数字水印的设计与实现

Y 随机序列整合成随 机矩阵
将细胞水印模板嵌 入原始图像亮度值 DCT域
经过基于投票规则 的细胞自动机变化 将temp矩阵最后1列除头尾两值以 产生细胞水印模板 外赋值为原 Rand矩阵第0列的值 矩阵WaterMark。 Temp[0][0]=temp[Nh][Nw];
将temp矩阵第0列除头尾两值以外 赋值为原Rand矩阵最后1列的值 Temp[Nh+1][Nw+1]=temp[1][1]; Temp[Nh+1][0]=temp[1][Nw]; Temp[0][Nw+1]=temp[Nh][1]; 在temp矩阵中从左到右、从上到下依次取行数等于Nh列 数等于Nw的值分别赋值给Cell1—Cell9 9个细胞矩阵 将9个细胞矩阵中的值相加，大于4时取1否则取 0，得到矩阵charge 将temp矩阵除最外一圈边界赋值为charge矩阵的值 m++
9
无法提取 无法提取 12 无法提取 13 14 10 11
混沌与细胞自动机
混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机
上平移
下平移 下平移 下平移 左平移 右平移
30
10 20 30 1 1
未检测出水印
含有水印 含有水印 未检测出水印 未检测出水印 未检测出水印
数字水印特征
①透明性（invisibility） ②不可检测性 （undetectability） ③鲁棒性（robustness） ④安全性（security）
数字水印系统
二、关键技术及理论基础
密钥
水印信息
水印嵌入算法
水印载体数据
原始数据
密钥 水印载体数据 水印提取算法 水印提取或存在与 否的二值判断
基于混沌与细胞 自动机算法的数 字水印嵌入功能
将Rand矩阵转化为二值矩阵： Rand[i][j]>0.5时取1否则取0 将Rand矩阵扩大一圈为0的 边界生成temp矩阵 m=0,i=0,j=0
3
将watermark矩阵赋值为 temp矩阵中除最外层一圈 边界的值
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
m<do_num
N
1
将temp矩阵第0行除头尾两值以外 赋值为原Rand矩阵最后一行的值 将temp矩阵最后1行除头尾两值以 外赋值为原Rand矩阵第0行的值
本系统主要设计了基于LSB算法和基于混沌细胞自动机 算法的数字水印的嵌入、提取/ 检测两大主要功能。方 便用户能够根据自己的需要将自己的图像作品嵌入数 字水印，并能够加以检测，甚至抵抗一定程度的简单 攻击。在一定程度上遏止侵犯原创权的行为。
数字水印系统
二、关键技术及理论基础
数字水印概念
数 字 水 印 （ digital watermark ） 技 术 ， 是 指在数字化的数据内容 中嵌入视觉不可感知的 数字记号。被嵌入的记 号通常是不可见或不可 察的，但是通过一些特 定的计算操作可以被检 测或者提取
数字水印系统
四、系统实现
基于LSB算法数 字水印
嵌入水印时，将 原始图片亮度值 每一字节的最低 位赋值为前7位 与隐藏信息的异 或。
提取水印时，将 待测图像每个字 节的8位亮度值 异或，即得到隐 藏信息的消息串， 整合后得到嵌入 的水印图像。
数字水印系统
四、系统实现
输入Logistic产生的随 机序列矩阵Rand[i][j]
嵌入与检测数字 水印工作模型
原始数据
数字水印系统
三、系统设计
新建 打开 文件管理模块
系 统 功 能 图
保存 另存为 剪切攻击 攻击模块 随机剪切 1/8剪切 1/16剪切 四周剪切 上平移 平移攻击 下平移 左平移 嵌入 LSB水印模块 提取 右平移
数 字 水 印 系 统
CELL水印图像模块
嵌入 检测
数字水印系统
9 LSB
右平移
1
无法提取
五、总结
在数字水印系统设计与实现的过程中，我遇到了不少的难题。其 中一些是因为缺少编程经验而出现的简单错误，例如开始编程时 出现的堆栈溢出问题，导致系统执行时的不断崩溃，最终修改所 有静态数组为动态分配而解决该问题。而其中也有一些是因为算 法的理解错误，导致系统的运行得不到预期的效果。这些最终通 过自己的钻研和老师、同学的帮助得到绝大部分的解决，这对我 在编程有一定的帮助和积累经验作用。 在数字水印系统中，两个期待未来能够完善的问题： 第一个问题就是其他类型图像的水印嵌入问题。可以将 真彩图片转化为 RGB 图片再转化为系统中所示范的灰度图像，但 由于时间问题，就没有能够实现这项功能。 第二个问题是没有能够简化系统的操作，使用户使用起 来比较繁琐。
目录
课题背景与研究意义 关键技术及理论基础 系统设计 系统实现 总结
数字水印系统
一、课题背景及研究意义
我们已经进入了二十一世纪的数字化时代。人们习惯 于通过互联网随时随地地将自己的照片、图像、等数 据上传发布。又由于互联网快速便捷的特性，这些原 创或者商用作品容易被有意无意的篡改。数字产品的 版权，完整性，有效性得不到保证。
攻击类型
1/16剪切 1/8剪切 随机剪切 随机剪切
攻击次数
1 1 10 20
实验结果
100%提取 有损提取 有损提取
1 2 3
1 LSB 2 LSB 3 LSB 4 LSB
4 5 6
有损提取
7 8
5 LSB 6 LSB 7 LSB 8 LSB
随机剪切 上平移 下平移 左平移
30 1 1 1
无法提取
E（image） =IDCT(DCT(image) +alpha*WaterMark )
DCT离散余弦变换
数字水印系统
四、系统实现
基于混沌与细胞 自动机算法的数 字水印检测功能
2 1
3
利用原始图像产生 实际细胞水印模板 矩阵
提取的细胞水印模 板=（待测图像DCT 矩阵-原始图像DCT 矩阵）/alpha
实际细胞水印模板 矩阵与提取的细胞 水印模板矩阵做相 关性检测 根据阈值判断待测 图像中是否含有水 印
四、系统实现
数字水印系统
四、系统实现
序 号 实验 算法 序号 实验算法 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 混沌与细胞自动机 攻击类型 1/16剪切 1/8剪切 随机剪切 随机剪切 随机剪切 随机剪切 上平移 上平移 攻击次数 1 1 10 20 30 50 10 20 实验结果 含有水印 含有水印 含有水印 含有水印 含有水印 未检测出水印 含有水印 含有水印