數(shù)據(jù)隱藏的小波分析方法研究【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　數(shù)據(jù)隱藏的小波分析方法研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p&g

3、t;<p>　　在圖像的儲存?zhèn)鬏斨袌D像壓縮技術(shù)的改良,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高壓縮率和無失真編碼,同時可以滿足當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求.因此為了滿足實際應(yīng)用,需要進一步對圖像的壓縮處理技術(shù)進行深入研究.</p><p>　　本文主要研究的是基于小波變換圖像編碼方法，首先介紹小波分析的基本概念性質(zhì)和發(fā)展歷史.然后介紹圖像編碼理論的基本原理和方法,以及圖像壓縮處理的一些常用的技術(shù)和國際上的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn).接下來重點介紹小波

4、向量量化壓縮,小波系數(shù)零樹編碼的圖像壓縮編碼處理技術(shù).最后將以上兩種技術(shù)用于優(yōu)化算法的matlab實現(xiàn).根據(jù)對壓縮圖像的對比的結(jié)果中可以分析,證明優(yōu)化算法的合理性和有效性.</p><p>　　關(guān)鍵詞：圖像壓縮 圖像編碼 向量量化壓縮 matlab</p><p>　　Image Compression Based on Wavelet Transform</p>

5、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Image compressing technical is very important in image storage and compressing, the improvement of image compressing can satisfy modern demand on network appli

6、cation. In order to satisfy the practical application, we need to do more research on image compressing technology. </p><p>　　In this thesis, we mainly discuss image encoding methods based on wavelet transfo

7、rm. In the first part, we introduce the concept and history of wavelet analysis. Then summarize the principle and main method of image compressing; The following part emphasize on showing the utilize wavelet coefficient

8、zero tree encode compressing method, wavelet vector quantizing compressing method; At last with the tool matlab, we combined the two techniques and proved the rationality and effectiveness of the alg</p><p>

9、　　Keywords: Image compressing；wavelet analysis；vector quantizing compressing；matlab</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1-I</b></p><p>　　AbstractII</p>

10、<p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1研究背景與意義1</p><p>　　1.2小波分析圖像壓縮現(xiàn)狀研究2</p><p>　　2小波分析原理4</p><p>　　2.1傅里葉變換4</p><p>　　2.2小波變換5</p&

11、gt;<p>　　2.3多變率分析6</p><p>　　3數(shù)字水印系統(tǒng)8</p><p>　　3.1數(shù)字水印的定義8</p><p>　　3.2數(shù)字水印的特性及分類9</p><p>　　3.3數(shù)字水印的典型算法11</p><p>　　3.4數(shù)字水印的攻擊方法13</p>

12、;<p>　　3.5 數(shù)字水印的性能評估…………………………………………………………………...14</p><p>　　4矢量地圖數(shù)字水印技術(shù)16</p><p>　　4.1矢量地圖的基本情況16</p><p>　　4.1.1矢量地圖數(shù)字水印技術(shù)的基本特性16</p><p>　　4.1.2矢量地圖數(shù)字水印技術(shù)的評

13、價標(biāo)準(zhǔn)17</p><p>　　4.2矢量地圖的幾種水印算法18</p><p>　　4.2.1空域水印算法18</p><p>　　4.2.2頻域水印算法19</p><p>　　4.2.3其他水印算法介紹................................................................

14、.................................20 </p><p>　　5 結(jié)束語...............................21</p><p>　　參考文獻..................................

15、.....................................................................................................23</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　1.1 研究背景與意義</p><p>　　小波分析是當(dāng)前數(shù)學(xué)中一個迅速發(fā)展

16、的新領(lǐng)域,它同時具有理論深刻和應(yīng)用廣泛的雙重意義. 其起源是在20世紀(jì)初,1910年Haar提出了規(guī)范正交小波基的思想, 構(gòu)造了緊支撐的正交函數(shù)系——Haar函數(shù)系. 直到后來的80年代人們才真正開始研究小波, 1986年, Mallat和Meyer提出了多分辨分析理論(Multi-resolution Analysis, 簡記MRA), 為小波的構(gòu)造提供了一般的途徑. 多分辨分析的思想是小波分析的核心, 是理論和應(yīng)用的結(jié)晶. <

17、/p><p>　　小波變換的概念是在1974年由法國的工程師J. Morlet從石油信號處理的時候首先提出的, 通過物理直覺和實際的信號處理經(jīng)驗建立了反演公式. 早在七十年代,在小波變換的誕生期間,A. Calderon表示發(fā)現(xiàn)的定理,如空間分解和無條件基的原子Hardy空間深層研究為小波的誕生提供了了理論上的基礎(chǔ), 并且在1986年著名數(shù)學(xué)家Y. Meyer偶然間發(fā)現(xiàn)了一個真正的小波基,并與S. Mallat合作建

18、立了構(gòu)造統(tǒng)一方法多尺度分析的小波基. Fourier變換與小波變換相比，是一個時間和頻率的局域變換, 因而能有效的從信號中提取信息, 通過伸縮和平移等運算功能對函數(shù)或信號進行多尺度細化分析, 解決了Fourier變換不能解決的許多困難問題, 從而小波變換被譽為“數(shù)學(xué)顯微鏡”, 它是調(diào)和分析發(fā)展史上里程碑式的進展.</p><p>　　圖像壓縮在多媒體信息的傳輸和存儲中顯得越來越重要. 為滿足某些圖像壓縮的圖像質(zhì)量

19、用盡量少的比特數(shù)來表示原始圖像. 使用圖像壓縮的負擔(dān), 可以減少圖像儲存、傳輸,使圖像在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)快速傳輸和實時的圖像處理.針對傳統(tǒng)的圖像編碼方法,根據(jù)信息理論以離散余弦變換(DCT)作為主要技術(shù), 可以較好地去除圖像統(tǒng)計信息的冗余度.但由于DCT時頻局域性差異, 變換過程采用分塊變換技術(shù), 在高壓縮比條件下導(dǎo)致比較明顯的方塊效應(yīng), 嚴重影響主觀質(zhì)量, 尤其對要求較高的醫(yī)學(xué)圖像影響. Fourier變換也一直是信號處理領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的

20、一種分析手段, 基本思想是將信號分解成一系列不同頻率的連續(xù)正弦波的疊加,它在處理信號時具有重要的物理意義. 但Fourier分析是對信號的總體統(tǒng)計, 這在非平穩(wěn)信號分析和適時信號處理中是相當(dāng)不夠的, 它對信號的局部畸變沒有標(biāo)定能力和度量能力, 然而這些又恰恰是我們實際應(yīng)用中所關(guān)心和需要的.而小波變換由于在時域和頻域兩者特性局域網(wǎng), 彌補了DCT變換圖像信息的不足, 可以把圖像信息定位到任何尺寸精度.以實現(xiàn)信息的重要性是根據(jù)圖像信息的編碼

21、、傳輸和多分辨率特點,便于與人眼視覺特性</p><p>　　基于小波變換的圖像壓縮是一種變換編碼的方法, 包括一個位移轉(zhuǎn)化和編碼變換系數(shù)和量化數(shù)據(jù)壓縮. 在小波圖像壓縮中,因為隨著小波圖像產(chǎn)生與原圖像特點的不同, 表現(xiàn)在圖像的能量主要集中于低頻部分(亮度圖像), 而水平、垂直和對角線部分的能量相對較低. 小波分解方式非常接近于視覺感知模型, 并有利于不同編碼方法分別進行處理, 從而獲得符合要求的高壓縮比圖像.

