2011年05月
科教纵横
数字图像水印技术及其算法的研究
文/曾玲
摘 要:随着信息技术和计算机网络通讯技术的迅速发展,数字图像水印技术得到了越来越多的关注,然后其研究刚刚起步,需要解决的问题也还很多。本文首先介绍了数字水印的概念,并在此基础上数字水印的生存、嵌入及检测三个方面阐述了数字水印技术的基本内容,并对数字水印技术的算法进行了归纳与讨论。
关键词:数字水印;嵌入;算法
中图分类号:X796 文献标识码:A 文章编号:1006-4117(2011)05-0217-01
信息技术和计算机网络通讯技术的迅速发展,加快了信息的交流和沟通,然而也带来了一系列的新问题。如非法复制传播就给社会造成了巨大的经济损失。因此,如何保护数字产品的安全及完整是一个急需解决的问题。随着计算机运行能力的不断加强,以密码学理论为基础的传统信息安全技术已经变得越来越不可靠。数字水印技术就是在这种情况下为加强信息安全而出现的一种新型的信息安全技术。然而,数字水印技术的研究还刚刚起步,因此,开展数字水印技术的研究具有十分重要的理论与现实意义。
一、 数字水印的概念
Tanaka等人于1990年最早提出了数字水印技术。经过二十多年的发展,数字水印技术取得了许多成绩,但始终没有出现一个统一的定义。比较公认的说法是,数字水印技术是将代表作品所有者的信息,如指定的标志、身份信息、序列码等按照某种方式嵌入到被保护的信息中。这种被保护的信息的形式多种多样,可以是一般性的电子文档,也可以是视频、音频或图像。水印通常隐藏与原始数据之中,在受到攻击后才会显现出来。
二、 数字水印的基本内容
数字水印的产生、嵌入及检测是通用的数字水印算法的三个基本方面。
1、数字水印的产生。实际上,数字水印产生的过程就是将原始版权信息、认证信息及保密信息等一系列的有关信息生成水印信号的过程。当然,水印信号必须嵌入到原始载体中,其生成过程也必须在密钥的控制下进行。
2、数字水印的嵌入。通过什么方法,以及在载体数据的什么位置嵌入水印是数字水印嵌入需要重点考虑的问题。水印嵌入的过程实际上是将水印信息、载体数据及密钥通过嵌入算法,转化为水印数据的过程。水印信息与原始载体数据是输入信号,原始载体可以为视频、音频、文本等,密钥则可以用来加强水印算法的安全性。此外,水印的嵌入还必须选好嵌入位置,将水印信号嵌入到图像中后还必须对其加以调整才能得到合适的图像。
3、数字水印的检测。水印算法中最重要的是水印检测,水印检测有提取与检测两种判断方式。一般情况下,提取适用于无意义水印,以判断得到的水印与原始水印是否相符;而检测则适用于无意义水印,以判断图像中是否存在制定的水印。此外,虚警与漏检是水印提取与检测过程中常发生的两种错误,因此,在水印算法设计中,应根据不同的水印系统,综合选择不同的指标以求取得最佳平衡。
三、数字水印的特点
不同的领域对水印算法的要求也不尽相同,其特点也有所差别。但是不同的水印技术仍存在着一些共性。
1、鲁棒性。鲁棒性是指图像经过有损压缩、噪声干扰、伸缩等处理操作后仍能检测到水印的能力。数字水印必须能够抵抗水印受到的攻击,也就是说,水印方案的设计必须考虑图像处理的鲁棒性。
2、不可见性。不可见性主要体现在视觉上,即观察者无法觉察经过水印嵌入的图像,且攻击者也难以通过统计方法发现并删除水印。一般来讲,当嵌入的水印不能引起人眼注意时,就说明该水印具有不可见性的特点。
3、安全性。安全性的关键性在于密钥。在不知道密钥的情况下,非法用户是不能破解一个安全的嵌入算法的。也就是说,非法用户在不知道密钥的情况下,及时非常了解其提取算法,也不可能正确恢复嵌入信息。嵌入水印必须具有安全性,以防止非法用户的发现及销毁。
四、常见的数字水印算法
1、时域、空域数字水印技术。为了实现水印的嵌入,时域/空域方法修改像素的某个分量值。Tirkel等人最早提出了空域嵌入技术的经典算法——最低有效位LSB。然后,这种算法的鲁棒性较差,其水印信息很容易被破坏。Schyndel等人提出的空域技术抗JPEG压缩的鲁棒性也不是很好。Bender等人于1995年提出的“拼凑”算法则在很多方面做了改进,且其抵抗力也明显加强,还能嵌入多比特的水印。在国内,刘瑞祯和谭铁牛提出的基于奇异值分解的非盲水印算法也受到了众多学者的关注。
2、变换域数字水印技术。嵌入的信息量过少、抗信号失真的能力较差、鲁棒性不好是空间域水印算法的最大缺点。有鉴于此,近几年来,变换域数字水印技术得到了广泛的关注。该种数字水印技术要求首先对整个载体或者载体的各部分信息进行某种正交变换。与嵌入空间某些频带相对应的系数则按照嵌入算法的规则进行交换。载体的高频信息的鲁棒性较差,容易被压缩技术所剔除;而载体的低频率信息则反映载体的主要轮廓,但嵌入水印量过大会引起失真。因此,中频系数是最好的选择。变换域数字水印技术弥补了空域数字水印技术的不足,在变换域中将水印分散到全距,大大加强了抵抗攻击的能力。此外,变换域能量分布比较集中,其嵌入水印的强度通过与人类视觉体系模型的结合也得到了一定程度的加强。
3、基于内容的数字水印技术。很多学者从视觉系统的感知模型等方面进行了研究以此来保证水印的透明性,然而他们对利用图像的内容特征来嵌入水印的研究却寥寥无几。Kutter等人提出的第二代水印改变了这种状况,他们认为在感知有意义的特征区域进行水印嵌入是解决问题的关键。这些特征既可以是宿主数据抽箱的特征,又可以是语义上的特征。图像既可以边缘区域,也可以使重点区域。Bas等人提出的机遇图像特征点的水印方案进一步完善了这种观点。华先胜等人提出的局部化数字水印算法则能够通过这些特征点来定位并提取水印。
结束语:数字水印技术弥补了密码术与数字签名技术的缺陷,是一种新型的隐藏技术,能够保护数字产品的版权证明,已引起了广泛了关注,且众多的学者也对此进行了大量的研究并取得了一定的成就。然而,数字水印技术正处于起步阶段,其相关的理论体系还有待改善,其体系框架与标准也还很不城西,需要解决的问题也还很多,其实际应用仍任重而道远。
作者单位:湖南衡阳技师学院参考文献:
[1]宋琪,吴林东,朱光喜等.一种基于Hvs的利用零树编码的水印算法[J].华中科技大学学报(自然科学版),2004,32(5):5—7.
