shù)接近于零，只有左上角的低頻部分有較大的</p><p>　　數(shù)值，中頻部分參數(shù)值相對(duì)較小，而大部分高頻參數(shù)值非常小，接近于零。</p><p><b>　　2.3工具選擇</b></p><p><b>　　2.3.1 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　Matlab是當(dāng)前在國(guó)內(nèi)外十分流行的工

45、程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)仿真軟件包。它是</p><p>　　MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一人方便的、界面友好的用戶環(huán)境。</p><p>　　Matlab的推出得到了各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者的廣泛關(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能為各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。由各個(gè)專(zhuān)家學(xué)者相繼推出了MATLAB工具箱，其中的信號(hào)處理(

46、signal processing)、控制系統(tǒng)(control system)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neural network)、圖像處理(image processing)、魯棒控制(robust control)、非線性系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)(nonlinear system control design)、系統(tǒng)辨識(shí)(system identification)、最優(yōu)化(optimization)、模糊邏輯(fuzzy logic)、小波(wavel

47、et)、通信(communication)、統(tǒng)計(jì)(statistics)等工具箱，這些工具箱給各個(gè)領(lǐng)域的研究和工程應(yīng)用提供了有力的工具，借助于這些“巨人肩上的工具”，各個(gè)層次的研究人員可直觀、方便地進(jìn)行分析、計(jì)算及設(shè)計(jì)工作，從而大大地節(jié)省了時(shí)間。</p><p>　　2.3.2MATLAB研究數(shù)字水印的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　?、?集成了DCT、DWT等函數(shù)有豐富的小波函數(shù)和處理函數(shù)，這不

48、僅方便了研</p><p>　　究人員，而且使源程序簡(jiǎn)潔明了、易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　② 強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。能夠方便、高效地實(shí)現(xiàn)音頻、視頻中的大量矩陣</p><p><b>　　運(yùn)算。</b></p><p>　　③ 提供了圖像處理工具箱、小波分析工具箱、數(shù)字信號(hào)處理工具箱。用來(lái)</p><

49、p>　　編制跨數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理等多學(xué)科的數(shù)字水印技術(shù)是非</p><p><b>　　常好的選擇。</b></p><p>　?、?MATLAB與目前最強(qiáng)大的編程工具——Visual C++具有良好的接口。</p><p>　　2.3.3 MATLAB函數(shù)介紹</p><p>　　在介紹函數(shù)之前，我們

50、必須明確一點(diǎn)：作水印程序時(shí)，處理的圖像數(shù)據(jù)是二維信號(hào)，而聲音信號(hào)是一維信號(hào)。這里，我們僅僅簡(jiǎn)單介紹與水印有關(guān)的函數(shù)。</p><p>　　① 數(shù)據(jù)輸入輸出函數(shù)</p><p>　　imread（）和imwrite（）：可以讀寫(xiě)bmp,jpg/jpeg, tif/tiff, png, hdf, pcx, wxd格式文件。讀索引文件時(shí)，還可以得到相應(yīng)的調(diào)色板數(shù)據(jù)。</p><

51、;p>　　auread（）、auwrite（）、wavread（）和wavwrite（）：可以方便地讀寫(xiě)au和wav文件，并可控制其中的位及頻率。</p><p><b>　?、?圖像顯示</b></p><p>　　imshow()：顯示一幅圖像；imfinfo()：可以得到讀入圖像的信息。如文件的大小、格式、格式版本號(hào)、圖像的高度、寬度、顏色類(lèi)型（真彩色，

52、灰度圖還是索引圖）等。</p><p><b>　　③ 變換頻函數(shù)</b></p><p>　　對(duì)信號(hào)采用不同的變換，是實(shí)現(xiàn)頻域法水印的至關(guān)重要的一步，MATLAB</p><p>　　中對(duì)一維信號(hào)和二維信號(hào)分別提供了各種變換和逆變換函數(shù)。</p><p>　　? 離散余弦變換（DCT）</p><