22、</p><p>　　1.2 小波變換圖像壓縮研究現(xiàn)狀</p><p>　　小波變換圖像壓縮被認為是目前最有前途的一個圖像壓縮編碼算法的小波壓縮編碼的研究, 小波圖像壓縮的研究主要集中在對小波系數(shù)編碼問題. 目前比較典型的可嵌入小波壓縮算法(CREW)并且算法可逆,嵌入式小波零樹編碼(EZW), 分層小波樹集合分割算法(SPIHT)和集合分裂嵌入塊編碼(SPECK).</p>

23、<p>　　1992年, Shapiro提出了嵌入式小波零樹編碼(EZW)方法, 即根據(jù)同一方向、不同分辨率子帶間的相似度, 定義了負面形象的圖像底片.POS、NEG、IZ和ZTR四種符號在空間和ZTR遞歸小波樹編碼, 把小波系數(shù)(小于某一閾值的小波系數(shù))組成 然后用四個二叉樹的數(shù)量較少的比特數(shù)來表示它, 從而大大地提高了圖像壓縮編碼比特率. 此算法采用循序漸進的量化和嵌入式編碼方式, 算法復(fù)雜度低.</p>

24、<p>　　1995年, Zandi和Allen等人提出了CREW編碼方法. 這是一個包含了有損壓縮和無損靜態(tài)圖象的內(nèi)容體系, 使用了最佳小波濾波器的近似, 即可逆整數(shù)到整數(shù)的變換, 該方法是利用了變換域中空間及頻率信息的基于內(nèi)容. 它強調(diào)了編碼的小波變換在圖象編碼中的重要性循序漸進. 在一些要求實現(xiàn)漸進下面的條件對醫(yī)學(xué)圖像傳輸場合, CREW顯得至關(guān)重要.</p><p>　　1996年, 由Said

25、和Pearlman提出的分層小波樹集合分割算法（SPIHT）是EZW 算法的進一步改進, 它利用空間樹,分層樹節(jié)點分割的方法,及其后來的所有等級相同節(jié)點的收集, 有效地減小了比特編碼符號集的規(guī)模. 相比之下, 對EZW規(guī)模.SPIHT算法構(gòu)建了兩種不同類型的空間零樹, 該算法的性能比較EZW有很大的提高.</p><p>　　在SPIHT算法中, 主要利用樹結(jié)構(gòu)不重要系數(shù),說 利用了子帶系數(shù)的相關(guān)性并不重要,但不

26、使用相同的子帶系數(shù)之間的相關(guān)性的不重要. 為此,在1999年Asad和Pearlman提出了SPECK算法, 該算法是近期嵌入式圖象編碼算法分級性能較好.</p><p>　　1992年, Coifman和Wickerhauser提出了小波包的概念. 這種算法對具有自適應(yīng)能力的信號的特性, 它不僅對低頻部分和高頻部分進行分解, 而且進行第二次分解. 在1994年, Good-man等人提出了多小波的概念, 彌補了

27、傳統(tǒng)小波變換中不存在同時滿足正交性、對稱性 、緊支集的小波基. 同年, Geronimo, Hardin與 Massopust用分形插值方法構(gòu)造了G-H-M多小波, 它既保持了單小波所具有的良好的時頻局部化特性, 在此基礎(chǔ)上又克服了單小波的缺陷.在1998年,Lebrun和Vett- erli提出改進方法關(guān)于多小波的平衡. 經(jīng)過反復(fù)驗證平衡過濾效果比最初的好, 尤其是多小波,沒有邊界失真,在一定的壓縮比下可得到非常高的峰值信噪比( PS

28、NR ). 1999年, Hwee等通過反復(fù)驗證把雙正交單小波推廣到雙正交多小波, 構(gòu)造出一族雙正交多小波, 并把它用于圖像壓縮, 壓縮效果明顯優(yōu)于單小波. </p><p>　　近年來, 很多研究者把目光瞄準(zhǔn)小波變換的圖像編碼方法以及其他新興小波變換融合算法. 例如用小波變換替代余弦變換的JEPG2000已于2000年被確定為靜態(tài)圖像的新一代編碼標(biāo)準(zhǔn), 它是小波變換和最完美組合熵變換的轉(zhuǎn)變. 另外與分形壓縮技術(shù)

29、的結(jié)合, 1998年, Davis提出了小波子樹, 其主要觀點是用定量的方法將傳統(tǒng)空域內(nèi)的小波域分型壓縮成小波編碼子樹的自量化. 2002年, Taekon Kim等人提出零樹小波分形混合圖像編碼算法, 該算法是分形壓縮技術(shù)和EZW算法的有機結(jié)合, 相比, 該算法提高了壓縮比. 2007年, Fu-qiang LIU等人提出一種新的小波分形壓縮算法, 此算法在不降低信噪比和復(fù)原圖像質(zhì)量情況下, 提高了壓縮效率和編碼速度. 1999年,

30、Servettto提出了一種小波數(shù)據(jù)形態(tài)的圖像編碼方法即MRWD方法, MRWD利用了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和小波系數(shù)的統(tǒng)計特性, 直接在子帶內(nèi)重要系數(shù)產(chǎn)生形狀不規(guī)則系數(shù)束, 這樣的小波系數(shù)分為4組, 然后再對幾個集合組合束進行編碼. 2006年J. N. Ellinas和M. S. Sangriotis提出了小波變換和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)結(jié)合</p><p><b>　　小波分析理論</b></p>

31、<p>　　為了克服傅里葉分析的缺陷所以引進小波分析, 它是傳統(tǒng)傅里葉分析的新發(fā)展. 小波分析是當(dāng)前數(shù)學(xué)中一個迅速發(fā)展的新領(lǐng)域, 它同時具有應(yīng)用廣泛和理論深刻的雙重意義. 它的起源在上世紀(jì)初, 1910年Haar提出了正交小波基的思想, 并且構(gòu)造了緊支撐的正交函數(shù)系—Haar函數(shù)系.大約在1984年, Grossman和Morlet在進行地震信號分析時才被真正的提出來的, 隨后迅速發(fā)展.</p><p&

32、gt;<b>　　傅里葉變換</b></p><p>　　傳統(tǒng)的傅里葉變換是一種純頻域分析, 其變換定義為: 設(shè)是上的實值或復(fù)值函數(shù), 若, 則有(的總能量有限), 這時就有:</p><p><b>　　( 1 )</b></p><p><b>　　其中</b></p><p&

33、gt;<b>　　( 2 )</b></p><p>　　稱為的傅里葉變換. </p><p>　　傅里葉變換在實際應(yīng)用中有明顯的物理意義. (1)式的物理意義是把信號分解成諧波段的加權(quán)迭加, 這就將原來對時域或空域的信號的研究轉(zhuǎn)化成對它的頻譜的研究. 而且由于傅里葉變換及其逆變換的積分號下的可導(dǎo)性使其具有良好的光滑性, 因此自1882年傅里葉發(fā)表他著名的熱傳導(dǎo)解析理