[2]刘瑞祯,谭铁牛.基于奇异值分解的数字图像水印[J].电子学报,2001,29(2):168—171
[3]黄继武,谭铁牛.图像隐形水印自动化学报[J].2000,26(5):645—655.
[4]张志明,周学广.采用奇异值分解的数字水印嵌入算法[J].微计算机息,2006,22(7):69—71.
2011.05 217
基于DCT的数字水印算法的研究Research of Digital Watermarking Algorithm Based on Discrete Cosine Transform
摘要 近年来,由于网络的迅猛发展,越来越多的多媒体信息已经走向数字化。人们可以从网上更加方便的取得各类信息,可以更加方便的对别人的作品进行篡改,复制等,由此带来的版权维护问题也日益严重。版权维护也越来越受到人们的关注了,数字水印技术是解决这类问题最有效的手段,所以数字水印技术现在已然成为了研究的热点。 本文是对基于DCT域数字水印算法的研究,简要介绍数字水印的发展,基本原理等,在MATLAB环境中完成两种基于DCT域数字水印算法的设计。第一种是基于DCT图像全局变换的数字水印算法,而第二种则可以认为是第一种算法的改进,是基于DCT域分块水印算法。然后对于水印系统的鲁棒性,进行一些攻击测试,有盐噪声攻击、高斯噪声攻击、旋转攻击、剪切攻击、JPEG有损压缩攻击等,对比分析哪种算法更好。虽然说该课题只不过是对现有的数字水印技术进行了一个比较简单的研究,但是让我们充分认识到了数字水印技术对我们日常生活的重要性。 关键词:数字水印DCT 攻击测试
Abstract In recent years,with the rapid development of the network,more and more multimedia information has been digitized.People can obtain various kinds of information from the Internet more convenient, the work of others will be altered and copied more convenient, copyright protection issues are also increasingly serious. People are more and more concerned about copyright protection, digital watermarking technology is the most effective means to solve these problems, so the digital watermarking technology has become a hot topic now. This article is to study based on DCT-domain digital watermarking algorithm, introduced the development of digital watermarking and the basic principles etc,completed two design schemes based on DCT-domain digital watermarking algorithm in MATLAB environment. The first one is based on digital image watermarking algorithm global transformation of DCT, while the second one can be considered to improve the first algorithm, which is based on DCT-domain block watermarking algorithm. Then for the robustness of the watermarking system, we performed some attack test, salt noise attack, Gaussian noise attack and spin attack, cropping attack, JPEG compression attack, in order to prove which is better. Although the subject is a relatively simple research for the existing digital watermarking technique , but it let us aware of the importance of digital watermarking technology in our daily life. Key words:Digital watermarking DCT Robustness Attack test
M=256; %原图像长度 N=32; %水印图像长度 K=8; I=zeros(M,M); II=zeros(K,K); B=zeros(M,M); Idct=zeros(K,K); D=zeros(M,M); %读取原图像 I=imread('33.png'); subplot(2,2,1); %显示原图像 imshow(I); title('原图像'); %产生水印序列 randn('seed',10); mark=randn(1024,1); subplot(2,2,2); plot(mark); title('水印序列'); %嵌入水印 T=1; for m=1:N for n=1:N x=(m-1)*K+1; y=(n-1)*K+1; II=I(x:x+K-1,y:y+K-1);%将原图分成8*8的子块 Idct=dct2(II);%对子块进行DCT变换 if x==1&y==1 alfa=0.002; else alfa=0; end B=Idct*(1+alfa*mark(T));%嵌入水印 Bidct=idct2(B);%进行DCT反变换 I(x:x+K-1,y:y+K-1)=Bidct; T=T+1; end end subplot(2,2,3); imshow(I);%显示嵌入水印后的图像