53、p>　　dct(),dct2():分別實(shí)現(xiàn)一維信號(hào)和二維信號(hào)的DCT（離散余弦變換）；</p><p>　　idct(),idct2():分別實(shí)現(xiàn)一維信號(hào)和二維信號(hào)的IDCT（逆向離散余弦變換）；</p><p><b>　?、芄艉瘮?shù)</b></p><p>　　對(duì)算法進(jìn)行攻擊測(cè)試是對(duì)水印魯棒性檢測(cè)的一種重要手段，一個(gè)好的水印算法必須經(jīng)

54、過(guò)各種攻擊測(cè)試才能對(duì)之做出客觀的評(píng)價(jià)。MATLAB中的許多函數(shù)可以直接用來(lái)做攻擊測(cè)試。</p><p>　　剪裁：imcrop()可以按精確定位的各點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行剪裁；</p><p>　　jpeg壓縮：imwrite()中jpg和quality參數(shù)能對(duì)圖像進(jìn)行可控jpg壓縮；</p><p>　　加各種噪聲：imnoise()可以對(duì)圖像加入各種噪聲，如白噪聲、椒鹽噪聲

55、等，</p><p>　　加入噪聲是對(duì)水印魯棒性考驗(yàn)的一種常見(jiàn)的攻擊；</p><p>　　放大/縮?。篿mresize()可以以指定的插值方法來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行放大和縮小 3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　3.1水印的嵌入算法</p><p>　　設(shè)X=f（x,y）為原始宿主圖像，大小為Mc×Nc;flag為水印圖像，大小為</p

56、><p>　　Mm×Nm。Mc、Nc分別是M</p><p>　　'm、Nm的偶數(shù)倍。水印的嵌入步驟如下： ''Step1:將原始宿主圖像分成互不覆蓋的子塊，塊的大小為8x8，記為Xm=fm(x,'y)。其中m=1，2，?，（Mc/8）x(Nc/8)，0≤x，y≤8。</p><p>　　mStep2:并根據(jù)載體圖像的塊數(shù)，將大

57、小為M</p><p>　　覆蓋的子塊，塊的大小為（M、Nm水印圖像w(x,y)分成互不'x8/Mc）x(Nmx8/Nc)，記為Wm=wm(x,m y)。'</p><p>　　Step3:將載體圖像塊逐一DCT變換，記為</p><p>　　Ym=DCT(Xm)=Fm（u，v），</p><p>　　其中Fm(u，v)為第m

58、個(gè)圖像離散余弦變換后空間頻率（u，v）處的大小。Y為從Fm(u，v)中頻選出的加載的位置，1≤r≤（M</p><p>　　為水印Wm= wm(x,''mx8/Mc）x(Nmx8/Nc)；Wb(r) y)位置坐標(biāo)。按照加法準(zhǔn)則，將水印塊嵌入其中。公式如下：Y'</p><p><b>　　r??Wb(r)。</b></p><

59、;p>　　'其中，?為強(qiáng)度因子，然后用Yr來(lái)代替嵌入水印后的DCT中頻系數(shù)。</p><p>　　Step4:對(duì)各子塊DCT反變換，得到嵌入水印后的圖像X?f'(x,y)。 '</p><p>　　3.2水印的提取算法</p><p>　　水印提取是水印算法中的關(guān)鍵部分，是水印嵌入的逆過(guò)程。水印提取過(guò)程如下： 首先將含水印圖像分別分成互

60、不覆蓋的子塊，塊的大小為8×8，記為X’m=f’(x’，y’)。其中m=1，2?, （Mc/8）x(Nc/8),0≤x’,y’≤8</p><p>　　對(duì)每一個(gè)子塊進(jìn)行二維DCT反變換，然后提取水印嵌入位置的中頻系數(shù)，利用公式wb(r)=Yr/?計(jì)算出水印信息，最后合并成整圖。</p><p>　　4.MATLAB仿真</p><p>　　MATLAB中對(duì)