34、論以來, 傅里葉分析長期以來一直被作為最完善的數(shù)學(xué)理論和最實用的方法之一.</p><p>　　傳統(tǒng)的傅里葉變換在應(yīng)用中雖然受到眾多工程技術(shù)人員的青睞, 但有著一個明顯的不足之處, 就是信號的局部性變化形態(tài)在它的傅里葉變換中得不到充分反映, 為了由傅里葉變換研究一個模擬信號的普特性, 必須獲得在時域中信號的全部信息, 甚至包括將來的信息; 另外, 如果一個信號在某個時刻的一個小的領(lǐng)域中變化了, 那么整個譜就受到影

35、響. 因此, 在非平穩(wěn)信號分析和實時信號處理的許多應(yīng)用中, 只有傅里葉變換公式是非常不夠的.而在實際中, 我們需要知道的往往是信號在任一短暫時間間隔內(nèi)的頻率特性, 為了解決時域和頻域的局部化矛盾, D. Gabor在1946年引進了加窗(windowed)傅里葉變換(或稱Gabor變換). </p><p>　　加窗傅里葉變換的基本思想是: 在基函數(shù)前乘以一個時限函數(shù), 這樣就起頻限作用, 其中參數(shù)用于平移窗以便

36、覆蓋整個時域. 但是加窗傅里葉變換一旦取定, 窗的寬度就確定了, 即它的局部化是一次性的, 這就使得它對信號的突變不敏感, 也使其在諸如語聲合成、圖像邊沿檢測等實際應(yīng)用中不能取得理想的效果. </p><p><b>　　小波變換</b></p><p>　　小波變換的概念是由法國從事石油信號處理的工程師J. Morlet在1974年首先提出的, 通過物理的直觀和信號

37、處理的實際需要經(jīng)驗建立了反演公式. 早在七十年代, A. Calderon表示定理的發(fā)現(xiàn)、 Hardy空間的原子分解和無條件基的深入研究為小波變換的誕生做了理論上的準(zhǔn)備, 而且J. O. Stromberg還構(gòu)造了歷史上非常類似于現(xiàn)在的小波基; 1986年著名數(shù)學(xué)家Y. Meyer偶然構(gòu)造出一個真正的小波基, 并與S. Mallat合作建立了構(gòu)造小波基的統(tǒng)一方法多尺度分析.</p><p>　　小波變換是一種多分

38、辨分析方法, 基本思想是以小波函數(shù)為基底對信號進行分解.</p><p>　　定義1: 如果滿足“容許性”條件:</p><p><b>　　( 3 )</b></p><p>　　那么稱為是一個“基小波”. 關(guān)于每一個基小波, 在上的積分小波變換(IWT)定義為</p><p><b>　　( 4 )<

39、/b></p><p><b>　　其中, 而.</b></p><p><b>　　通過設(shè)定</b></p><p><b>　　( 5 )</b></p><p>　　則(4)式中定義的IWT能夠?qū)憺?lt;/p><p>　　.

40、 ( 6 )</p><p>　　我們不難發(fā)現(xiàn)是由基小波函數(shù)經(jīng)過伸縮和平移得到的, 因子保證了的能量具有不變性: </p><p><b>　　( 7 )</b></p><p>　　由容許性條件可得. 可見具有一定的震蕩性, 這一震蕩性表明它的某種頻率特性. 而且的震蕩隨的增大而增大, 因此可視為頻率參數(shù), 可視為時

41、空參數(shù), 所以小波變換同樣可以實現(xiàn)時頻的局部化, 并且其時域局部化格式與頻率高低密切相關(guān), 在大的地方時域局部化程度越高, 即的寬度縮小為倍, 這一點與傅里葉變換有明顯不同. </p><p>　　可見, 小波變換可以更好地分析信號中的高頻, 短時成分. 在高頻成分下空間局部化程度相應(yīng)提高, 此為其“顯微”作用; 在低頻成分下, 空間局部化程度相應(yīng)減弱, 此為其“變焦”作用. 因此, 小波分析被形象地稱為“數(shù)學(xué)顯

42、微鏡”.</p><p><b>　　多分辨率分析</b></p><p>　　任何小波, 都產(chǎn)生的一種直接和分解公式:</p><p><b>　　( 8 )</b></p><p>　　對于每個, 我們考慮的閉子空間</p><p><b>　　( 9 )<

43、;/b></p><p>　　這些子空間具有下述性質(zhì):</p><p><b>　　(1) </b></p><p><b>　　(2) </b></p><p><b>　　(3) </b></p><p><b>　　(4) <

44、/b></p><p><b>　　(5) </b></p><p>　　定義2. 是的一組Riesz基, 必須存在兩個常數(shù)與, 且 使</p><p><b>　　( 10 )</b></p><p>　　對于所有平方可和序列</p><p><b>　　(

45、 11 )</b></p><p><b>　　成立.</b></p><p>　　定義3. 一個函數(shù)被認為生成一個多分辨率分析(MRA), 如果在公式:</p><p><b>　　( 12 )</b></p><p>　　意義上， 生成滿足(1), (2), (3)和(5)的閉子空

46、間的一個嵌套序列, 使形成的一組Riesz基. 如果生成一個MRA, 那么稱為是一個“尺度函數(shù)”.</p><p>　　在上述條件下, 選取適當(dāng)?shù)幕〔ê瘮?shù)和尺度因子, 則可得到信號子空間的規(guī)范正交基. 為便于處理, 尺度因子一般選用, 定義函數(shù)</p><p><b>　　( 13 )</b></p><p>　　則函數(shù)系是子空間的規(guī)范正交基

47、.</p><p><b>　　數(shù)字水印系統(tǒng)</b></p><p>　　3.1 數(shù)字水印的定義以及框架</p><p>　　數(shù)字水印是永久鑲嵌在其他數(shù)據(jù)原始媒體(Original Media, 簡稱OM)中具有可鑒別性的數(shù)字信號或模式, 而且并不影響媒體的可用性, 嵌入水印后的媒體稱為偽裝媒體(Fake Media, 簡稱FM)或待檢測媒體.