title('tu');imwrite(I,'嵌入后的图像.bmp'); %进行相关性比较 figure; for i=1:50 if i==10; mark2=mark1'; else mark2=randn(1024,1); end %计算相关值 c=(mark2'*mark)/sqrt(mark2'*mark2); stem(i,c); hold on; end
一.数字水印 数字水印技术 数字水印技术(Digital Watermark):技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中,但不影响原载体的使用价值,也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。目前主要有两类数字水印,一类是空间数字水印,另一类是频率数字水印。空间数字水印的典型代表是最低有效位(LSB)算法,其原理是通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面,调整数字图像中感知不重要的像素 来表达水印的信息,以达到嵌入水印的目的。频率数字水印的典型代表是扩展频谱算法,其原理是通过时频分析,根据扩展频谱特性,在数字图像的频 率域上选择那些对视觉最敏感的部分,使修改后的系数隐含数字水印的信息。 可视密码技术 二.可视密码技术:可视密码技术是Naor和Shamir于1994年首次提出 的,其主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学计算,而是以人的视觉即可将秘密图像辨别出来。其做法是产生n张不具有任何意义的胶片,任取其中t张胶片叠合在一起即可还原出隐藏在其中的秘密信息。其后,人们又对该方案进行了改进和发展。主要的改进办法办法有:使产生的n张胶片都有一定的意义,这样做更具有迷惑性;改进了相关集合的造方法;将针对黑白图像的可视秘密共享扩展到基于灰度和彩色图像的可视秘密共享。 三. 数字水印(Digital Watermark或称Steganography)技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记,这种标记通常是不可见的,只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 数字水印技术源于开放的网络环境下保护多媒体版权的新型技术,它可验证数字产品的
数字水印技术综述 (湖北武汉 430070) 摘要:介绍了数字水印技术的基本原理。并对其特点、分类、攻击技术及应用领域进行了阐述。同时对数字水印的各种算法进行了分类研究与深入分析。最后指出数字水印今后的研究方向。 关键词:数字水印;水印原理;水印算法;水印应用 Overview on Overview on Digital Watermarking Technology ( Wuhan, Hubei 430070, China) Abstract:The basic concepts of watermark techniques are first introduced,and then the characteristics、classification、attacking techniques and application and applications first expatiated.For further understanding.the watermark technique from the various aspects aye classified and some conventional watermark techniques and algorithms are analyzed in detail.Finally,research direction of digital watermark technology is pointed out. Key words:digital watermarking;watermarking principle;watermarking algorithms ;watermarking application; 0数字水印 随着Internet与数字媒体技术的飞速发展,信息安全问题日益突出,因此,数字媒体的版权保护与信息完整性保证已逐渐成为人们迫切需要解决的一个重要问题,数字水印技术就是在这种需求下迅速发展起来的。 数字水印是通过一定的算法,在图像、视频、音频等多媒体数据中嵌入一个可以标示其知识产权的水印信息。水印信息可以是文字、商标、印章或序列号等可以识别作品的作者、来源、版本、拥有者、发行人或合法使用人对数字产品的拥有权。水印信息通过特殊的方式,可以从宿主信号中提取出水印或是检测出它的存在性。水印不占用额外的带宽。是原始数据不可分离的一部分,并且它可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来。 1数字水印的特征 一般认为数字水印应具有以下特征(1)鲁棒性水印信号在经历多种无意或有意的信号处理后,仍能保持其完整性或仍能被准确鉴别的特性。(2)知觉透明性数字水印的嵌入不应引起数字作品的视/听觉质量下降,即不向原始载体数据中引入任何可知觉的附加数据。(3)内嵌信息量(水印的位率) 数字水印应该能够包含相当的数据容量,以满足多样化的要求。(4)安全性水印嵌入过程(嵌入方法和水印结构)应该是秘密的嵌入的数字水印是统计上不可检测的,非授权用户无法检测和破坏水印。对于通过改变水印图像来消除和破坏水印的企图,水印应该能一直保持存在,直到图像已严重失真而丧失使用价值。(5)实现复杂度低数字水印算法应该容易实现。在某些应用场合(如视频水印),甚至要求水印算法的实现满足实时性要求。(6)可证明性数字水印所携带的信息能够被唯一地、确定地鉴别,从而能够为已经受到版权保护的信息产品提供完全和可靠的所有权归属证明的证据。 2 数字水印的分类 2.1按照嵌入的位置 按照嵌入的位置可分为:(1)空域数字水印:空域数字水印的嵌入是通过直接修改图像的灰度值或是强度值来完成的。(2)变换域数字水印:变换域的数字水印是将图像进行某种变换,通过修改变换域系数来达到嵌入水印的目的。