61、一維信號(hào)和二維信號(hào)分別提供了各種變換和逆變換函數(shù)。例如dct()、dct2()分別實(shí)現(xiàn)一維信號(hào)和二維信號(hào)的DCT（離散余弦變換），idct()、idct2()分別實(shí)現(xiàn)一維信號(hào)和二維信號(hào)的IDCT(逆向離散余弦變換)。它們是實(shí)現(xiàn)</p><p>　　頻域水印算法必不可少的工具。</p><p>　　下面以256×256的灰度圖像lena為原始宿主圖像、以32×32的二值圖

62、像flag為水印圖像為例，給出利用MATLAB實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的過(guò)程。</p><p>　　4.1水印嵌入與提取程序運(yùn)行結(jié)果</p><p><b>　　原始公開(kāi)圖</b></p><p><b>　　像水印圖</b></p><p><b>　　像</b></p>

63、<p><b>　　含水印的圖</b></p><p><b>　　像提取的水印</b></p><p>　　圖4.1水印嵌入與提取</p><p>　　比較【含水印的圖像】和【原始公開(kāi)圖像】，仿真結(jié)果表明，嵌入水印后圖像仍有很好的視覺(jué)效果，水印對(duì)原始圖像的視覺(jué)表達(dá)幾乎沒(méi)有影響，以至于不易覺(jué)察。</p>

64、;<p>　　比較【水印圖像】和【提取的水印】，仿真結(jié)果表明，從圖像中提取出來(lái)的水印圖像可以清晰精準(zhǔn)識(shí)別，驗(yàn)證了嵌入和提取算法的穩(wěn)定性和有效性。</p><p><b>　　4.2水印攻擊實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　由于數(shù)字水印在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)遭到各種各樣的攻擊，因此對(duì)算法進(jìn)行攻擊測(cè)試是衡量一個(gè)水印算法優(yōu)劣的重要手段，并測(cè)定提取前后水印的峰值信噪

65、比（PSNR）和相關(guān)性。</p><p><b>　　4.2.1壓縮攻擊</b></p><p>　　imwrite(J1,'watermarked1.jpg','jpeg','quality',40')</p><p><b>　　沒(méi)受攻擊的圖</b></p&

66、gt;<p><b>　　像壓縮攻擊后的圖</b></p><p><b>　　像</b></p><p><b>　　原始水印圖</b></p><p>　　像壓縮攻擊后提取的水印</p><p>　　圖4.1 壓縮攻擊實(shí)驗(yàn)</p><p&

67、gt;　　相關(guān)系數(shù)為： 0.98265 信噪比為： 64.00000</p><p>　　攻擊后的圖像及壓縮攻擊后提取出的水印清晰可辨，相關(guān)系數(shù)趨近于1，信噪比也較高，</p><p>　　說(shuō)明算法的抗壓縮攻擊性能良好</p><p><b>　　4.2.2噪聲攻擊</b></p><p>　　1）高斯噪聲攻

68、擊實(shí)驗(yàn)</p><p>　　I2=imnoise(J2,'gaussian',0,0.002);</p><p><b>　　沒(méi)受攻擊的圖</b></p><p>　　像加高斯噪聲攻擊后的圖</p><p><b>　　像</b></p><p><b&

69、gt;　　原始水印圖</b></p><p>　　像加高斯噪聲攻擊后提取的水印</p><p>　　圖4.2 高斯噪聲攻擊實(shí)驗(yàn)</p><p>　　相關(guān)系數(shù)為： 0.91698 信噪比為： 10.89362</p><p>　　加入均值為0，方差為0.002的高斯噪聲后圖像微變模糊，攻擊后提取出來(lái)的水印有較大變化，雖然模

70、糊但仍可辯認(rèn)，相關(guān)系數(shù)接近1，信噪比為10.89362，說(shuō)明算法具有較好的抗高斯噪聲性能。</p><p>　　2）椒鹽噪聲攻擊實(shí)驗(yàn)</p><p>　　I3=imnoise(J3,'salt & pepper',0.02);</p><p><b>　　沒(méi)受攻擊的圖</b></p><p>　　

