基于MATLAB数字水印系统设计共57页文档
(完整word版)数字图像水印matlab实现
论文独创性声明本人所呈交的论文,是指导教师的指导下,独立进行研究和开发工作所取得的成果。
除文中已特别加以注明引用的内容外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担.特此声明。
论文作者（签名)：20 年月日摘要随着计算机网络的迅速发展,包括数字图像在内的数字媒体得到了广泛的应用,数字媒体的数据逐渐成为人们获取信息的重要来源，但随之而来出现了一系列如随意复制、编辑、非法传播数字图像的信息安全问题,数字媒体的版权保护问题变的日益突出,数字图像水印技术由此应用而生，已成为信息安全领域的一个研究热点.本文比较系统地研究了数字水印技术在静止图像中的应用问题。
首先介绍了数字水印技术的发展背景，然后对数字水印的原理、特点、分类、典型算法、应用领域以及评价标准等等进行了简要的分析。
其次，本文主要是针对目前现有数字图像水印算法实现过程比较复杂，其中重点讨论关于DCT的数字图像水印技术的嵌入，提取和水印的攻击测试等.最后对数字图像水印的特征进行分析总结。
最终通过Matlab这一工具来实现其具体的过程.通过实验对比分析得到该种算法具有一定的可行性以及较好的鲁棒性。
关键词：数字图像水印，信息安全，DCT算法,Matlab.AbstractWith the rapid development of computer network，digital media, including digital image has been widely used，digital media data gradually become an important source of obtaining information，but there's a series of such as free to copy, edit，illegal dissemination of digital image information security，copyright protection of digital media has become increasingly outstanding, digital image watermarking technology and the application, has become a research hotspot in the field of information security。
基于Matlab仿真的数字水印技术
体 有 可 能 在 没有 得 到作 品所 有 者 的 许 可 下 复 制 和传 播 有 版 权 的 信 息 ，以此 来谋 取 利 益 ，大大 地侵 犯 了数 字作 品原 有者 的利 益 。
数 字 化 技 术 本 身 的 可 复 制 和 广 泛 传 播 的特 性 带 来 的 负 面 效 应 ，
道 数 字水 印算 法 （ 包 括嵌 入 和提 取 算 法 ） 的情 况 下 ，恶 意 地 进 行 各 种攻 击 操 作 ，试 图 实 现 未经 授 权 的嵌 入 、提 取 或 检 测 、删 除 水 印 等 时 ，依 然 可 以 保证 水 印 的正 确 。
２ ＿ ２ ＿ ２可证 明性
只有 专用 的 检测 器或 计算 机 软件 才可 以检 测 出隐 藏 的数字 水 印 。 在 多媒 体 中加 入数 字 水 印可 以确 立 版 权 所 有 者 、认 证 多媒
电 子 商 务 认 证 、 医 学 影 像 技 术 等 方 面 具 有 十 分 广 阔 的 应 用 前 景 。 虽然 数 字 水 印 技 术 还处 于发 展 之 中 ，但 是 不 久 的 未 来 ，数 字水 印技 术 的市 场 将会 更 加 广 阔 。
完 全 和 可靠 的证 据 。 水 印算 法 能 够 识 别 被 嵌 入 到 保 护 对 象 中 的 信 息 ，并 能在 需 要 的 时 候将 其 提 取 出来 。水 印可 以用 来 判 别 对 象 是 否 受 到保 护 ．并 能 够监 视被 保 护 数 据 的传 播 、真 伪 鉴 别 以 及 非 法拷 贝控 制 等 。
置 ，实现数 字信 息的嵌 入 。使 用 ＤＣＴ方 法获得 的水 印通常 具有很好 的不可见 性和鲁 棒性 ，并能 够
抵抗 诸如 Ｉ Ｐ Ｅ Ｇ压 缩等 攻击 手段
基于Matlab的数字水印设计——基于空域的水印实现
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。
基于Matlab图像数字水印算法的设计
基于Matlab图像数字水印算法的设计肖玉兰【摘要】Digital watermarking provide an effective way for overcoming serious problems of digital images on the Internet, including copyright violation, illegal copying and genuine identification, etc. The authors develop a bi-image watermarking method. This paper introduces the commonly used Matlab function in the digital watermarking algorithm and accomplished a new kind of watermark-embedding and detecting algorithm based on the DCT. It has good robustness with the experimental results given that the image embedded watermark after the attack can be extracted successfully.%介绍了Matlab中用于图像数字水印的基本函数，通过设计程序实现了一个DCT城图像数字水印的嵌入和提取算法，并对已嵌入水印的图像实施了攻击（压缩30％）．结果表明，被攻击后的图像仍能成功提取出嵌入的水印信息，具有较好的稳健性和鲁棒性．【期刊名称】《广西民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(018)003【总页数】4页(P66-69)【关键词】Matlab;数字水印;数字图像;DCT【作者】肖玉兰【作者单位】青海师范大学组织部,青海西宁810008【正文语种】中文【中图分类】TP309.70 引言网络技术和流媒体技术的迅速发展，给文本、图像、音视频信息的数字存取提供了快速、高效和方便的网络途径.但随之而来的弊端是一些从事网络剽窃的个人(或团体)在没有得到原创作品版权所有者的许可下利用各种非法手段获取并修改网络中传输的数据信息，非法拷贝有版权的内容.如何在网络环境中实施有效的版权保护和信息安全，已成为一个亟待解决的现实问题.诸多研究表明[1-6]，利用现代数字信号处理技术有效实施数字作品的版权保护是业界公认的手段，其中数字水印技术是最典型方法[7-8]，它是利用数字作品中存在的冗余数据把有效的版权保护信息通过一定的方法嵌入到数字化作品中用来保护数字化产品版权的相关技术.根据水印嵌入到数字作品中的区别，数字水印技术相关的算法分为时空域和变换域两大类型.其中时空域算法是将水印信息直接嵌入到数字作品的时间或空间域中；而变换域算法首先将数字作品做相应的数学变换[9-10]处理，通过改变这些变换域的相关系数来达到嵌入水印信息的目的.这两种算法都能成功实现数字水印信息的嵌入和提取，实现有效版权信息的保护，只是算法设计思路、针对性和运行效果不同.Matlab软件含有丰富的库函数，功能强，编程简单.笔者通过介绍Matlab中用于数字图像处理的基本函数，设计程序实现了一个DCT域图像数字水印的嵌入和提取算法，并对已嵌入水印的图像实施了有效的攻击(压缩30%).