摘要 数字水印(Digital Watermark)技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记,这种标记通常是不可见的,只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。随着数字水印技术的发展,数字水印的应用领域也得到了扩展,数字水印的基本应用领域是版权保护、隐藏标识、认证和安全不可见通信。 当数字水印应用于版权保护时,潜在的应用市场在于电子商务、在线或离线地分发多媒体内容以及大规模的广播服务。数字水印用于隐藏标识时,可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。数字水印的认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。 本文主要是根据所学的数字图象处理知识,在MATLAB环境下,通过系统编程的方式,建立并实现基于DCT域的数字水印加密系统。该系统主要包含数字水印的嵌入与提取,仿真结果表明,数字水印算法具有有效性、可靠性、抗攻击性、鲁棒性和不可见性,能够为数字媒体信息在防伪、防篡改、认证、保障数据安全和完整性等方面提供有效的技术保障。 关键词:数字水印;MATLAB;DCT
目录 1 课程设计目的 (1) 2 课程设计要求 (2) 3 数字水印技术基本原理 (3) 3.1 数字水印基本框架 (3) 3.2 算法分类 (3) 3.2.1 DCT法 (4) 3.2.2 其他方法 (4) 3.3 实际需要考虑的问题 (4) 3.3.1 不可见性 (4) 3.3.2 鲁棒性 (5) 3.3.3 水印容量 (5) 3.3.4 安全性 (5) 4 基于DCT变换仿真 (6) 4.1 算法原理 (6) 4.1.1 准备工作 (6) 4.1.2 选取8*8变换块 (7) 4.1.3 边界自适应 (7) 4.1.4 DCT变换与嵌入 (7) 4.1.5 恢复空域 (8) 4.2 嵌入算法扩展 (8) 4.2.1 RGB彩色图像三个矩阵的划分 (8) 4.2.2 八色彩色水印 (8) 4.3 水印的提取 (9) 4.4 仿真程序 (9) 5 结果分析 (14) 结束语 (16) 参考文献 (17)
毕业设计开题报告 基于DCT的图像数字水印技术的研究
基于DCT的图像数字水印技术研究 国内外研究现状: 20世纪80年代,索尼和菲利浦公司首次提出了数字媒体版权保护的方案SCMS(Serial copy management system),数字水印技术也是在继数字隐藏技术后提出的一种数字媒体版权保护方案,发展到现在不仅仅局限于版权保护,也延伸到商务交易中的票据防伪、声像数据的隐藏标识和篡改提示、隐蔽通信及其对抗等领域。随着电子政务的广泛应用,其安全性问题也日益突出,电子政务所涉及的相当多的信息都带有机密性,除黑客攻击.病毒感染等来自网络的安全威胁外,也易受到来自系统应用的假冒用户登录、非法篡改等数据安全的威胁。我国现有的电子政务网络基础设施和系统安全解决方案大多是通过防火墙、入侵检测、漏洞扫描、网络隔离等技术和设备来保障系统的安全,这在一定程度上可以保证电子政务信息系统的安全,但仍存在着安全漏洞,我们在电子政务的建设中,除了必要的网络安全技术外,还必须重视对数字信息安全认证的问题。 数字水印技术为上述问题提供了一个有效的解决方案,是目前多媒体信息安全研究领域的一个热点。该技术采用信息处理技术把版权信息、认证信息等秘密信息,即水印,嵌入到原始数据中去,但不影响原内容的价值和使用,水印信息可以是产品的序列号、版权所有者的标志等认证信息。通过特定的算法恢复和检测被嵌水印后,可有效地分析信息失真的情况,判断信息是否被篡改,为版权所有者提供信息被盗版的有利证据。因此,一个实用的数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和不可见性。 所谓数字水印技术,就是将代表数字媒体著作权人身份的特定信息、用户指定的标志或序列码等,按照某种方式嵌入被保护的信息中,在产生版权纠纷时,通过相应的算法提取出该数字水印,从而验证版权的归属,确保媒体著作权人的合法利益,避免非法盗版的威胁。被保护的信息是任何一种数字媒体,如软件、图像、音频、视频或一般性的电子文档等。数字水印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。
目录 摘要 (Ⅲ) Abstract (Ⅴ) 第1章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2本文研究的目的及意义 (2) 1.3数字水印技术的国内外研究现状 (2) 第2章数字水印理论基础 (5) 2.1 数字水印的基本概念 (5) 2.2 数字水印的基本特征 (5) 2.3 数字水印的基本原理 (5) 2.4 数字水印的分类 (8) 2.5 数字水印典型算法(针对图像领域) (10) 2.6 数字水印的鲁棒性问题和攻击行为 (12) 2.7 数字水印应用领域 (13) 第3章小波分析理论基础 (17) 3.1小波分析的发展历程 (17) 3.2小波函数与小波变换 (18) 3.3离散小波变换 (20) 3.4 多分辨率分析 (22) 3.5实验环境:可实现数字水印技术的高效实用工具——Matlab (24) 第4章基于小波变换的数字水印算法 (25) 4.1算法描述 (25) 4.2实验结果及分析 (28) 4.3 本章小结 (36) 参考文献 (37) 致谢 (39) 附录 (41)
基于小波变换的数字水印算法研究 摘要 数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向,是一个在开放的网络环境下,保护版权和认证来源及完整性的新型技术。 本文针对基于小波变换的数字水印技术,提出了一种基于小波域的二值图像水印算法。该算法选择了检测结果直观、有特殊意义的二值图像作为原始水印,并在嵌入之前进行图像置乱预处理,以提高安全性和隐蔽性,兼顾了水印的不可见性和鲁棒性,利用多分辨率分析思想进行水印的嵌入与提取。通过大量的仿真实验,证明本文算法在保证水印不可见性的同时,对常见的图像处理如JPEG压缩、噪声、滤波、剪切等,均有较好的鲁棒性。 关键词:数字水印,小波变换,鲁棒性,不可见性,JPEG压缩