71、像加椒鹽噪聲攻擊后的圖</p><p><b>　　像</b></p><p><b>　　原始水印圖</b></p><p>　　像加椒鹽噪聲攻擊后提取的水印</p><p>　　圖4.3 椒鹽噪聲攻擊實(shí)驗(yàn)</p><p>　　相關(guān)系數(shù)為： 0.83024 信噪

72、比為： 6.02353</p><p>　　加入強(qiáng)度為0.02的椒鹽噪聲后，圖像出現(xiàn)許多黑白小斑點(diǎn)，攻擊后提取的水印也出現(xiàn)許多斑點(diǎn)，但仍勉強(qiáng)可以辨認(rèn)出來(lái)，相關(guān)系數(shù)為0.83024，信噪比6.02353，說(shuō)明算法能有效抵抗椒鹽噪聲的攻擊。</p><p><b>　　4.2.3剪切攻擊</b></p><p>　　I4(1:100,1:100)

73、=255;</p><p><b>　　沒(méi)受攻擊的圖</b></p><p><b>　　像剪切攻擊后的圖</b></p><p><b>　　像</b></p><p><b>　　原始水印圖</b></p><p>　　像剪切攻

74、擊后提取的水印</p><p>　　圖4.4剪切攻擊實(shí)驗(yàn)</p><p>　　相關(guān)系數(shù)為： 1.00000 信噪比為： 29.25714</p><p>　　對(duì)圖像進(jìn)行剪切攻擊，剪切去圖像的一個(gè)角，提取出的水印清晰可辨，但也缺了一個(gè)角，相關(guān)系數(shù)達(dá)到1，信噪比高達(dá)29.25714，說(shuō)明算法抗剪切攻擊性能良好，但剪切程度越高，水印也會(huì)丟失越高。</

75、p><p><b>　　4.2.4縮放攻擊</b></p><p><b>　　1）縮小攻擊實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　I5=imresize(J5,0.5);</p><p>　　圖4.5縮小攻擊實(shí)驗(yàn)</p><p>　　相關(guān)系數(shù)為： 1.00000 沒(méi)有噪聲&l

76、t;/p><p>　　對(duì)圖像進(jìn)行縮小處理后，提取出來(lái)的水印清晰可辨，相關(guān)系數(shù)達(dá)到1，說(shuō)明算法具有優(yōu)秀的抗縮小攻擊性能。</p><p><b>　　2）放大攻擊實(shí)驗(yàn)：</b></p><p><b>　　沒(méi)受攻擊的圖</b></p><p><b>　　像</b></p>

77、;<p><b>　　放大攻擊后的圖</b></p><p><b>　　像原始水印圖</b></p><p>　　像放大攻擊后提取的水印</p><p>　　圖4.6放大攻擊的圖片 圖4.7 放大攻擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　相關(guān)系數(shù)為： 1.00000

78、 沒(méi)有噪聲</p><p>　　對(duì)圖像進(jìn)行放大處理后，提取出來(lái)的水印清晰可辨，相關(guān)系數(shù)達(dá)到1，說(shuō)明算法具有優(yōu)秀的抗放大攻擊性能。</p><p><b>　　6總結(jié)</b></p><p>　　數(shù)字水印技術(shù)在多媒體，尤其是圖像的內(nèi)容認(rèn)證中得到了廣泛的使用，也引起了人們?cè)絹?lái)越多的重視。本文針對(duì)DCT域的圖像數(shù)字水印進(jìn)行了全面的學(xué)習(xí)和研究，

79、實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于DCT域的圖像數(shù)字水印，并模擬各種攻擊驗(yàn)證該水印算法的魯棒性。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)習(xí)MATLAB的使用和編程；詳細(xì)了解了數(shù)字水印的知識(shí)，從數(shù)字水印的發(fā)展歷史到目前最新的研究方向，數(shù)字水印的特點(diǎn)、分類(lèi)以及幾種主要的算法都有涉及到；針對(duì)本課題，更主要的掌握了關(guān)于DCT域水印算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的相關(guān)知識(shí)，基于變換域的水印算法的設(shè)計(jì)方法，HVS在基于變換域水印算法設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通用的水印測(cè)試