48、</p><p>　　數(shù)字水印技術(shù)是指將特定的信息，像所有者、商標(biāo)、數(shù)字簽名嵌入到載體中，來證明對載體的所有權(quán)等。載體信息可以是任何多媒體數(shù)據(jù)。數(shù)字水印系統(tǒng)包括水印的嵌入和檢測、提取過程.</p><p>　　(1) 水印信號的設(shè)計. 用于水印信息的認證的有意義信號,同時可以認證原始信號通常為無意義的. 原始水印通常會先對其進行置亂處理或者預(yù)加密處理, 提升水印的抗攻擊能力.密鑰與原始水印

49、信息是典型水印技術(shù)的基礎(chǔ) </p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　是不可逆的. 為了使水印算法更具有抵抗攻擊的能力,在水印技術(shù)上對于水印信號的產(chǎn)生運用自適應(yīng)理論:</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　是原始媒體, 利用的特性, 假設(shè)用水印技術(shù)對功

50、率分布和頻率進行加密,可以增強水印技術(shù)對于各種攻擊的抵抗能力, 這樣水印的魯棒性就更強. 可為一維, 二維, 甚至是多維的水印信號. </p><p>　　(2 ) 水印嵌入算法的設(shè)計</p><p>　　在水印嵌入算法中通常嵌入在空時域,時域或變換域中的水印信號, 可用函數(shù)表示為:</p><p><b>　　(3)</b></p>

51、;<p>　　其中代表嵌入水印后的信號. </p><p>　　(3) 水印檢測、提取算法的設(shè)計. 水印的檢測框圖如圖2.1(b)所示, 從檢測信號, 或已嵌入水印信號中提取水印的過程可用函數(shù)表達為: </p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　其中為原始媒體,為密鑰. 在盲檢測, 即水印的檢測和提取不需要原

52、始媒體的算法下, 水印提取的數(shù)學(xué)模型也可表達為: </p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　由上可知，嵌入方式的設(shè)計、分析水印載體媒質(zhì)、信息嵌入點的選擇、嵌入調(diào)制的控制、對信息的預(yù)處理等環(huán)節(jié)進行合理化安排就是數(shù)字水印技術(shù),為了 尋求設(shè)計問題的最優(yōu)化使其滿足滿足安全可靠性、穩(wěn)健性、不可感知性等條件的約束. </p><p>

53、;　　3.2 數(shù)字水印的有關(guān)特性和分類</p><p>　　一般地, 數(shù)字水印應(yīng)有如下的幾個基本特征:</p><p>　　(1)水印容量: 嵌入的水印信息必須足以表示多媒體內(nèi)容的創(chuàng)建者或所有者的標(biāo)志信息, 或購買者的序列號, 這樣有利于解決版權(quán)糾紛, 保護數(shù)字產(chǎn)權(quán)合法擁有者的利益. 尤其是隱蔽通信領(lǐng)域的特殊性, 對水印的容量需求很大.</p><p>　　(2)可

54、證明性:水印應(yīng)能為受到版權(quán)保護的信息產(chǎn)品的歸屬提供完全和可靠的證據(jù).水印算法識別被嵌入到保護對象中的所有者的有關(guān)信息(如注冊的用戶號碼、產(chǎn)品標(biāo)志或有意義的文字等)并能在需要的時候?qū)⑵涮崛〕鰜? 水印可以用來判別對象是否受到保護, 并能夠監(jiān)視被保護數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別以及非法拷貝控制等. 這實際上是發(fā)展水印技術(shù)的基本動力, 雖然從目前的文獻來看, 對其研究相對少一些. 就目前已經(jīng)出現(xiàn)的很多算法而言, 攻擊者完全可以破壞掉圖像中的水印, 或

55、復(fù)制出一個理論上存在的“ 原始圖像 ”, 這導(dǎo)致文件所有者不能令人信服地提供版權(quán)歸屬的有效證據(jù). 因此一個好的水印算法應(yīng)該能夠提供完全沒有爭議的版權(quán)證明, 在這方面還需要做很多工作. </p><p>　　(3)魯棒性: 魯棒性問題對水印而言極為重要. 魯棒性是一個技術(shù)術(shù)語, 簡單而言,就是指一個數(shù)字水印應(yīng)該能夠承受大量的、不同的物理和幾何失真, 包括有意的(如惡意攻擊)或無意的(如圖像壓縮、掃描與復(fù)印、噪聲污染

56、、尺寸變化等等). 在經(jīng)過這些操作后, 魯棒的水印算法應(yīng)仍能從水印圖像中提取出嵌入的水印或證明水印的存在. 如果不掌握水印的所有有關(guān)知識, 數(shù)據(jù)產(chǎn)品的版權(quán)保護標(biāo)志應(yīng)該很難被偽造. 若攻擊者試圖刪除水印則將導(dǎo)致多媒體產(chǎn)品的徹底破壞. 假設(shè)一個讀者在網(wǎng)上下載了數(shù)字圖書館發(fā)布的作品, 打印出來并非法大量散發(fā)以牟取利益, 那么包含水印的作品應(yīng)能在有物理失真的情況下依然提供足夠的版權(quán)證據(jù). </p><p>　　(4)不可

57、感知性: 不可感知包含兩方面的意思, 一個指視覺上的不可見性, 即因嵌入水印導(dǎo)致圖像的變化對觀察者的視覺系統(tǒng)來講應(yīng)該是不可察覺的, 最理想的情況是水印圖像與原始圖像在視覺上一模一樣, 這是絕大多數(shù)水印算法所應(yīng)達到的要求; 另一方面水印用統(tǒng)計方法也是不能恢復(fù)的, 如對大量的用同樣方法和水印處理過的信息產(chǎn)品即使用統(tǒng)計方法也無法提取水印或確定水印的存在.</p><p>　　數(shù)字水印技術(shù)的分類方法有很多種, 分類的出發(fā)

58、點不同會導(dǎo)致分類以及特性的不同, 最常見的方法包括以下幾類:</p><p>　　(1) 按水印所附載的媒體劃分</p><p>　　按水印所附載的媒體, 我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等. 隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展, 會有更多種類的數(shù)字媒體出現(xiàn), 同時也會產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù). (2) 按檢測過程劃分</p><

59、p>　　按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為盲水印和明文水印. 而盲水印的檢測只需要密鑰, 不需要原始數(shù)據(jù),明文水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù). 一般來說, 明文水印的魯棒性比較強, 但其應(yīng)用受到存儲成本的限制. 目前學(xué)術(shù)界研究的數(shù)字水印大多數(shù)是盲水印.</p><p><b>　　(3)按特性劃分</b></p><p>　　按水印的特性可以將數(shù)字水印分為易損數(shù)

60、字水印和魯棒數(shù)字水印兩類.易損數(shù)字水印主要用于完整性保護, 這種水印同樣是在內(nèi)容數(shù)據(jù)中嵌入不可見的信息. 易損水印應(yīng)對一般圖像處理(如：濾波、加噪聲、替換、壓縮等)有較強的免疫能力(魯棒性), 同時又要求有較強的敏感性, 人們根據(jù)易損水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過. 魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識著作權(quán)信息, 除了要求在一般圖像處理(如: 濾波、加噪聲、替換、壓縮等)中生存外, 還需能抵抗一些惡意攻擊. 易損水印與魯棒水印的

61、要求相反.</p><p>　　(4) 按水印隱藏的位置劃分</p><p>　　按數(shù)字水印的隱藏位置, 我們可以將其劃分為頻域數(shù)字水印、時(空)域數(shù)字水印. 頻域數(shù)字水印、時/ 頻域數(shù)字水印和時間/ 尺度域數(shù)字水印則分別是在DCT變換域、時/ 頻變換域和小波變換域上隱藏水印時/ 頻域數(shù)字水印和時間/ 尺度域數(shù)字水印. 時(空)域數(shù)字水印是直接在信號空間上疊加水印信息. 隨著數(shù)字水印技術(shù)的

62、發(fā)展, 各種水印算法層出不窮, 水印的隱藏位置也不再局限于上述四種. 應(yīng)該說, 只要構(gòu)成一種信號變換, 就有可能在其變換空間上隱藏水印.</p><p><b>　　(5) 按用途劃分</b></p><p>　　不同的應(yīng)用需求造就了不同的水印技術(shù). 按水印的用途, 我們可以將數(shù)字水印劃分為版權(quán)保護水印、票證防偽水印、隱蔽標(biāo)識水印和篡改提示水印. 篡改提示水印是一種脆