数字水印技术:概念、应用及现状 一、引言 随着信息时代的到来,特别是Internet的普及,信息的安全保护问题日益突出。当前的信息安全技术基本上都以密码学理论为基础,无论采用传统的密钥系统还是公钥系统,其保护方式都是控制文件的存取,即将文件加密成密文,使非法用户不能解读。但随着计算机处理能力的快速提高,这种通过不断增加密钥长度来提高系统秘密级别的方法变得越来越不安全。 另一方面,多媒体技术已被广泛应用,需要进行加密、认证和版权保护的声像数据也越来越多。数字化的声像数据从本质上说就是数字信号,如果对这类数据也采用密码加密方式,则其本身的信号属性就被忽略了。最近几年,许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线,尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密,并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。 二、认识数字水印 数字水印(Digital Watermark)技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记,这种标记通常是不可见的,只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 数字水印技术的基本特性: 1. 鲁棒性(robustness):所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后,数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。 2.安全性(security):指隐藏算法有较强的抗攻击能力,即它必须能够承受一定程度的人为攻击,而使隐藏信息不会被破坏。 3.透明性(invisibility):利用人类视觉系统或人类听觉系统属性,经过一系列隐藏处理,使目标数据没有明显的降质现象,而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。 ***典型的数字水印系统模型: 图 1为水印信号嵌入模型,其功能是完成将水印信号加入原始数据中;图 2为水印信号检测模型,用以判断某一数据中是否含有指定的水印信号。
数字水印算法列举 湖南科技大学计算机科学与工程学院 ①基于LSB 的数字水印方案(空间域、不可逆、不可见和盲检测) 嵌入步骤: (1)先把水印信息转化为二进制比特流I。 (2)根据I的长度生成密钥K,并且严格保存。密钥K是对图像载体像素位置的一个映射。 (3)把I中的每一位依次根据密钥K,置换掉原始载体图像中相应位置的像素最后一位。提取步骤: (1)根据严格保存的密钥K遍历嵌入了水印的图像中的相应像素,提取出最后一位。 (2)将提取出来的每一位重新组合成水印信息。 ②基于差分扩展的数字水印方案(变换域、可逆、不可见和盲检测) 嵌入步骤: (1)将图像M分成像素点对(x,y),将水印信息转化为二进制比特流,比特流的每一位用m 表示。 (2)根据水印信息比特流的长度随机生成信息的嵌入位置k作为密钥信息严格保存。(3)对图像M计算均值l和差值h:?????-=+=y x h y x floor l 2((floor表示向下取整) (4)将水印比特信息m以差值扩展的方法嵌入到差值h中:m h h +?='2(5)将得到的h '代入(3)中,得到新的图像像素对,形成嵌入秘密信息后的图像C。提取步骤: (1)将图像C分成像素点对(x,y),读入密钥信息K。 (2)将图像C依旧按照嵌入步骤中的(3)式计算均值l和差值h。 (3)根据密钥k找到相应位置,提取差值h的最后一位比特信息m,再将差值h进行变换得到1>>='h h 。 (4)将提取到的比特信息m进行组合可以恢复水印信息,将得到的h '代入嵌入步骤的(3)中计算新的图像像素对可以恢复原始图像载体M。 ③基于直方图修改的数字水印算法(空间域、可逆、不可见和盲检测) 嵌入步骤:(1)找到直方图的零点z和峰值点p,将z v p <<的像素值v自加1。 (2)漂移后的直方图v=p处即为嵌入水印的位置,将水印信息转化为二进制流并记为k,按顺序嵌入,即k v v +=';(3)得到的由像素值v '组成的图像就是嵌入秘密信息后的图像。同时p、z以密钥的形式保存。 提取步骤: (1)读取密钥,得到p、z的值。 (2)遍历图像的每个像素,当像素v=p时,提取信息0并保持数据不变;当v=p+1时,提取信息1并将数据减1。 (3)当v
z时,数据保持不变;当p-1 数字水印作为一门新的学科, 自 1993 年 Tirkel 等人正式提出到现在十几年里, 国内外对数字水印的研究都引起了极大的关注, 从最初的版权保护, 已扩展到多媒体技术, 广播监听, in-ternet 等多个领域。数字水印是永久镶嵌在其他数据( 主要指宿主数据) 中具有可鉴别性的数字信号或数字模式, 其存在不能影响宿主数据的正常使用。为了使数字水印技术达到一定的设计要求, 当前水印数据一般应具备不可感知性(imperceptible) 、鲁棒性(Robust) 、可证明性、自恢复性和安全保密性等特点。在数字水印技术中, 水印的数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾。理想的水印算法应该既能隐藏大量数据, 又可以抗各种信道噪声和信号变形。然而在实际中, 这两个指标往往不能同时实现, 实际应用往往只偏重其中的一个方面。如果是为了隐蔽通信, 数据量显然是最重要的, 由于通信方式极为隐蔽, 遭遇敌方篡改攻击的可能性很小, 因而对鲁棒性要求较为不高。但对保证数据安全来说, 情况恰恰相反, 各种保密的数据随时面临着被盗取和篡改的危险, 对鲁棒性的要求很高, 而对隐藏数据量的要求则居于次要地位。典型的数字水印系统至少包含两个组成部分- - 水印嵌入单元和水印检测与提取单元。将水印信息进行预处理后加入到载体中, 称为嵌入。从水印化数据中提取出水印信息或者检测水印信息的存在性称为水印的提取和检测。数字水印算法主要 是指水印的嵌入算法, 而提取算法往往被看成是嵌入算法的逆变换。 当前典型的嵌入算法主要被分为空间域水印算法和变换域水印算法。DCT 变换域算法是数字水印算法的典型代表, 也是数字水印中较为常用的一种稳健的算法。其算法思想是选择二值化灰度图像作为水印信息, 根据水印图像的二值性来选择不同的嵌入系数, 并将载体图像 ( 原始图像) 进行 8×8 的分块, 再将灰度载体图像( 原始图像) 进行 DCT变换。然后, 将数字水印信息的灰度值直接植入到载体灰度图像的 DCT 变换域中, 实现水印的嵌入。而后, 将嵌入了水印信息灰度图像进行 IDCT( 逆离散的余弦变换) 变换, 得到含有了嵌入水印信息的图像, 嵌入过程完毕。