仿真结果表明，被攻击后的图像仍能成功提取出被嵌入的水印信息，具有较好的稳健性和鲁棒性.1 Matlab中的图像处理函数Matlab是由 MathWorks 公司开发的主要用于矩阵运算和可视化图形图像处理的计算语言，含有专门用于数字图像处理的基本变换函数[4](FFT、DCT、DWT等)，极大地简化了算法的计算机实现.1.1 图像文件I/O函数1) imread和imwrite：用于读写图像文件，图像文件类型可以是.bmp、.hdf、.jpeg和.tiff等格式；2) load：把以.mat 为扩展名的图像文件调入到内存中，以备后续处理；3) save：将工作空间中的变量保存到以.mat 为扩展名的图像文件中.1.2 图像显示函数1) image：显示图像，可返回一个图像的句柄给一个image 对象；2) imshow：用于显示一幅图像；3) truesize：调整图像显示的大小.1.3 离散余弦变换函数(DCT域图像变换)1) dct和dct2：可分别实现一维和二维信号的离散余弦变换；2) idct和idct2：分别实现一维和二维信号的离散余弦反变换；3) blkproc：对图像进行不同的块处理.1.4 水印性能攻击相关的函数1) imcrop：把图像剪裁成具有一定大小的矩形；2) imresize：利用插值方法来调节图像的大小； 3) imrotate：将图像沿逆时针方向旋转指定的角度；4) corr2：计算图像之间的相关系数；5) imadjust：调整图像的对比度； 6) imnoise：给图像加噪处理；7) filter和 filter2：可实现对一维和二维信号的滤波处理.2 图像数字水印算法的实现这里我们以lena1像作为原始图像，将一个图像水印(版权信息)利用变换域算法嵌入到原始图像中，然后再利用水印提取(检测)算法来提取(检测)被嵌入的水印信息；其次，对已嵌入水印信息的图像进行攻击(压缩、剪贴、旋转等)[11]，这里以图像压缩作为攻击，压缩比例可不断变化，文中只给出压缩比为30%的图像；最后对被攻击后的图像中的水印信息再次进行提取(检测)，以验证水印的稳健性和鲁棒性等.该算法及实现在Matlab 7.0环境下完成.2.1 图像水印的嵌入和提取算法如图1和图2所示为图像水印嵌入和提取过程，其中原始图像为256×256×8的lena图像，水印信息为图像水印.图1 水印的嵌入过程Fig.1 Framework for watermark embedding图2 水印的提取(检测)过程Fig.2 Framework for watermark detection2.2 算法软件编程算法的软件程序主要包括：初始化、原始图像读取和显示、图像水印的嵌入、图像水印的提取(检测)和攻击等，由于篇幅有限，这里只给出水印的嵌入、提取(检测)和攻击部分程序：M=256; %原始图像的尺寸N=32; %水印图像的尺寸H=8;I=zeros(M,M); %原始图像J=zeros(N,N); %水印图像BLOCK=zeros(H,H);J=imread('bit1','bmp'); %显示水印图像imshow(J);I=imread('cameraman','bmp'); %显示原始图像imshow(I);tem=1; %嵌入水印信息for c=1:N;for d=1:N;x=(c-1)*H+1;y=(d-1)*H+1;BLOCK=I(x:x+H-1,y:y+H-1);……BLOCK(2,1)=BLOCK(2,1)*(1+a*0.01); %嵌入系数BLOCK=iDCT2(BLOCK); % DCT反变换, 得到含水印的图像I(x:x+H-1,y:y+H-1)=BLOCK; %自适应地嵌入到了图像中endendimshow(I); %显示嵌入水印后的图像imwrite(I,'embeded.bmp','bmp');M=256; %原图像长度N=32; %水印图像长度K=8;I=zeros(M,M); %原始图像Q=zeros(M,M); %嵌入水印后的图像J=zeros(N,N); %水印图像BLOCK1=zeros(H,H);BLOCK2=zeros(H,H);Q=imread('embeded','bmp'); %读取嵌入水印后的图像for c=1:N；for d=1:M；x=(c-1)*H+1;y=(d-1)*H+1;……if a<0W(c,d)=0;elseW(c,d)=1;……endimshow(W);2.3 图像的攻击检测将嵌入水印的图像进行攻击(这里将图像压缩30%)，相应的部分程序如下：L=imread('embeded','bmp');imwrite(L,'attack1.jpg','jpeg','Quality',70);J1=imread('attack1.jpg','jpeg');imshow(J1);%I=imread('cameraman','bmp');for c=1:Nfor d=1:Nx=(c-1)*H+1;y=(d-1)*H+1;……imshow(W);title ('从遭受攻击后图像中提取水印') %图3～8分别为原始图像、水印图像、嵌入水印后的图像、提取的水印图像、受攻击后的图像、受攻击后图像中提取的水印图像.从图3～6可看出，被嵌入到原始图像中的图像水印信息能很好的提取(检测)出来，这说明图像水印的嵌入、提取算法和过程是可行的.从图7可清楚看到，原始图像被攻击(压缩30%)后，仍然能显示完整的图像信息，但图像容量减小了30%，这有利于图像存储和网络传输，既节省了存储空间又提高了传输速度.从图8同样可清楚看到，嵌入水印的图像被攻击(压缩30%)后依然能提取(检测)出水印信息，只是被提取的水印图像中有一些离散的数据点，整个水印图像清晰可见，与原始水印图像差别不大，这说明水印有较好的抗攻击能力，图像质量和效果良好，具有较好的稳健性和鲁棒性.图3 原始图像Fig.3 Original image图4 水印图像Fig.4 Watermark image图5 嵌入水印后图像Fig.5 image after embeded Watermarking图6 提取的水印图像Fig.6 Watermark image detected图7 被攻击的图像(压缩30%)Fig.7 Attacked image(compression ratio of 30%) 图8 攻击后提取的水印图像Fig.8 watermark detection after attacking3 结论通过设计程序实现了一个DCT域图象数字水印的嵌入和提取算法，并对已嵌入水印的图像实施了有效的攻击(压缩30%).仿真实验结果表明，被攻击后的图像中能成功提取出被嵌入的水印信息，既节省了存储空间又提高了传输速度，有利于图像存储和网络传输，具有较好的稳健性和鲁棒性.[参考文献]【相关文献】[1]黄继武. DCT域图像水印: 嵌入对策和算法[J].电子学报, 2000, 28(4):57-59.[2]余燕忠, 王新伟. 应用 MATLAB实现数字水印算法[J].电子科技, 2004,(6): 27-32.[3]Hu C, Wu J. DCT based Watermarking for Video[J]. IEEET rans.Consumer Electronics,1998, 44(1):206-216.[4]张芳. MATLAB与数字水印技术[J].天津工业大学学报, 2004, 2(1):83-84.[5]鞠武,万鲁冲.基于二维混合变换(DCT-DWT)的图像水印算法[J].微计算机信息,2010,26(2):202-205.[6]张秋余,李凯,袁占亭.基于混沌和SVD_DWT的稳健数字图像水印算法[J].计算机应用研究,2010,27(2):718-721.[7]周亚训,叶庆卫,徐铁峰. 基于小波和余弦变换组合的图像水印方案[J].电子学报, 2001,29(12):1693-1695.[8]黄松, 杨华千, 张伟,等. 一个新的基于DCT的自适应数字水印算法[J].计算机科学, 2006,33(6):148-151.[9]闫德勤,韩亚丹,高艳. 一种DCT中频水印嵌入与提取方法[J].计算机工程与应用, 2005, 5:65-67.[10]吕锋,杨彬.一种基于视觉模型的DCT数字水印算法[J].武汉理工大学学报, 2006, 28(12):125-128.[11]邓成,李洁,高新波.基于仿射协变区域的抗几何攻击图像水印算法[J].自动化学报，2010，36(2):221-224.。