63、弱水印, 其目的是標(biāo)識原文件信號的完整性和真實性. 隱蔽標(biāo)識水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來, 限制非法用戶對保密數(shù)據(jù)的使用.票證防偽水印是一類比較特殊的水印, 主要用于打印票據(jù)和電子票據(jù)、各種證件的防偽. 版權(quán)標(biāo)識水印是目前研究最多的一類數(shù)字水印. 數(shù)字作品既是商品又是知識作品, 這種雙重性決定了版權(quán)標(biāo)識水印主要強調(diào)隱蔽性和魯棒性, 而對數(shù)據(jù)量的要求相對較小. </p><p><b>　　(

64、6)按內(nèi)容劃分</b></p><p>　　按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為無意義水印和有意義水印,無意義水印則只對應(yīng)于一個序列號;有意義水印是指水印本身也是某個數(shù)字圖像(如商標(biāo)圖像)或數(shù)字音頻片段的編碼. 有意義水印的優(yōu)勢在于, 如果由于受到攻擊或其他原因致使解碼后的水印破損, 人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^視覺觀察確認是否有水印. 但對于無意義水印來說, 如果解碼后的水印序列有若干碼元錯誤, 則只能通過統(tǒng)計決策

65、來確定信號中是否含有水印.</p><p>　　3.3 數(shù)字水印的典型算法</p><p>　　近年來, 數(shù)字水印技術(shù)研究取得了很大的進步, 下面對一些典型的算法進行了分析, 除特別指明外, 這些算法主要針對圖象數(shù)據(jù)(某些算法也適合視頻和音頻數(shù)據(jù)).</p><p><b>　　(1)壓縮域算法 </b></p><p>

66、;　　基于JPEG、MPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮域數(shù)字水印系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的完全譯碼和重新編碼的過程, 而且在數(shù)字電視廣播及Video on Demand中有很大的實用價值. 該方法有一個問題值得考慮, 即水印信號的引入是一種引起降低質(zhì)量的誤差信號, 而基于運動補償?shù)木幋a方案會將一個誤差擴散和累積起來, 為解決此問題, 該算法采取了漂移補償?shù)姆桨竵淼窒蛩⌒盘柕囊胨鸬囊曈X變形.</p><p>　　(2）生理模型

67、算法 </p><p>　　人的生理模型包括人類聽覺系統(tǒng)HAS和人類視覺系統(tǒng)HVS.該模型不僅被多媒體數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)利用, 同樣可以供數(shù)字水印系統(tǒng)利用. 利用視覺模的基本思想均是利用從視覺模型導(dǎo)出的JND描述來確定在圖象的各個部分所能容忍的數(shù)字水印信號的最大強度, 從而能避免破壞視覺質(zhì)量. 也就是說, 利用視覺模型來確定與圖象相關(guān)的調(diào)制掩模, 然后再利用其來插入水印. 這一方法同時具有好的透明性和強健性.</

68、p><p><b>　　（3）空域算法 </b></p><p>　　該類算法是將數(shù)字水印按某種算法直接迭加到圖像的空間域(spatial domain)上. 因此空間域方法的缺點是抵抗圖像的幾何變形、噪聲和圖像的壓縮能力較差, 而且可嵌入的水印容量也受到了限制, 但空間域方法的計算速度通常比較快, 而且很多算法在提取水印和驗證水印的存在時不需要原始圖像.</p&g

69、t;<p><b>　?。?）NEC算法 </b></p><p>　　該算法由NEC實驗室的Cox等人提出，該算法在數(shù)字水印算法中占有重要地位, 具有較強的透明性、魯棒性、安全性等. 由于采用特殊的密鑰，因此可防止IBM攻擊, 而且該算法還提出了增強水印魯棒性和抗攻擊算法的重要原則, 即水印信號應(yīng)該嵌入源數(shù)據(jù)中對人感覺最重要的部分.</p><p>&

70、lt;b>　　（5）變換域算法</b></p><p>　　該類算法中, 大部分水印算法采用了擴展頻譜通信技術(shù). 這類技術(shù)一般基于常用的圖像變換, 或是基于局部、全部的變換, 如余弦變換(DCT)、小波變換(WT)、傅立葉變換(FT)以及自適應(yīng)算法. 該方法即使當(dāng)水印圖像經(jīng)過一些通用的幾何變形和信號處理操作而產(chǎn)生比較明顯的變形后仍然能夠提取出一個可信賴的水印拷貝. 該類算法的隱藏和提取信息操作復(fù)

71、雜, 隱藏信息量不能很大, 但抗攻擊能力強, 很適合于數(shù)字作品版權(quán)保護的數(shù)字水印技術(shù)中.</p><p>　　除了以上幾種比較典型的算法外, 還有很多算法, 比如多重水印算法、s+p水印算法、 可逆嵌入小波壓縮算法(CREW)、零樹水印算法等等</p><p>　　基于JPEG, MPEG(Motion Picture Experts Group, 簡稱MPEG)標(biāo)準(zhǔn)的壓縮數(shù)字水印系統(tǒng)不

72、僅節(jié)省了重新編碼和大量的完全解碼過程, 而且在很多數(shù)字音頻系統(tǒng)中有很大的實用價值.相應(yīng)地,直接在壓縮數(shù)據(jù)中進行水印檢測與提取. 黃繼武提出了一種針對MPEG-2壓縮視頻數(shù)據(jù)流的數(shù)字水印方案. 雖然黃繼武的這種方法允許用戶把數(shù)據(jù)加到數(shù)據(jù)流中,但是這種方案并不適合數(shù)字水印技術(shù),因為數(shù)據(jù)流中中可以很簡單的把用戶的數(shù)據(jù)給排除,同時,在黃繼武的這種方法中數(shù)據(jù)流會使用戶數(shù)據(jù)會加大比特率,使之在固定寬帶網(wǎng)絡(luò)中不適用, 所以如何把水印信號添加加到數(shù)據(jù)信

73、號中才是這個方法的關(guān)鍵, 例如加入到表示視頻幀的數(shù)據(jù)流中.對于輸入的MPEG-2數(shù)據(jù)流而言, 它可分為運動向量(用于運動補償)、DCT編碼信號和數(shù)據(jù)頭信息三部分,在這種方法下,首先對DCT編碼數(shù)據(jù)塊中每一輸入Huffilian進行逆量化解碼,然后把水印信號塊的變換系數(shù)與相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊中的DCT系數(shù)相加, 從而得到水印疊加的DCT系數(shù),再重新進行Huffilian編碼和量化, 最后對新的Huffilian碼字的位數(shù)與原來的無水印系數(shù)的<

74、;/p><p>　　數(shù)字水印算法與HVS的結(jié)合也是一類常用的視頻水印算法. 人的生理模型包括人類視覺系統(tǒng)(HVS)和人類聽覺系統(tǒng)(HAS). 該模型不僅被多媒體數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)利用, 同樣可以讓數(shù)字水印系統(tǒng)利用. 利用視覺模型, 黃繼武, S. H. Yum實現(xiàn)了一個基于分塊DCT框架的數(shù)字水印系統(tǒng), 易開祥實現(xiàn)了一個空域數(shù)字水印系統(tǒng). 它們的基本思想均是利用從視覺模型導(dǎo)出的JND(Just Noticeable Dif