水印的提取、检测过程为嵌入过程的逆过程, 其方法和嵌入方法有所雷同不再进行介绍。 下面以 MATLAB 为工具, 给出一个在频域嵌入和提取黑白二值水印图像的实现过程。(1) 水印图像的预处理: 将水印信息图像进行灰度处理, 然后再将转换后的图像进行二值转换。而这些都是为了提高水印信息的安全性对图像所做的处理。(2) 读取原始公开图像(大小为 256×256) 和黑白水印图像(大小为 32×32, 模式为灰度) 到二维数组 I 和 J。(3) 将原始公开图像I 分割为互不覆盖的图像块, 每块大小为 8×8, 共分为 32×32 块。然后对分割后的每个小块Block- dct(x,y) 进行 DCT 变换, 得到变换后的小块 Block-dct(x, y)。(4) 取黑白水印图像中的一个元素 J(p, q) , 通过嵌入算法嵌入到原始公开图像块的中频系数中。(5) 对嵌入水印信息后的图像块Block- dct (x, y) 进行逆DCT 变换, 得到图像块 Block(x′, y′)。 数字水印技术概论 【摘要】本文就数字水印科学保护技术展开探讨,通过原理定义论述、领域背景介绍与应用探讨,明晰了技术核心应用价值。对促进数字水印技术的继续深化拓展,发挥对电子信息相关数据产品的可靠安全保护职能,有积极有效的促进作用。 【关键词】数字水印;应用;保护 0.前言 信息时代,各类信息化数字技术扩充发展,针对丰富数字信息的安全保护需求也日益扩充。基于数字文档可方便快捷的复制、篡改与盗取,因而令其产权保护面临一定困难。同时数字图像具有一定适应性特征,可供用户任意设计更新并为己所用。为此应科学探究一种良好的数据可靠加密保护技术,进而有效应对不良信息篡改、窃取、盗用问题。本文基于这一目标引入水印数字技术探讨,该技术通过印记图形加密有效保护版权信息,形成印记图形同原始保持一致,基于一定标准形成水印图像,进而探究非法复制信息、相关违规产品的不良流通应用。该技术核心特征在于潜入模式,是通过视觉设想推理阐释实效的科学方式。 1.数字水印技术概述 1.1数字水印技术原理内涵 数字水印技术是一类进行数据产品安全保护、信息内容科学检测,通过嵌入模式将相关序列代码或用户定义标识引入信息中,并可基于相关算法进行水印提取,进而实施保护信息版权检验的科学技术方式。可有效维护产权人享有的产品版权利益,杜绝非法盗版问题。数字水印技术所保护的对象可以是媒体,数据文档、工具软件、视频音频资料、信息图像等丰富内容,包括生成水印、相关嵌入过程、综合信息测试与提取水印等实践环节。 数字水印核心原理在于通过针对宿主进行标识信息嵌入形成水印,令其具备无法感知的良好属性,进而确保信息数据安全性。同时需要遵循相应感知规则,令水印信息具有充分冗余性,即可通过分段数据实现恢复。 1.2数字水印具体类别 数字水印基于出发点各异性,令其种类划分各不相同,并体现了一定的联系渗透属性。依据水印特征,可将其划分成健壮与脆弱水印。前者可服务于数字作品资源中进行著作权相应表述,通过水印嵌入可满足综合编辑实践需求。后者则可实现数据完整统一保护,基于对更新信号的敏锐反映性,可依据其水印状况进行数据信息安全程度分析判别。依据水印媒体,可将其分为图像、视频、音频水印、文本与网格水印形式。而基于检测流程,数字水印则包括明文与盲水印等。前者检测进程要利用原始信息,后者则应利用密钥。 基于水印不同内容,可将数字水印定义为有意义以及无意义形式。前者即水印自身同时代表数字图像或音频数据编码,而后者则仅仅代表序列号。 1.3数字水印技术服务应用领域 数字水印技术基于优质属性、科学原理,在数字化、信息化社会建设与市场经济发展中体现了较大的应用潜能,可在电子商务领域、多媒体技术服务、广播媒介中发挥综合优势。数字水印技术具备良好的版权保护功能,基于来源信息与版权内容嵌入,有效预防不良侵权行为,体现良好安全的版权保护能效,当然其实践应用对数字水印提出了显著的鲁棒性要求。同时,数字水印技术科有效实现 摘要 数字水印(Digital Watermarking)技术是我们生活中经常见到的信息隐藏技术。它将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体中,但不影响原载体的使用价值,也不容易被人的知觉系统觉察或注意到。 空间数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向,另一类是频率数字水印。空间数字水印采用最低有效位(LSB)算法,通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面,调整数字图像中感知不重要的像素来表达水印的信息,以达到嵌入水印的目的。本实验是基于matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现。 关键词:信息隐藏技术;空间数字水印; LSB算法;matlab 目录 1 设计任务与目的 (1) 2 MATLAB的简介及应用 (1) 2.1 MATLAB简介 (1) 2.2 MATLAB应用 (1) 3 数字水印技术 (2) 3.1 数字水印技术的发展 (2) 3.2 水印分类 (2) 3.3 数字水印的特点 (3) 3.4 数字水印技术的基本原理 (4) 4 基于LSB的数字水印算法 (5) 4.1 LSB算法原理 (5) 4.2 LSB算法的实现 (6) 4.2.1 水印嵌入算法 (7) 4.2.2 水印提取算法 (9) 5 MATLAB软件仿真 (11) 5.1 仿真结果 (11) 5.1.1 水印嵌入仿真 (11) 5.1.2 水印提取仿真 (12) 5.2 仿真分析 (13) 结论 (14) 参考文献 (15) 基于Matlab的数字水印设计 ——基于空域的水印实现 1 设计任务与目的 (1)通过课程设计把自己在大学中所学的知识应用到实践当中。 (2)在课程设计的过程中掌握程序编译及软件设计的基本方法。 (3)深入了解利用Matlab设计基于Matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现。 (4)提高自己对于新知识的学习能力及进行实际操作的能力。 (5)锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。 