基于Matlab的数字水印系统的GUI设计
基于Matlab的数字水印系统的GUI设计薛媛【摘要】Digital watermarking technology for digital information security and copyrights provides an effective protection measures. In this paper, through the method of wavelet transform and discrete cosine transform,firstly wavelet transform is used in host color image, then discrete cosine transform is used in the low frequency of wavelet transform. In the end, the color watermark image is embedded into the DC-coefficient of discrete cosine transform. The experimental results show that the proposed digital watermarking system which was used by Matlab is better and robust in adding noise,JPEG compression and a little cropping.%数字水印技术为数字信息安全和版权提供了一种有效的保护措施。
本文通过小波变换和离散余弦变换的方法，首先对载体彩色图像进行小波变换，然后对变换后载体图像的低频子带再进行离散余弦变换，最后将彩色水印图像嵌入到离散变换的直流系数上。
结果证明，在抗噪声攻击、JPEG压缩、小幅度剪切方面利用Matlab软件构建的数字水印系统可达到效果良好，稳健性强。
基于Matlab的数字水印设计基于DCT域的水印实现课程设计
要摘数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理地方法在数字化地多媒体数据中嵌入隐蔽地标记，这种标记通常是不可见地，只有通过专用地检测器或阅读器才能提取.数字水印是信息隐藏技术地一个重要研究方向.随着数字水印技术地发展，数字水印地应用领域也得到了扩展，数字. 水印地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，潜在地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地广播服务.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地检索等领域得到应用.数字水印地认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印地安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛地应用.本文主要是根据所学地数字图象处理知识，在MATLAB环境下，通过系统编程地方式，建立并实现基于DCT域地数字水印加密系统.该系统主要包含数字水印地嵌入与提取，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地技术保障.DCTTLAB；关键词：数字水印；MA录目1 课程设计目地 (1)2 课程设计要求 (2)3 数字水印技术基本原理 (3).......................................................................................................... 33.1 数字水印基本框架.......................................................................................................................... 3算法分类 3.2 ................................................................................................................. 43.2.1 DCT 法.............................................................................................................. 4其他方法 3.2.2 ...................................................................................................... 43.3 实际需要考虑地问题.............................................................................................................. 4不可见性 3.3.1 .................................................................................................................. 5 3.3.2 鲁棒性.............................................................................................................. 5 3.3.3 水印容量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.................................................................................................. 78*8变换块4.1.2 选取.......................................................................................................... 7边界自适应 4.1.3 ................................................................................................. 74.1.4 DCT变换与嵌入.............................................................................................................. 8 4.1.5 恢复空域.................................................................................................................. 8嵌入算法扩展4.2 ......................................................................... 8彩色图像三个矩阵地划分4.2.1 RGB...................................................................................................... 8 4.2.2 八色彩色水印...................................................................................................................... 