75、ference, 簡稱JND)描述來確定在圖像的各個部分所能容忍的數(shù)字水印信號的最大強度, 從而能避免破壞視覺質(zhì)量. 也就是說, 利用視覺模型來確定與圖像相關(guān)的調(diào)制掩模, 然后再利用 其來嵌入水印.這一方法同時具有好的透明性和穩(wěn)健性. </p><p>　　3.4 數(shù)字水印的攻擊方法</p><p>　　在信息的時代對抗性的信息研究的領(lǐng)域總是令人期待,數(shù)字水印技術(shù)就是這樣的一個技術(shù),由于水

76、印過程必須考慮水印攻擊和魯棒性要求,因此設(shè)計一種可以抵抗各種攻擊的水印算法是比較困難的,但這因為這樣，才促進了很多人對水印技術(shù)進一步深入研究和探索.水印的攻擊主要包括主動攻擊和被動攻擊,這一點和密碼攻擊非常的相似.主動攻擊的目的是破壞水印或者篡改水印,絕不是把數(shù)字水印破解掉, 這樣嵌入的水印信息合法用戶就讀取不成功. 而被動攻擊則試圖破解數(shù)字水印算法.這樣就算是非法用戶也可以很容易的獲得水印信息 由于在現(xiàn)實的應(yīng)用當(dāng)中, 想要破解數(shù)字水印

77、算法十分困難, 所以被動攻擊基本上不會出現(xiàn)以目前的技術(shù)數(shù)字水印面臨的是大部分是主動主動攻擊. 因為水印的主動攻擊簡單且傳播的方式容易.是一種主要的攻擊手段. 以下列舉常見的攻擊手段和信號處理方法: </p><p><b>　　(1) 密碼攻擊</b></p><p>　　密碼攻擊類似于密碼學(xué)中使用的攻擊方法, 通過搜索來發(fā)現(xiàn)隱藏的信息. 協(xié)議攻擊的目標(biāo)是水印應(yīng)用的整

78、體框架, Craver等提出了第一個協(xié)議攻擊, 他們印入了可逆水印的框架, 指出對于版權(quán)保護的水印應(yīng)用必須是不可逆的, 否則會造成版權(quán)歸屬的兩義性. 這個問題的解決方法是用單向函數(shù)生成一個依賴于原始媒體的水印.</p><p><b>　　(2) 清除攻擊</b></p><p>　　清除攻擊的目的是將水印從媒體中清除出去, 這一類攻擊包括量化、去除噪聲、有損壓縮、重

79、調(diào)制、串謀攻擊等. 其中去除噪聲和有損壓縮的原始思想是利用假設(shè)水印是能被統(tǒng)計的噪聲, 因此, 攻擊者可以根據(jù)偽裝媒體估計原始水印無介質(zhì), 這些攻擊能顯著減少水印信道的容量. 串謀攻擊是指在一些水印應(yīng)用系統(tǒng)中, 同一數(shù)字產(chǎn)品被嵌入不同的水印信號, 這使得攻擊者有可能逼近或恢復(fù)原始數(shù)據(jù)重調(diào)制假設(shè)水印是一個高頻噪聲, 先用待檢測媒體減去其中濾波, 然后再通過高通濾波得到估計水印. 處理攻擊的有效方法是使掩護媒體的相關(guān)統(tǒng)計量與水印信號的功率譜

80、相匹配., 例如在視頻水印算法中, 每一幀被嵌入了不同的水印信號, 如果攻擊者掌握了足夠多的數(shù)據(jù)集, 可以通過平均法使得水印系統(tǒng)無法檢測出水印信號的存在.劍橋大學(xué)開發(fā)的水印攻擊軟件系統(tǒng)Stir Mark, 采用的方法是對嵌入水印后的載體進行各種攻擊, 從而在水印中引入誤差. 例如對水印載體數(shù)據(jù)進行重采樣攻擊: 首先模擬圖像, 用高質(zhì)量打印機輸出, 最后再利用高質(zhì)量掃描儀掃描, 在重新獲得圖像的時候引入誤差破壞原有水印. 這種攻擊方法對原

81、始載體數(shù)據(jù)影響不大, 對攻擊者很有意</p><p><b>　?。?) 幾何攻擊</b></p><p>　　水印信號通過媒體在時間上或者空間上的改變使得無法解碼或檢測,這個稱為幾何攻擊.在一般攻擊下會使水印檢測器失去同步信息或者導(dǎo)致水印檢測的錯誤從受攻擊點開始往下傳遞,不可恢復(fù).因此,近年出現(xiàn)針對同步攻擊的通過添加同步信息的水印嵌入算法,但會導(dǎo)致水印容量的減少以及

82、運算量的增大.</p><p>　　3.5 數(shù)字水印的性能評估</p><p>　　對數(shù)字圖像水印算法的評估是多方面的, 不僅需要對魯棒性進行評估, 而且包括對由于水印處理而引入的畸變進行定量的且主觀的評估. 為了進行性能評估和公平的基準(zhǔn)測試,評估時做到各種數(shù)字圖像水印系統(tǒng)進行的測試和研究是在可以比較的情況下.目前,常對數(shù)字水印系統(tǒng)作以下幾種性能評估:</p><p&g

83、t;　　(1) 歸一化相似度</p><p>　　如果嵌入的水印信息是有意義的二值序列0或1則可以通過檢測水印和原始水印對應(yīng)位置兩者之間相似程度可以以像素值的相同與否來衡量. 所以檢測水印和原始水印之間的相似程度的高低用歸一化相似度很簡潔的檢測出來. </p><p>　　除此之外, 在理論上歸一化相關(guān)系數(shù)作為另一個評價水印抽取算法的客觀標(biāo)準(zhǔn), 設(shè)初始水印為, 抽取水印為, 則有: <

84、;/p><p><b>　　.(3.6)</b></p><p>　　實際應(yīng)用中, 常根據(jù)具體的應(yīng)用場合確定一個臨界閥值, 相似度與臨界閥值兩者的對比相似程度來確定媒體或水印的可靠性. </p><p>　　(2) 信噪比和峰值信噪比(PSNG: Peak Signal-to-Noise Ratio)</p><p>　　

85、把嵌入水印信號看作是加載到載體上的噪聲, 觀察其信噪比和峰值信噪比. 盡管不是很精確, 但這兩個指標(biāo)可以在一定程度上評估水印的透明性. 嵌入水印質(zhì)量的客觀評價采用峰值信噪比PSNG來度量, PSNG單位為dB. </p><p>　　PSNG=.(3.7)</p><p>　　4數(shù)字矢量地圖的數(shù)字水印技術(shù)</p><p>　　4.1.1數(shù)字矢量地圖的基本情況<