2 MATLAB的简介及应用 2.1 MATLAB简介 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 2.2 MATLAB应用 MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作: 1)数值分析 2)数值和符号计算 3)工程与科学绘图 数字水印的历史及国内外发展现状 一般认为,数字水印起源于古老的水印技术。这里提到的“水印”技术是指传统水印,即印在传统载体上的水印,如纸币上的水印、邮票股票上的水印等,将它们对着光照我们可以看到其中隐藏的图像。这些传统的“水印”用来证明其内容的合法性。大约700年前,纸水印便在意大利的Fabriano镇出现[1],这些纸水印是通过在纸模中加细线模板制造出来的。纸在存在细线的区域会略微薄一些,这样也会更透明一些。到了18世纪,在欧洲和美国制造的产品中,纸水印已经变得相当的实用了。水印被用作商标,记录纸张的生产日期,显示原始纸片的尺寸。大约也是这个时期,水印开始用于钱和其它文件的防伪措施。纸水印的存在既不影响美感,也不影响纸张的使用。中国是世界上最早发明造纸术的国家,也是最早使用纸币的国家。宋真宗在位时(公元998-1021年),四川民间发明了“交子”[2]。交子正面都有票人的印记,有密码画押,票面金额在使用时填写,可以兑换,也可以流通。可以说交子上的印文既包含水印技术也包含消隐技术。 事实上,正是由于纸张水印和消隐技术的特性才真正地启发了在数字环境下水印的首次使用。数字水印的产生最早可追溯到1954年,它的产生源于对数字产品的保护。在1954年,Muzak公司的埃米利.希姆布鲁克(Emil Hembrooke)为带有水印的音乐作品申请了一项专利。在这项专利中,通过间歇性地应用中心频率为1kHz的窄带陷波器,认证码就被插入到音乐中。该频率上能量的缺失表征使用了陷波滤波器,而缺失的持续时间通常被编码为点或长划,此认证码使用了莫尔斯电码。此系统被Muzak公司用到了1984年前后[3]。1961年美国专利局这样描述了该项发明: 此发明使对音乐作品进行确证成为可能,从而制定出了一个防止盗版的有效途径,这也可以比作纸币中的水印。 从那时起,人们开始发展大量的水印技术并由此展开了各种各样的应用,人们对于嵌入信号的兴趣就这样持续了35年,此期间水印被应用于广告认证和设备控制上。例如,在1979年,Szepanski[4]描述了一种机械探测模式,它可以用在文件上起到防伪效果。九年后Holt等人[5]阐述了一种在音频信号中嵌入认证码的方法。但这时的数字水印只是作为一种版权认证的工具,并没有成为一门科学。直到20世纪90年代初期,数字水印才作为一个研究课题受到了足够的重视。1993年A. Z. Tirkel等所撰写的“Electronic water mark”[6]一文中首次使用了“water mark”这一术语。这一命名标志着数字水印技术作为一门正式研究学科的诞生。后来二词合二为一就成为“watermark”,而现在一般都使用“digital watermarking”一词来表示“数字水印”。现在我们所说的“水印”一般指的都是数字水印。 数字水印技术自93年被提出以来,由于其在信息安全和经济上的重要地位,发展较为迅速,世界各国的科研机构、大学和商业集团都积极的参与或投资支持此方面的研究。如美国财政部、美国版权工作组、美国洛斯阿莫斯国家实验室、美国海陆空研究实验室、欧洲电信联盟、德国国家信息技术研究中心、日本NTT信息与通信系统研究中心、麻省理工学院、南加利福尼亚大学、剑桥大学、瑞士洛桑联邦工学院、微软公司、朗讯贝尔实验室等都在进行这方面的研究工作。IBM公司、日立公司、NEC公司、Pioneer电子公司和Sony公司等五家公司还宣布联合研究基于信息隐藏的电子水印。 国际学术界陆续发表了许多关于数字水印技术方面的文章,几个有影响的国际会议(例如IEEE,SPIE等)及一些国际权威学术期刊(例如Signal Processing等)相继出版了有关数字水印技术的专题。1996年5月,国际第一届信息隐藏学术讨论会[10](International Information Hiding Workshop, IHW)在英国剑桥牛顿研究所召开,至今该研讨会已举办了五 数字图像水印技术 人类视觉系统的灵敏度相比听觉系统较低。水印技术主要利用了灵敏度和掩蔽效应。灵敏度:频率灵敏度(对于图像中水平和垂直的线和边缘最敏感,而对于成45度的线和边缘最不敏感)、频谱被感知为色彩(人眼对于彩色的感知,其最低一级是由三个单独的颜色通道组成的,人眼对于这三个颜色的反应中,对蓝色通道明显比其余两个通道要低。所以一些彩色水印处理系统将大部分的水印信号嵌入到彩色图像的蓝色通道中)、时间频率被感知成运动或闪烁(当频率超过30Hz时人眼的灵敏度下降的非常快)、亮度灵敏度(人眼对于亮度越高的信号越不敏感)。掩蔽效应:频率掩蔽(某一频率成分的存在能够掩蔽人类对于作品中另一频率成分的感知)、亮度掩蔽(局部亮度特征能够掩盖对比度的变化)。 数字图像水印系统的基本要求:鲁棒性(抵抗常见图像处理操做的能力,也就是含水印图像经历无意修改而保留水印信息的能力)、透明性(不明显干扰被保护的图像数据)、安全性(抵抗恶意攻击的能力,能承受一定程度的人为攻击,从而水印信息不会被删除、破坏、窃取)、数据容量、盲检测和自恢复性(盲检测是指水印的检测和提取不需要原始图像的参与。自恢复性指图像经过一些操作和变换后,会产生较大的失真和破坏,但是可以从留下的片段数据仍能恢复水印信号,而且恢复的过程不需要原始图像的参与)、确定性(水印所携带的信息能够被唯一的确定鉴别) 数字图像水印的处理过程主要包括水印生成、嵌入和检测三个步骤。前面二三四章已经基本讲述了。 图像内容的认证:精确认证(脆弱水印、嵌入签名、可擦除水印)、选择性认证(半脆弱水印、嵌入半脆弱签名、叙述型水印)。 图像水印系统的评测:数字水印生成算法的测试(水印生成算法的性能主要包括不可逆性以及在给定信道容量下水印的信息量)、数字水印嵌入散发的测试(主要包含水印图像质量评价和鲁棒性评测)、数字水印检测/提取算法(观察虚警好漏检的概率)。 对含有水印图像质量的评价:逼真度和品质、主观度量、基于像素的度量、基于人类视觉系统进行建模度量。 (重庆邮电大学2014-2015学年第一学期)信息隐藏技术课程 期末大作业 学号: 2011211650 2011211651 姓名:曾湘宇黄明雄 班级: 0441102 成绩评定: 数字水印技术综述 摘要 现今数字时代的到来,多媒体数字世界丰富多彩,数字产品几乎影响到每一个人的日常生活。