80、方式和主要采取的攻擊方式等等 。實(shí)驗(yàn)表明，基于DCT域的水印算法，可保證水印的不可見(jiàn)性，保持的健壯性，并易于應(yīng)用。</p><p>　　總之，數(shù)字水印技術(shù)的研究是近幾年發(fā)展很快也很活躍的領(lǐng)域，隨著研究的深入，數(shù)字水印技術(shù)正在發(fā)展成一門(mén)頗有現(xiàn)實(shí)意義的技術(shù)學(xué)科，我們有理由認(rèn)為，作為一門(mén)新的迅猛發(fā)展的技術(shù)，數(shù)字水印技術(shù)必將擁有一個(gè)美好的明天。</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)&l

81、t;/b></p><p>　　1.王炳錫，陳琦，鄧峰森.數(shù)字水印技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社.2003.7</p><p>　　2.王家文,曹宇編著.MATLAB6.5圖形圖像處理.國(guó)防工業(yè)出版社.2004.7</p><p>　　3.飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心編著.MATLAB6.5輔助圖像處理.電子出版社.2003.1</p><p>

82、　　4.王愛(ài)鈴等編著.MATLAB R2007.電子工業(yè)學(xué)出版社.2008.1</p><p>　　5.楊忠澤.MATLAB數(shù)字水印工具箱實(shí)現(xiàn).華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005.5</p><p>　　6.黃繼武，Yun Q SHI,程衛(wèi)東.DCT域圖像水印嵌入對(duì)策和算法[J].電子學(xué)報(bào).2000.2</p><p>　　7.邵佳，董辰輝編.MATLAB/Simu

83、link通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例精講.電子工業(yè)出版社.2009.6</p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　1.水印嵌入算法程序</p><p><b>　　M=256;</b></p><p><b>　　N=32;</b></p><

84、;p><b>　　K=8;</b></p><p>　　subplot(2,2,1);I=imread('lena.bmp','bmp');imshow(I);title('原始公開(kāi)圖像');</p><p>　　subplot(2,2,2);J=imread('flag.bmp','bmp

85、');imshow(J);title('水印圖像');</p><p><b>　　for p=1:N</b></p><p><b>　　for q=1:N</b></p><p>　　x=(p-1)*K+1;y=(q-1)*K+1;</p><p>　　BLOCK=I(x

86、:x+K-1,y:y+K-1);</p><p>　　BLOCK=dct2(BLOCK);</p><p>　　if J(p,q)==0</p><p><b>　　a=-1;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　a=1

87、;</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　BLOCK=BLOCK*(1+a*0.02);</p><p>　　BLOCK=idct2(BLOCK);</p><p>　　I(x:x+K-1,y:y+K-1)=BLOCK;</p><p><b&g

88、t;　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　subplot(2,2,3);imshow(I);title('含水印的圖像')</p><p>　　imwrite(I,'watermarked.bmp','bmp');</p>&

89、lt;p>　　2.水印提取算法程序</p><p><b>　　N=32;</b></p><p><b>　　K=8;</b></p><p>　　I=imread('lena.bmp','bmp');</p><p>　　J=imread('wate

90、rmarked.bmp','bmp');</p><p><b>　　for p=1:N</b></p><p><b>　　for q=1:N</b></p><p>　　x=(p-1)*K+1;</p><p>　　y=(q-1)*K+1;</p><

91、p>　　BLOCK1=I(x:x+K-1,y:y+K-1);</p><p>　　BLOCK2=J(x:x+K-1,y:y+K-1);</p><p>　　BLOCK1=idct2(BLOCK1);</p><p>　　BLOCK2=idct2(BLOCK2);</p><p>　　a=BLOCK2(1,1)/BLOCK1(1,1)-1

92、;</p><p><b>　　if a<0</b></p><p><b>　　W(p,q)=0;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　W(p,q)=1;</b></p><p>

93、;<b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　subplot(2,2,4);imshow(W);title('提取的水印');</p><p>　　本文檔下載自360文檔