86、;/p><p>　　矢量數(shù)字地圖一般由地理信息、屬性信息和拓撲信息組成,地理信息主要包括矢量空間的位置信息、定位信息,如點的坐標(biāo);拓撲信息則是記錄空間實體間的拓撲關(guān)系屬性信息.主要描述空間實體特征,如名稱，類型等.目前研究矢量數(shù)字地圖所用的方法大多數(shù)是將地理信息和拓撲信息相結(jié)合稱為幾何數(shù)據(jù)信息.信息的分類分層管理是數(shù)字矢量地圖處理數(shù)據(jù)的的技術(shù)之一.在國內(nèi),一般的將矢量地圖中的各種信息要素分為14種.</p>

87、;<p>　　4.1.2數(shù)字矢量地圖數(shù)字水印技術(shù)的基本特性</p><p>　　根據(jù)矢量地圖的特點，其數(shù)字水印將會具有如下要求：</p><p>　　不可感知性:數(shù)字水印的嵌入要求不會引起矢量地圖的數(shù)據(jù)的明顯改變.簡單的說就是要求數(shù)字水印嵌入之后不會導(dǎo)致地圖的視覺失真和測量失真.</p><p>　　不可抵賴性：對水印信息的解釋具有唯一性，即算法所描述

88、的嵌入和提取過程無歧義，對相同的信息輸入應(yīng)具有水印信息的重要特征.</p><p>　　容量：對于水印所選擇的嵌入方式要保證載體有足夠的嵌入空間，過少的嵌入量會降低水印的安全性能.</p><p>　　魯棒性：當(dāng)矢量地圖遇到幾何變換、數(shù)據(jù)壓縮、儲存格式轉(zhuǎn)換等操作時，要求水印信息能夠保證完整性和抗攻擊能力.</p><p>　　安全性：主要體現(xiàn)在兩方面，非法用戶不能感

89、知水印信息的存在，合法用戶在未授權(quán)的情況下無法提取和檢測到水印.</p><p>　　高精度：矢量地圖在軍事、測繪、導(dǎo)航等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,尤其是定位精度，水印的嵌入應(yīng)該保持矢量地圖的精度為前提.</p><p>　　以下是這些特性的說明：</p><p>　　4.1.3數(shù)字矢量地圖的評價標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　1）矢量數(shù)字地圖數(shù)據(jù)在

90、表示時根據(jù)空間形態(tài)特征大致可以分為點、線、面地圖上的點可以用空間坐標(biāo)對表示，有一串有序的坐標(biāo)對組成叫線，而面則是由線組成的閉合多邊形，由一系列有序的、首尾相連的坐標(biāo)對表示.所有的地圖對象都是由許多有組織的頂點構(gòu)成.空間數(shù)據(jù)實際上時給予某一地理坐標(biāo)系統(tǒng)的頂點坐標(biāo)序列. 由此可見，矢量數(shù)字地圖沒有固有的數(shù)據(jù)順序，沒有明確的采樣率概念，數(shù)據(jù)中不但包含幾何信息還有拓撲信息，這使水印提取時的同步問題更加復(fù)雜，矢量地圖數(shù)據(jù)量小、精度高，冗余的信息量

91、少.</p><p>　　屬性數(shù)據(jù)描述的是地圖對象的屬性，不能隨便修改，因此水印只能加在空間數(shù)據(jù)中.而要增強矢量數(shù)字地圖的抗攻擊能力，就必須將水印嵌入在矢量地圖數(shù)據(jù)中比較重要的位置，這種方法的好處是一旦較重要的位置處的數(shù)據(jù)被破壞，數(shù)據(jù)質(zhì)量也會嚴重下降.在目前所能見到的算法中，嵌入水印的位置無論是點、線還是多邊形，最終都是在空間數(shù)據(jù)中，如頂點坐標(biāo).每個矢量地圖都有一個精度范圍，它能給出坐標(biāo)所允許變形的最大幅度.坐標(biāo)

92、變形明顯低于寬容度將不會降低地圖的精度.矢量地圖數(shù)據(jù)的精確度和數(shù)字圖像水印中的視覺模型相似的作用.</p><p>　　2）矢量地圖數(shù)據(jù)一般由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)組成. 而空間數(shù)據(jù)又包括關(guān)系數(shù)據(jù)和幾何數(shù)據(jù). 屬性（信息）數(shù)據(jù)是描述空間實體的屬性特征數(shù)據(jù). 例如,類型、等級、名稱、狀態(tài)等，其中包括描述空間特征的數(shù)據(jù).描述空間實體特征數(shù)據(jù)稱為幾何特征數(shù)據(jù)也稱位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù).例如,點的坐標(biāo).描述空間實體之間關(guān)系的數(shù)據(jù)

93、稱為關(guān)系特征數(shù)據(jù),例如，空間實體的鄰接、關(guān)聯(lián)、包含等，在矢量地圖數(shù)據(jù)中主要指拓撲關(guān)系.</p><p>　　4.2 矢量地圖的幾種水印算法</p><p>　　4.2.1空域水印算法</p><p>　　空域數(shù)字水印思想在很早被發(fā)現(xiàn),但是最早公開發(fā)表的有關(guān)矢量地圖出版數(shù)字水印的文獻則是在很晚, 它思路是選取節(jié)點矢量地圖坐標(biāo), 依法將水印信息獨立的按照單位比特地嵌入矢

94、量地圖坐標(biāo)中內(nèi),該操作的研究提供了空域水印理論基礎(chǔ), 但由于矢量地圖大幅擾動會影響矢量地圖的準(zhǔn)確性和抵抗簡單的幾何攻擊的能力,因此,盡管算法容易實現(xiàn)且效率高,但同時在實現(xiàn)版權(quán)保護方面這些操作在矢量地圖中不現(xiàn)實,因此Tirkel等人提出將最不重要位( LSB) 替換和位平面工具應(yīng)用于空域水印算法,用以提高空域算法的魯棒性.最低有效位( LSB, Least Significant Bit)是一種典型的空間域數(shù)據(jù)隱藏方法,其理論基礎(chǔ)在于矢量

95、地圖圖像的每個像素點都由多比特方式構(gòu)成, 根據(jù)矢量地圖能量上貢獻程度的不同的像素, 整個圖像分為8位平面, 即從最低有效位0到最高有效位7.由于低位能量很少, 改變低位對圖像的質(zhì)量沒有太大的影響, 因此Tirkel 建議使用最低有效位隱藏水印信息并得到水印加密算法.,這種算法在一定程度上提高了空域水印對于剪切、扭曲等幾何攻擊的抵抗能力.隨著理論研究的深入,近年來,空域水印算法的研究主要在兩類方</p><p>　

96、　1）以減少對矢量地圖精度損傷為目標(biāo)的空域水印.為實現(xiàn)這個目標(biāo)利用差值擴大思想基礎(chǔ)上, 提出一種無損數(shù)據(jù)隱藏算法.通過修改地圖中相鄰頂點坐標(biāo)間的差值來嵌入水印信息, 在坐標(biāo)顯示尤為重要的軍事地圖等中具有較高的嵌入容量.如果對矢量圖層所含多邊形特征分解, 對分解后的矢量多邊形進行分析.選擇合適的多邊形的線段, 在其頂點處嵌入水印.該方法對于坐標(biāo)變換、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放, 以及圖形剪切均具有較強的魯棒性.此外,還有一種抗矢量數(shù)據(jù)壓縮的空域水印