如何保护这些与我们息息相关的数字产品,如版权保护、信息安全、数据认证以及访问控制等等,就被日益重视及变得迫切需要了。借鉴普通水印的含义和功用,人们采用类似的概念保护诸如数字图像、数字音乐这样的多媒体数据,因此就产生了“数字水印”的概念。所谓“数字水印”是往多媒体数据中添加的某些数字信息,比如将在数码相片中添加摄制者的信息,在数字影碟中添加电影公司的信息等等。与普通水印的特性类似,数字水印在多媒体数据中(如数码相片)也几乎是不可见的,也很难被破坏掉。因此数字水印在今天的计算机和互联网时代大有可为。数字水印技术还有很多其它用途,并且其应用领域还在不断扩大。要完整地说明数字水印应用的未来还不可能,但是业界对数字水印技术在复制保护和纸质媒介上的应用有了越来越大的兴趣,比如用比如水印技术保护钞票、支票、发票等等。除了技术发展,市场营销和商业规划也极为重要,并且需要有深度的分析与战略计划。技术推广和普及也必不可少,以保证市场为接受数字水印技术做好准备: 关键词:数字水印,水印攻击,FCM算法,应用,前景 目录 第一章前言 (2) 1.1问题背景 (2) 1.2问题分析 (2) 1.3小组分工 (3) 第二章数字水印技术 (4) 2.1为什么要用数字水印? (4) 2.3数字水印的起源 (6) 2.3发展历史 (6) 2.4国内外研究现状 (7) 2.5数字水印的概念 (7) 2.6数字水印的要素 (9) 2.7数字水印的优点 (10) 2.8数字水印的应用 (11) 2.8.1数字版权保护(DRM) (11) 2.8.2多媒体认证和篡改检测 (11) 2.8.3数字指纹和盗版追踪 (12) 2.8.4拷贝控制和访问控制 (12) 2.8.5广播监视 (12) 2.8.6商务交易中的票据防伪、电子印章 (12) 2.8.7隐蔽通信及其对抗 (13) 第三章常见的水印攻击方法 (14) 3.1基本攻击 (14) 3.2共谋攻击 (14) 3.3几何攻击 (14) 3.4马赛克攻击 (14) 3.5解释攻击(又称IBM攻击) (15) 3.6合法性攻击 (15) 第四章数字水印的算法 (16) 4.1空间域水印算法 (16) 4.2变换域水印算法 (16) 4.3 NEC算法该算法 (17) 4.4其他一些水印算法 (18) 4.5一个简单的数字水印算法 (19) 第五章总结与前景展望 (23) 总结 (23) 数字水印的未来 (23) 参考文献 (234) 数字音频水印技术研究综述X 王向阳1o,杨红颖1 (1辽宁师范大学计算机与信息技术学院,116029,辽宁省大连市;o中国科学院软件研究所信息安全国家重点实验室,100039,北京市) 摘要:对数字音频水印技术的相关概念和现有各类算法进行了较为系统地描述与分析,并对数字音频水印技术的未来发展方向和前景进行了预测,以期进一步推动我国在此前沿领域的研究工作. 关键词:知识产权保护;数字音频水印;透明性;鲁棒性 中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1001_5337(2005)04_0119_06 1前言 伴随着网络技术(特别是Internet技术)与多媒体技术的飞速发展,数字信息的传输与利用日益变得频繁与广泛.鉴于数字信息极易被无限制任意编辑、复制与散布,从而导致数字媒体作品的原创者蒙受巨大经济损失,数字作品的知识产权保护已经成为一个迫切需要解决的关键问题.而传统加密技术只能提供小范围保护,且具有安全性不足和流通性较差等弱点.数字水印(Digital Watermarking)作为一种潜在的解决方案受到了广泛关注,并成为国际学术界研究的一个热点[1].所谓数字水印技术,就是将一种特殊标志信息(伪随机序列或可识别图案文字)嵌入到数字媒体中,用以辨识数据的版权、合法使用者,从而认证或控制数据的使用.数字水印的分类方法多种多样.依据应用范围,通常可以把数字水印技术划分为图像水印技术、视频水印技术和音频水印技术. 近几年,对图像水印技术和视频水印技术(尤其是图像水印技术)的研究很多,而对于数字音频水印技术的研究却鲜有报道[2,3],这是由于:¥与图像和视频相比,音频信号在每个时间间隔内采样的点数要少得多,意味着音频信号中可嵌入的信息量要比可视媒体少得多.|人类听觉系统(HAS)要比人类视觉系统(HVS)灵敏得多,听觉上的不可知觉性实现起来要比视觉上困难得多.§数字音频水印对信号的同步有比较高的要求.然而,随着MP3、MPEG、AC-3等新一代压缩标准的广泛应用,对数字音频作品(例如音乐作品等)的知识产权保护显得越来越重要. 为了推动数字音频水印技术研究领域的发展,本文通过系统整理分析相关研究文献,对数字音频水印技术的相关概念、研究现状、未来研究方向进行了综述. 2数字音频水印技术简介 2.1典型数字音频水印系统模型 一般说来,完整的数字音频水印系统包括三个基本方面:水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或检测.数字音频水印技术实际上是通过对原始数字音频的分析、水印信息的预处理、嵌入位置的选择、嵌入方式的设计、嵌入调制的控制等几个相关技术环节进行合理优化,寻求满足透明性、安全可靠性、鲁棒性等诸条件(参见2.2节)约束下的准最优化设计问题.而作为数字音频水印信息的重要组成部分)))密钥,则是每个设计方案的一个重要特色所在.往往可以在水印预处理、嵌入位置选择和调制控制等不同环节入手完成密钥的嵌入. 整个数字音频水印系统[4]的基本框架如图1和图2所示. 图1展示了数字音频水印的嵌入过程.该系统的输入是水印信息W、原始数字音频I和一个可选的私有公有密钥K.其中水印信息可以是任何形式 第31卷第4期2005年10月 曲阜师范大学学报 Journal of Qufu Normal University Vol.31No.4 Oct.2005 X收稿日期:2005-10-04 基金项目:辽宁省自然科学基金(20032100)和信息安全国家重点实验室开放基金(03-02)资助. 作者简介:王向阳,男,1965-,硕士,教授;主要研究方向:网络信息安全技术、多媒体信息处理技术.基于MATLAB的数字水印算法实现
数字水印技术概论
基于Matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现
数字水印的历史及国内外发展现状
数字图像水印技术
信息隐藏技术-数字水印综述
数字音频水印技术研究综述