9水印地提取 4.3 .......................................................................................................................... 9 仿真程序4.45 结果分析..................................................................................................................14结束语..........................................................................................................................16参考文献......................................................................................................................17课程设计目地1数字水印技术是用信号处理地方法在数字化地多媒体数据中嵌入隐蔽地标记，这种标记通常是不可见地，只有通过专用地检测器或阅读器才能提取.数字水印是信息隐藏技术地一个重要研究方向.在数字水印技术中，水印地数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾.从主观上讲，理想地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，不过这并不会影响数字水印技术地应用，因为实际应用一般只偏重其中地一个方面.如果是为了隐蔽通信，数据量显然是最重要地，由于通信方式极为隐蔽，遭遇敌方篡改攻击地可能性很小，因而对鲁棒性要求不高.但对保证数据安全来说，情况恰恰相反，各种保密地数据随时面临着被盗取和篡改地危险，所以鲁棒性是十分重要地，此时，隐藏数据量地要求居于次要地位.数字水印技术是通过一定地算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容当中，但不影响原内容地价值和使用，并且不能被人地知觉系统觉察或注意到.水印信息可以是作者地序列号、公司标志、有特殊意义地文本等，可用来识别文件、图像或音乐制品地来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品地拥有权.与加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动地发生，但它可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据地传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据.总地来说，数字水印可以携带有版权保护信息和认证信息，保护数字产品地合法拷贝和传播.课程设计要求2利用所学地数字图像处理技术，建立并实现基于DCT地数字水印加密系统，利用MATLAB软件系统来实现水印地嵌入和提取，并对算法地不可见性、鲁棒性进行测试.具体要求：TLAB程序设计方法；（1）熟悉和掌握MA TLAB图像处理工具箱；2）学习和熟悉MA （工具箱对图像进行处理和分析；）学会运用MA TLAB（3格式进行打开、保存、另存、退出等功能操作；）能对图像jpg（4软件对图像进行水印地嵌入和提取；）利用所学数字图像处理技术知识、MATLAB（5（6）在程序开发时，清楚主要实现函数目地和作用，需要在程序书写时做适当注释说明，理解每一句函数地具体意义和使用范围；.）每个程序都必须做到功能仿真成功，运行结果以图片地形式粘贴到报告中（7数字水印技术基本原理3数字水印基本框架3.1一个数字水印系统一般包括三个基本方面：水印地生成、水印地嵌入和水印地提取或检测.数字水印地嵌入和提取地一般过程基本框架如图3.1，图3.2所示.水印生成算法(G)数字水原始载体数(J)水印嵌入算私公(K)图3.1 水印嵌入地一般过程基本框架数字水(W)原始数据水印检测算法估计水印（W）/相似度检测) (I待检测数据W私钥/公钥(K)图3.2 水印检测地一般过程基本框架算法分类3.2.根据水印实现方法不同，数字水印可分为空（时）域数字水印和频域数字水印空域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信号，而频域法加入数字水印地原理是首先将原始信号（语音一维信号、图像二维信号）变换到频域，常用地变换一般有DWT、DCT、DFT、WP和分形.然后，对加入了水印信息地信号进行频域反变换（IDWT、IDCT、DFT、WP），得到含有水印信息地信号.频域法检测水印地原理是将原始信号与待检测信号同时进行变换域变换，比较两者地区别，进行嵌入水印地逆运算，得出水印信息.如果是可读地水印，那么就此结束，如果是不可读水印，如高斯噪声，就将得出地水印与已知水印作比较，由相关性判断，待检测信号含不含水印，故水印地检测有两个结束点.频域法有以下优点：嵌入地水印信号能量可以分布到空域地所有像素上，有利于保证水印地不可见性；视觉系统（HVS）地某些特性（如频率地掩蔽特性）可以更方便地结合到水印编码过程中；频域法可与国际数据压缩标准兼容，从而实现在压缩域（compressed domain）内地水印编码.法3.2.1 DCT．对原始信号做DCT地算法：Cox和Piva等人提出地DCT技术地经典之作.Cox利用随机数发生器产生标准正态序列作为水印信息对图像进行整体DCT变换后，选取除去DC系数之外部分较低频率系数叠加水印信息。
基于Matlab的数字水印设计基于空域的水印实现
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。
基于Matlab的图像数字水印技术
基于Matlab的图像数字水印技术摘要：信息技术和计算机网络的迅速发展，使得包括图像在内的数字媒体信息的交流达到了前所未有的深度和广度，与此同时，也使得在网上传播的图像版权保护和服务认证面临着日益严峻的挑战。
做为信息隐藏技术在计算机领域的一项重要应用，数字水印具有双重安全性，即水印的添加与否具有不可知性以及水印的提取受秘钥的保护，因而非常适用于信息安全问题，为保护多媒体信息的版权及信息的合法使用提供了一种新的解决思路。
关键字：数字图像水印技术 Matlab正文：1.图像数字水印技术的概念与特点数字水印可以看作是插入到数字媒体中的数字信号或模板。
水印技术把媒体从一种形式转换为另一种形式，但是水印技术基本上没有改变媒体，确保媒体可以认知，一旦解密后，密码术对媒体没有任何保护，但水印可以始终保存在媒体中。
把与媒体、作者、版权和使用许可的有关信息作为水印嵌入到媒体中，需要时从媒体中检测或提取出这些信息，用于证明原创作者对作品的所有权的证据。
水印与宿主数据紧密结合并隐藏其中，成为宿主数据不可分离的组成部分。
1.1基本原理图像数字水印技术是指用信号处理的方法在图像数据中嵌入隐含标记，水印分为可感知和不易感知两种。
（1）可感知水印。
这是一种可以看见的水印，就像插入或覆盖在图像上的标识。
它与可视纸上的水印相似，这类水印一般选用较淡或半透明图案。
它既可以证明作品的归属，又不妨碍对作品的欣赏，主要应用于标识那些可在图像数据库或Internet上得到的图像预览，防止这些图像被作为商业用途。
（2）不易感知水印。
这是一种应用更加广泛的水印，主要用来鉴别产品的真伪及产权保护。
人们在感觉上的冗余是这种水印存在的前提。
与可视水印相反，它加在图像当中从表面上是不易察觉的。
由于数字产品都是为了满足感官需求，这就要求它的水印不可破坏其欣赏价值与使用价值，要求水印不引人注目。
虽然不易感知的数字水印不能阻止合法产品被非法复制，但是当发生版权纠纷时，所有者可以从中提取出标记，从而证明物品为某人所有。
基于Matlab的图像数字水印系统开发毕业论文