97、算法, 即在嵌入水印信息之前對數(shù)據(jù)進行道格拉斯克法壓縮, 然后在特征點中嵌入水印信息.</p><p>　　2）以提高抗攻擊能力及魯棒性為主的空域水印算法.在此基礎(chǔ)上, 提出網(wǎng)格劃分思想, 通過雙重網(wǎng)格將水印信息分散隱藏到頂點坐標(biāo)最低有效位上, 以此抵抗常規(guī)的地圖剪切攻擊和頂點編輯攻擊; 根據(jù)網(wǎng)格劃分思想,提出一種基于四叉樹劃分的矢量地圖空域水印算法, 在保證任意矩形網(wǎng)格所包含頂點數(shù)均相等的前提下, 把地圖劃分為

98、多個矩形子塊, 并在不同子塊中重復(fù)嵌入水印信息, 以此提高水印算法在全局范圍內(nèi)的魯棒性; 與此同時,雙重嵌入的矢量地圖水印算法在四叉樹劃分算法進行了擴展,該算法是按地圖對象特征把矢量地圖分為兩層, 采用不同算法調(diào)制水印信息在不同的圖層中嵌入到各頂點,分別計算兩個圖層中代表水印信息的位移總量, 在閾值的控制下,選擇有效的頂點并且計算矢量地圖坐標(biāo)的平均值, 即得到水印信息位置坐標(biāo).該水印算法特別對隨機噪聲、扭曲變形和各種剪切攻擊具有很強的魯

99、棒性.隨著矢量地圖數(shù)字水印的逐步應(yīng)用, 提高抗數(shù)據(jù)壓縮性能以及精度無損的空域水印將成為研究重點.</p><p>　　4.2.2頻域水印法</p><p>　　與空域水印方法相比, 矢量地圖頻域水印算法的安全性更高、魯棒性更強、可研究的空間和內(nèi)容相對比較更大.頻域水印算法主要包括離散余弦變換( DCT )、離散小波變換( DWT) 水印算法和離散傅立葉變換( DFT ).</p>

100、;<p>　　離散余弦變換( DCT) 相當(dāng)于只使用實數(shù)的DTF 變換,是數(shù)字圖像處理以及信號處理常用的一種正交變換, 具有壓縮比高、誤碼率小、信息集中能力強和計算復(fù)雜性綜合效果較好等優(yōu)點。目前普遍采用 的DCT 變換, 變換公式如下:</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　（2）</b></

101、p><p>　　式( 2）中代表圖像像素矩陣 點處的像素值, 代表DCT 變換系數(shù)矩陣 點處的值, 系數(shù) 如下: （3）</p><p>　　同DFT 一樣, 水印信息將嵌入到調(diào)整后的分量系數(shù)中。Cox 等提出用小波變換的方法描述圖像信號, 并將圖像信號分解成一組多尺度子帶圖像, 即{ LL, LH, HL, HH } ,</p><p>　　小波分析的

102、多分辨率特點, 使其具有對信號的自適應(yīng)性, 經(jīng)過小波變換后能量主要集中在低頻LL 子帶, 具有較高的頻率分辨率; 高頻子帶主要是垂直LH 、水平HL 及對角線HH的邊緣信息, 含有的能量較低, 具有較高的時間分辨率.</p><p>　　小波分解的空間頻率特性是小波變換區(qū)別于DFT 和DCT 的一個重要方面.根據(jù)該特性可以將高強度的水印嵌入到H VS 不太敏感的區(qū)域, 這樣在保證不影響圖像視覺質(zhì)量的前提下可以最大

103、限度地增加嵌入水印的強度.圖3 為4級小波分析示意圖.</p><p>　　離散傅立葉變換( DFT) 是連續(xù)傅里葉變換在時域和頻域上都離散的形式, 將時域信號的采樣變換為在離散時間傅里葉變換( DT FT) 頻域的采樣.</p><p>　　同樣離散傅里葉變換DFT的水印算法思路是: 通過對矢量地圖結(jié)點信息的提取, 形成一個頂點坐標(biāo)序列 , 表示為一個復(fù)數(shù)序列 ,如式(4):</p

104、><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中, N為序列中所有頂點的個數(shù)。通過離散傅立葉變換產(chǎn)生頻域序列 , 如式( 5) :</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　逆離散傅立葉變換如式( 6) :</p><p><b>　

105、　( 6）</b></p><p>　　調(diào)整頻域系數(shù)嵌入水印信息.</p><p>　　4.2.3其他幾種水印算法</p><p>　　以上兩種方法以外還有很多的水印算法，比較常見的是多重水印算法，零水印算法，還有一種基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征的水印算法等等.</p><p><b>　　5總結(jié)</b></p&g

106、t;<p>　　隨著矢量地圖數(shù)字水印由理論研究到系統(tǒng)應(yīng)用的逐漸轉(zhuǎn)變, 考慮到未來的研究重點或?qū)⒅饕杏谝韵聨讉€方面:</p><p><b>　　1.精度無損</b></p><p>　　高精度是矢量地圖得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ), 水印向矢量地圖內(nèi)容的嵌入不可避免地對地圖精度產(chǎn)生影響, 使得地圖應(yīng)用效果降低.已提出的無損數(shù)字水印 也僅是采取縮小調(diào)整幅度的

107、方式來實現(xiàn)無損效果.地圖精度零損失的解決思想是將水印標(biāo)識嵌入矢量地圖的屬性空間.</p><p>　　2. 數(shù)據(jù)壓縮攻擊算法</p><p>　　目前, 對于水印的數(shù)據(jù)壓縮魯棒性能測試, 多選擇已有的矢量地圖數(shù)據(jù)壓縮算法, 但這些算法更注重于地圖數(shù)據(jù)壓縮的實效性, 缺少有針對性的水印攻擊內(nèi)容, 不能準(zhǔn)確有效地評價水印性能.因此, 有必要針對空域、頻域等多類水印算法,提出一些用于測試水印性能

108、的數(shù)據(jù)壓縮攻擊算法.</p><p>　　4. 水印版權(quán)注冊及認證</p><p>　　水印為矢量地圖版權(quán)認證及內(nèi)容完整性保護提供了技術(shù)支持, 但只有公認、權(quán)威的水印認證模式, 才能使水印為版權(quán)擁有者提供服務(wù).基于第三方認證模式將成為該領(lǐng)域的研究熱點, 即版權(quán)申明方將矢量地圖內(nèi)容及必要的水印信息提交給第三方認證, 由第三方對其進行審核和說明.一旦發(fā)生版權(quán)糾紛, 第三方只需根據(jù)數(shù)字產(chǎn)品, 查

109、詢其版權(quán)注冊信息即可做出判定, 該模式非常適用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)字產(chǎn)品的傳播、復(fù)制及發(fā)放.</p><p><b>　　5. 性能整體評價</b></p><p>　　一直以來對數(shù)字水印性能的評價, 主要包括魯棒性、不可見性、水印容量等指標(biāo).在面向?qū)嵱眯缘脑u價過程中, 考慮到的因素有多種, 如安全性、可行性等。為此, 需要提出一種整體評價方案, 賦予指標(biāo)不同的權(quán)重, 對每種指標(biāo)