基于Matlab的图像数字水印系统开发[摘要] 数字水印技术是指在宿主数字媒体（图像、声音、视频）等中嵌入一定量的数字信息，它不同于传统的数据加密技术，其目的不是限制对数据的存取，而是保证嵌入的数据不可侵犯和可恢复，是当前数字媒体版权保护的一种有效办法。
由于数字水印技术涉及到的知识面很广，即使是专业人员有时也感到力不从心，那么如何选择一种有效的编程工具便成为一个亟待解决的问题。
本文针对MATLAB与Visual C++ 软件的各自编程优势，提出了一种利用Matlab语言来实现数字水印算法， VC环境下开发应用程序界面，通过编译器将二者有效结合起来，从而形成一个完整的图像数字水印系统。
[关键词] 数字水印 Matlab Visual C++program the digital watermark system with the matlab language[Abstract]The digital watermark is an item of technology that inserting a few of numerical information to the host numeric media (such as picture, sound, video and so on). It is different from the traditional data encryption technology, its goal is not to limit the data access, but to guarantee the inserted data inviolable and resumable, it is a method which is effective protect the media copyright. Because the digital watermark technology is very difficult, even if the professional also feels very difficulty to program sometimes. So how to choose a kind of effective programming tool becomes a problem which urgently awaits to be solved.This article contrapose the MATLAB and Visual C++ software's superiority in respective programming, and advance a kind of method that implements the digital watermark algorithm using the Matlab language. It develops the interface of application program, and uses the Matlab compiler to combine the above two kinds of compilers effectively, in order to forms a complete digital watermark demonstration system.[keywords]digital watermark matlab visual c++目录第一章引言 (6)第二章数字水印技术 (8)数字水印技术的简介 (8)数字水印产生的历史背景 (8)数字水印的基本特性 (9)数字水印技术的复杂性 (9)数字水印技术的常用算法 (10)第三章可实现数字水印技术的高效实用工具——MATLAB (11)MATLAB简介 (11)MATLAB的语言特点 (11)用M ATLAB实现数字水印算法的优点 (13)M ATLAB函数介绍 (13)数据输入输出函数: (13)图像显示与声音播放: (13)变换频函数: (14)攻击函数 (14)第四章数字水印系统模块设计与实现 (15)数字水印系统的总体结构 (15)嵌入水印模块 (16)嵌入水印模块功能描述 (16)嵌入水印的算法基本框图 (17)嵌入水印算法的具体分析 (17)水印提取模块 (19)水印提取的功能描述 (19)水印提取的算法框图 (19)水印提取的算法具体分析 (20)水印算法的稳健性验证模块： (20)水印算法稳健性验证的功能描述 (21)添加噪音 (21)滤波 (21)剪切 (22)压缩 (22)旋转 (23)第五章 MATLAB与VC++的接口实现 (24)集成的几种实现方法 (25)配置编译器 (25)对MATLAB的编译器进行配置 (25)对VC的编译器进行配置 (26)编写M函数文件 (27)将M函数文件转化为脱离MATLAB环境的动态链接 (27)第六章总结与展望 (28)第七章致谢 (29)第八章参考文献 (30)CONTENTS第一章引言 (6)第二章数字水印技术 (8)数字水印技术的简介 (8)数字水印产生的历史背景 (8)数字水印的基本特性 (9)数字水印技术的复杂性 (9)数字水印技术的常用算法 (10)第三章可实现数字水印技术的高效实用工具——MATLAB (11)MATLAB简介 (11)MATLAB的语言特点 (11)用M ATLAB实现数字水印算法的优点 (13)M ATLAB函数介绍 (13)数据输入输出函数: (13)图像显示与声音播放: (13)变换频函数: (14)攻击函数 (14)第四章数字水印系统模块设计与实现 (15)数字水印系统的总体结构 (15)嵌入水印模块 (16)嵌入水印模块功能描述 (16)嵌入水印的算法基本框图 (17)嵌入水印算法的具体分析 (17)水印提取模块 (19)水印提取的功能描述 (19)水印提取的算法框图 (19)水印提取的算法具体分析 (20)水印算法的稳健性验证模块： (20)水印算法稳健性验证的功能描述 (21)添加噪音 (21)滤波 (21)剪切 (22)压缩 (22)旋转 (23)第五章 MATLAB与VC++的接口实现 (24)集成的几种实现方法 (25)配置编译器 (25)对MATLAB的编译器进行配置 (25)对VC的编译器进行配置 (26)编写M函数文件 (27)将M函数文件转化为脱离MATLAB环境的动态链接 (27)第六章总结与展望 (28)第七章致谢 (29)第八章参考文献 (30)第一章引言随着多媒体和网络技术的迅速发展与广泛应用，数字化媒体(如数字图像、数字视频和音频等)的传输和获取变得越来越便捷，一方面促进了人类信息的共享，推动了社会的进步，而另一方面由于其极易复制且复制后的媒体质量与原版几乎没有差异，因此也带来了数字多媒体的版权问题。
(完整word版)基于MATLAB的数字水印算法实现
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。
基于matlab的图像水印算法分析论文正文大学学位论文
摘要本文对多种数字水印算法进行了研究、对比和改进．首先基于matlab编程进行实际检验，验证算法的可行性，然后从水印的置乱、嵌入和提取三个方面，根据实际检验的参数对这些算法的鲁棒性、抗攻击性和隐蔽性进行了对比分析，同时测量了各水印算法的数据容量，并对部分算法中的瑕疵给出了改进建议．其中鲁棒性的检验主要是对水印后的图像进行JPEG压缩、旋转、裁剪等操作，然后观察提取出的水印图像是否被破坏，并用实际数据表示破坏程度，进行对比分析．不同水印算法的数据容量的测量主要是通过计算同一原始图像中可以嵌入的水印图像的大小，并测量水印图像的数据量来实现．关键词数字水印；小波变换；离散余弦变换；奇异值分解；MatlabAbstractIn this paper, a variety of digital watermarking algorithm is studied, compared and improved. Firstly, based on the MATLAB programming of the actual test, verify the feasibility of the algorithm. And then, from the scrambling, embedding and extracting three aspects, the robustness, anti attack and concealment of these algorithms are compared according to the actual test parameters. Simultaneous measurement of various watermarking algorithm data capacity, and part of the algorithm flaws given suggestions for improvement.The test of robustness is mainly JPEG compression, rotation, clipping and other operations on the image after the watermark, and observe whether the extracted watermark image is being destroyed, and with the practical data, said the damage degree, carries on the contrast analysis. The measurement of the data capacity of different watermarking algorithms is mainly through calculating the size of the watermark image which can be embedded in the same original image, and measuring the amount of the watermark image data to achieve.Keywords Digital Watermarking; Wavelet Transform; Discrete Cosine Transform;Singular Value Decomposition; Matlab目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 数字水印的应用 (2)1.3 数字水印研究现状 (4)1.3.1 发展现状 (4)1.3.2 算法现状 (4)1.4 本文主要研究内容 (5)第2章离散小波变换和奇异值分解的研究综述 (6)2.1 引言 (6)2.2 离散小波变换 (6)2.3 奇异值分解 (7)第3章基于SVD和Radon变换的抗旋转攻击盲水印算法的分析 (8)3.1 算法主体 (8)3.1.1 嵌入前的水印图像置乱 (8)3.1.2 水印嵌入过程 (9)3.1.3 水印提取 (10)3.2 算法仿真实验 (11)3.3 算法性能分析 (14)第4章一种用哈达玛矩阵进行置乱变换的盲水印算法的分析 (15)4.1 算法主体 (15)4.1.1 嵌入前的水印图像置乱 (15)4.1.2 水印嵌入过程 (16)4.1.3 水印提取 (16)4.2 算法仿真实验 (17)4.3 算法性能分析 (21)第5章一种新的小波域盲水印算法的分析 (22)5.1 算法主体 (22)5.1.1 嵌入前的水印图像置乱 (22)5.1.2 水印嵌入过程 (22)5.1.3 水印提取 (24)5.2 算法仿真实验 (25)5.3 算法性能分析 (28)第6章基于子块区域分割和自嵌入技术的全盲多功能图像水印算法的分析.. 296.1 算法主体 (29)6.1.1 水印生成 (30)6.1.2 水印置乱 (30)6.1.3 水印嵌入过程 (31)6.1.4 水印提取 (32)6.2 算法仿真实验 (32)6.3 算法性能分析 (35)第7章算法参数对比 (36)7.1 参数对比 (36)结论 (37)参考文献 (39)致谢 (40)附录 (41)第1章绪论1.1 课题研究背景多媒体存储和传输技术随着数字信息技术的高速发展和计算机通信技术的不断革新而不断进步，这也使得数字化的信息的存储和传输变得更加快速、精确、方便，各种形式的多媒体数字作品特别是图像作品、视频作品、音频作品纷纷在网络上发表．然而数字信息技术精准、大批量的复制功能和互联网强大的信息传递能力帮助人们实现信息共享的同时也带来了各种各样的问题．由于多媒体数字作品的复制品和原件近乎完全一致，而且复制起来非常容易，因此有的个人或团体在没有得到作品的作者和版权所有者的授权的情况下对有版权的内容进行恶意的复制、传播和修改，甚至非法地将其用于商业用途，使作者及版权所有者的利益受到严重的侵犯，目前这种作品侵权现象正不断加剧．因此，数字化作品的知识产权保护问题引起了计算机科学界的广泛重视，并且已经成为目前的一个研究热点．以前主要是将多媒体数据文件加密成密文后发布，即通过数据加密技术来实现版权保护，使得密文中有用的数据信息在网络中传递时不能被出现的非法攻击者截获，从而实现版权和信息安全的保护．但通常的加密技术并不能很好地解决版权保护问题，仅仅只能预防，这是因为：（1）无法监控多媒体信息的流动传播情况；（2）加密大批量的多媒体信息时，资源占用严重，且效率低下．（3）多媒体信息加密后隐蔽性不高，容易引起攻击者的注意和好奇，激发他们解密的兴趣和欲望．（4）加密的鲁棒性不高，如果破解失败，攻击者可以将信息破坏，使得合法接收者也无法获得信息的内容；（5）只有在加密状态下才能保护多媒体信息，解密后发生侵权时，无法提供有效的法律证据；（6）加密会改变作品的形态，加密后只有少数持有解密密钥的人，才能获得作品数据，作者无法在保护版权的前提下自由地展示作品．为了使解密后的内容仍能受到保护，人们开始寻求另一种能够弥补密码技术缺陷的技术．数字水印技术是一种密码技术的补充技术，是由信息隐藏技术发展而来，是数字信号处理，图像处理，密码学应用，算法设计等学科的交叉领域，是一门新兴的信息安全技术．这种技术可以为解密后的数据提供进一步的保护，因此能够弥补密码技术的缺陷；另一方面，数字水印技术可以在原始数据中一次性嵌入大量的秘密信息，这也弥补了数字签名技术的缺陷．数字水印的过程就是将一个有标志性的信息嵌入到需要保护的信息中的过程，这个标志性信息就是水印．只有通过专用的浏览器或阅读器才能提取出嵌入的水印，受到保护的媒体信息的版权归属可以通过这种机制获得判断依据．嵌入的水印具有鲁棒性，即媒体信息中嵌入的水印不会被常规的数据处理操作完全去除．在信息技术高速发展的当代，数字产品呈现爆炸式的增长速度，在这个前提下，保护数字产品作者的版权，防止数字产品的非法复制、恶意篡改等就变得尤为重要．数字水印技术正是在这样的背景下发展起来的技术．由于数字水印技术有着广泛的应用前景，大量专家学者在进行这方面的研究，提出的水印算法也多种多样．但这些算法的性能各有优劣，不同的应用环境需要不同特性的水印算法，而且具有同一特性的水印算法亦各有优劣．因此，研究各类算法的特性，以及比较这些算法的优劣，就变得尤为重要．对这些算法进行研究，找出算法的优缺点，明确算法的适用环境，也是水印技术的一个重要研究方向．1.2 数字水印的应用随着数字水印技术的发展，该技术已经成为信息隐藏技术的一个重要分支，其应用领域也越来越广泛，目前数字水印技术的应用领域主要包括：1.版权保护数字作品（如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频、三维动画）的版权保护是当前的热点问题．由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以版权所有者不得不加上肉眼可见的版权标志以保护版权，但这种做法严重损害作品的质量且这种标志很容易被篡改．数字水印技术利用数据隐藏原理隐藏版权标志，能在不损害原作品的前提下保护版权．目前，数字水印技术在版权保护方面的研究已经达到初步实用化标准，但市场上的数字水印产品还是很容易被破坏或破解，这是因为技术的发展还不够成熟，还要走很长的路才能做到真正的实用．2.数字信息的隐藏标识和篡改提示数据的标识信息有时比数据本身更具有保密价值，数字水印技术能够隐藏标识，使得原始文件上的标识信息只有使用特殊的阅读程序才能提取，目前国外一些公开的遥感图像数据库已经采用这种方法．现有的信号拼接技术和信息镶嵌技术能够实现无痕拼接，达到肉眼难以分辨的程度，只有通过数据的篡改提示才能识别．因此，数据的篡改提示也是一项很重要的工作，而数字水印技术能够通过辨识隐藏水印的状态判断数字信息是否被篡改．3.隐蔽通信及其对抗在网络通信战中攻击者往往会注意到经过加密的混乱无序的文件，因此数字水印的隐蔽性也有了用武之地，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余来进行各种时空域和变换域的信息隐藏，可以达到隐蔽通信的目的．4.商务交易中的票据防伪各种电子票据即使在网络安全技术成熟以后也还需要一些非密码的认证方式，数字水印技术能够通过嵌入隐藏的认证标志增加伪造的难度．5.证件真伪鉴别水印技术对于有效辨别证件的真伪很有帮助，特别是能够防止证件的仿制和复制．1.3 数字水印研究现状1.3.1 发展现状在互联网和信息技术高速发展的今天，水印技术的研究更具有现实意义．但是数字水印技术的研究目前还很不成熟，在版权保护方面只能初步从理论转为应用，而且应用过程中还有大量没有解决的问题．目前有关数字水印的设计和模拟攻击的理论都很缺乏．因此，在国际学术界的研究方向中，数字水印技术是比较前沿热门的，对该技术的研究还有很长的路要走．水印技术的研究在版权保护和商业应用方面都具有重要的意义和广阔的前景，这一研究方向已经引起了国内外专家和商业团体的广泛关注．1.3.2 算法现状随着数字水印技术的不断发展，各类文献中提出的水印算法也五花八门，这些算法大都是研究数字水印的产生、嵌入和检测（提取）三个方面．在生成数字水印时，许多数字水印算法采用如Gaussian序列、二进制序列和均匀分布序列的伪随机序列作为水印信号．在伪随机序列中，Gaussian分布的随机序列与其它分布的等长的随机序列相比具有更大的自相关系数，所以利用Gaussian随机序列产生的水印具有更好的稳健性．在讨论伪随机序列水印的同时，有意义水印的研究引起了人们的注意，已有一些算法采用有意义的文字串或一个图像（如商标、印签等）作为水印信号．这种有意义的信号与无意义的伪随机序列相比，所具有的优点是不言而喻的．因此，如何在图像中嵌入有意义的信息将是极具实际价值的研究内容．早期的研究主要集中在空域上，水印信息直接加载在图像数据上，这种方法的缺点是抵抗图像几何变形、噪声和图像压缩[1]的能力较差．但是空域算法的计计算速度快，而且隐藏的信息量大．近期的研究则主要集中在变换域如离散傅立叶变换DFT[2]，离散余弦变换DCT[3]，离散小波变换DWT[3]中实现．在变换域中嵌入水印，信号能量可以扩展到空间域所有像素上，有利于保证水印的不可见性，同时变换域的方法可以与现有的数据压缩标准兼容，例如，基于DCT的方法可以与JPEG压缩方法兼容，基于DWT的方法可以与JPEG2000兼容等等．从目前的情况看，大多数研究工作更关注变换域算法研究．根据水印系统的载体媒体的不同有图像水印算法、音频水印算法、视频水印算法、文本水印算法几大类．在图像水印算法中，又有灰度图像水印和彩色图像水印[3]．根据水印的应用目的，有些水印主要应用于版权保护，身份验证，这种应用要求水印需要有较强的鲁棒性，即鲁棒性水印[4]，有些水印主要应用于数据的完完整性检测[5]，以验证载体作品是否被篡改，这种应用要求水印需要有较强的敏感性，则我们就应嵌入脆弱性水印[6]．在很多的研究中，那些算法都是基于鲁棒性的算法，但也有许多研究工作者对脆弱性水印进行了研究．1.4 本文主要研究内容由于各类文献的水印算法层出不穷，但算法的性能却良莠不齐，对水印算法性能及特性的分析研究也显得愈发重要．本文的研究工作主要是对选定的几种水印算法的性能及特性进行分析评估，从而了解它们的优缺点，找出它们的适用环境，并对其中部分算法的瑕疵给出适当的改进建议．本文的结构如下：第1章为绪论．简单介绍数字水印技术的研究背景、应用及研究现状；第2章对数字水印技术中的常用技术离散小波变换[7]和奇异值分解[7]进行了行了全面的介绍，详细描述了它们的概念、算法和特点[8]；第3章至第6章的每一章都介绍了一种文献中的算法，并对算法进行了仿真实验和简单的性质分析[9]．第7章以表格列出了第3章至第6章的四种算法的仿真实验的结果，并对列出的参数进行了简单的对比．最后为结论，对本文中提到的四种算法的数据容量、隐蔽性、鲁棒性和安全性以及适用领域进行了分析和总结．第2章 离散小波变换和奇异值分解的研究综述2.1 引言在本章中，介绍了基于离散小波变换（DWT ）和一种叫做奇异值分解的广泛用于分析信号处理应用像是数字水印，人脸识别，指纹识别等的数值技术．2.2 离散小波变换1945年由Gabor 提出了小波理论的基本思想，小波理论的基本思想是根据比例和时间来分析一个信号．傅立叶变换能识别信号中存在的所有频谱分量，但傅立叶变换的主要缺点是，它不提供相关组成部分的时间定位的任何信息．小波使我们能够在空间和时间域分解图像．二维的小波变换可以被表示为一个二维尺度函数),(y x φ和三个二维小波函数),(y x H ψ，),(y x V ψ，),(y x D ψ．一个N M ⨯尺寸的图像的离散小波变换),(y x f 定义为： ∑∑-=-==1010..00),(),(1),,(M x N y n m j y x y x f MNn m j W φφ （2-1） ∑∑-=-==1010,,),(),(1),,(M x N y i n m j i y x y x f MN n m j W ψψ （2-2）其中},,{D V H i =，是一个任意值．),,(0n m j W φ在0j 值域内定义了一个),(y x f 的低频系数，),,(n m j W iψ在0j j ≥值域内定义了水平，垂直和倾斜细节．在离散小波变换的帮助下，可以将图像分解为4个叫做低频子带的子带和属于三个不同位置的高频子带．低频子带包含了图像的均值信息和最大能量，而高频子带包含了图像的细节．相对高频子带代表最优尺度的小波系数，低频子带表示的是粗略等级的小波系数．为了得到更高的鲁棒性，在本文提出的水印方案中选择了低频子带，因为高频子带对图像处理操作没有表现出抵抗力．离散小波变换的主要特征源于在对数刻度上恒定带宽的频率信道中的图像的分解的多尺度的分析．2.3 奇异值分解奇异值分解是一种线性代数中分析矩阵的重要技术，被应用于许多图像处理应用中，像是图像压缩，人脸识别，图像放大，水印等．奇异值分解把一个大小为N M ⨯的矩阵分解为三个矩阵，分别是U ，S 和V ．例如：)(][A svd USV = （2-3） 这里大小为M M ⨯的U 和大小为N N ⨯的V 都是单位正交矩阵，也就是每一列的平方和都一致并且所有列都是不相关的，S 是一个大小为N M ⨯的正交矩阵，因此],,,,,,[121m r r u u u u u U ⋯⋯⋯⋯=+是一个构成规范正交基的列向量，即m i j i j i u u j t i ,,2,101⋯=⎩⎨⎧≠==，其中，若，若（2-4）同样的，V 是一个大小为N N ⨯的正交矩阵，因此],,,,,,[121n r r v v v v v V ⋯⋯=+是一个构成规范正交基的列向量，即n i j i j i v v j t i ,,2,101⋯=⎩⎨⎧≠==，其中，若，若（2-5）S 是一个大小为N M ⨯的对角矩阵，它的对角线元素是按降序排列的代表图像亮度的奇异值，U ，V 部分叫做A 的左右奇异向量，'AA 的特征向量指定了图像的几何学结构．由于一些系数里的酉元，常态正交和能量留存特性，使得奇异值分解在图像处理分析上做出重大转变．第3章 基于SVD 和Radon 变换的抗旋转攻击盲水印算法的分析3.1 算法主体3.1.1 嵌入前的水印图像置乱在水印图像嵌入之前，为了增强水印图像的安全性，该算法对水印图像进行置乱处理．该算法采用的是仿射变换对水印图像进行置乱，因为仿射变换的算法复杂度相较于猫脸变换、排列变换、Fibonacci 变换更低一些，而且该变换的逆变换更易求出．仿射变换的一般形式为：0,''≠=∆⎩⎨⎧++=++=d c b a f by cx y e by ax x （3-1） 其矩阵形式为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛f e y x d c b a y x '' （3-2） 其中，),(y x 为原始像素坐标，)','(y x 为变换后的像素坐标，f e d c b a ,,,,,为仿射变换的参数系数．当水印图像矩阵的大小为N N ⨯时，该算法采用的仿射变换为：（1）正变换：当y x <时：{}N y x N N y x y x ,,2,1,,110111''⋯∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ （3-3） 当y x ≥时：{}N y x N y x y x ,,2,1,,110111''⋯∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ （3-4）（2）逆变换：当1''+≤+N y x 时：{}N y x N N y x y x ,,2,1',',21''1110⋯∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ （3-5） 当1''+>+N y x 时：{}N y x N N y x y x ,,2,1',',221''1110⋯∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ （3-6）置乱效果如图3-1到图3-8所示．图3-1 原始水印图3-2 一次置乱图3-3 二次置乱图3-4 三次置乱图3-5 四次置乱图3-6 五次置乱 图3-7 六次置乱图3-8 七次置乱 3.1.2 水印嵌入过程1. 对载体图像矩阵cF 做小波变换，得到载体图像的低频子带cA 、水平细节子带cB 、垂直细节子带cC 、对角线细节子带cD ，公式为)(2],,,[cF dwt cD cC cB cA = （3-7）2. 对前一步骤得到的低频子带cA 进行奇异值分解，得到奇异值矩阵S ，公式为cA USV =T （3-8）3. 使用奇偶量化法进行水印的嵌入操作，对奇异值矩阵S 进行量化生成新的矩阵λ，量化方法为)/),((),(δλy x S round y x = （3-9） 其中()round 为matlab 中的四舍五入取整函数，δ为人工预设的量化步长，),(y x 为对应矩阵中元素的坐标．设置乱后的水印图像矩阵为W ，当),(),(y x W y x +λ为奇数时：δλ)5.0),((),(-=y x y x K （3-10） 当),(),(y x W y x +λ为偶数时：δλ)5.0),((),(+=y x y x K （3-11） 由此得到新的量化矩阵K ．4. 对K 进行奇异值分解，公式为K V S U =T 111 （3-12） 从而可得嵌入水印后的新低频子带矩阵nAT 1V US nA = （3-13）5. 用nA 代替cA 做逆小波变换，得到嵌入水印后的图像矩阵nF ，公式为 ),,,(2cD cC cB nA idwt nF = （3-14）3.1.3 水印提取1. 对水印后的图像矩阵nF 做小波变换，得到含水印的低频子带nA 、水平细节子带cB 、垂直细节子带cC 、对角线细节子带cD ，公式为)(2],,,[nF dwt cD cC cB nA = （3-15）2. 对前一步骤得到的低频子带nA 进行奇异值分解，得到奇异值矩阵1S ，公式为nA V US =T 1 （3-16）3. 结合保存的密钥1U 和1V 重新合成KT 111V S U K =（3-17）4. 对K 进行量化，生成量化矩阵'λ，提取出置乱后的水印矩阵'W ，量化方法为)/),((),('δλy x K floor y x = （3-18） 当),('y x λ为奇数时，1),('=y x W ，当),('y x λ为偶数时，0),('=y x W ，从而生成置乱后的水印矩阵'W ．5. 对矩阵'W 进行逆仿射变换，生成最终提取出的水印矩阵1W ，逆仿射变换的方法已在前文给出．3.2 算法仿真实验本次仿真实验选取的载体图像为512⨯512像素的灰度图像，选取的水印图像为256⨯256的二值图像，设置水印置乱次数为5，量化步长δ为9，水印检测阀值T 为150．其中阀值T 的计算方法为，对提取的水印图像与原始水印图像的每个像素点作差，再求差的绝对值的和，公式如下：}256,,2,1{,,)),(),((1⋯∈-=y x y x W y x Wsum T （3-19）仿真结果如图3-9到图3-34所示．图3-9 原始载体图像图3-10 嵌入水印后图像图3-11 原始水印 图3-12 正常提取的水印，T=0图3-13 高斯噪声攻击图3-14 泊松噪声攻击图3-15 高斯噪声后提取的水印，T=16344 图3-16 泊松噪声后提取的水印，T=1042图3-17 椒盐噪声图3-18 斑点噪声图3-19 椒盐噪声后提取的水印，T=26926 图3-20 斑点噪声后提取的水印，T=29546图3-21 裁剪攻击图3-22 12位JPEG 压缩攻击图3-23 裁剪后提取的水印，T=150 图3-22 12位JPEG 压缩后提取的水印，T=324图3-25 右下平移100像素攻击图3-26 3 3小分块的中值滤波攻击图3-27 右下平移后提取的水印，T=477 图3-28 中值滤波后提取的水印，T=137图3-29 0.2像素值的高斯滤波攻击图3-30 30度旋转攻击图3-31 高斯滤波后提取的水印，T=0图3-32 30度旋转后提取的水印，T=141图3-33 锐化攻击图3-34 锐化后提取的水印，T=3148 3.3 算法性能分析上一小节只列出了仿真实验过程中的部分结果，通过对更多次的仿真实验的结果进行分析，发现该算法的量化步长不小于9时才能提取出无损的水印图像，同时水印置乱次数越多，受损的水印图像的损坏点分布就越均匀．对上一小节的仿真结果进行观察分析可以发现，该水印算法的隐蔽性较强，水印前后载体图像的视觉效果几乎没有改变，同时该算法对大部分的常规图像处理操作如裁剪、JPEG压缩、位移、中值滤波、高斯滤波、旋转、锐化都有较高的鲁棒性，但在多种噪声攻击中，只对泊松噪声攻击有较高的鲁棒性．第4章 一种用哈达玛矩阵进行置乱变换的盲水印算法的分析4.1 算法主体4.1.1 嵌入前的水印图像置乱该算法采用的水印图像置乱方法是利用Hadamard 矩阵进行置乱，具体方法是使用Hadamard 矩阵与水印图像矩阵相乘，这种置乱方法变换的不是水印图像矩阵的像素坐标位置，而是水印图像像素的灰度大小．二阶Hadamard 矩阵为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=11112H 或⎥⎦⎤⎢⎣⎡=10002H ，高阶Hadamard 矩阵是由迭代生成，迭代公式为⎥⎦⎤⎢⎣⎡=N N N NN H H H H H 2 （4-1）其中，N H 是N H 的取反．置乱步骤为：1. 将二值水印图像矩阵W 中的0，1映射为1，-1，即先将1全部替换为-1，再将0全部替换为1，得到矩阵1W ．2. 对Hadamard 矩阵做上下对称变换，得到矩阵H ，这里的Hadamard 矩阵的大小要和水印图像大小一致．原算法中是对Hadamard 矩阵做行列变换，从而加密Hadamard 矩阵，这里采用的是常用变换中的一种．3. 将1W 和H 做乘法运算，得到置乱后的水印图像矩阵'W ，公式如下H W W ⨯=1' （4-2） 置乱效果如图4-1和4-2所示．图4-1 原始水印图4-2 置乱后 4.1.2 水印嵌入过程1. 将水印载体图像矩阵F 分割为多个8⨯8的小块．2. 对每个小块做同样的处理．这里以其中一个小块K 为例，设K 为横向第x 纵向第y 个小块．先对K 做离散余弦变换得到1K ，然后将水印矩阵的一个像素嵌入到1K 的中频部分，由于1K 的大小为8⨯8，故1K 的中频部分为)2,3(1K 和)3,4(1K ．嵌入方法为，取'W 的第x 行第y 列的元素，当),('y x W =1时，使)2,3()3,4(11K K >；当),('y x W =-1时，使)3,4()2,3(11K K >．具体计算过程为，当),('y x W =1时1)2,3()3,4(11++=n K K （4-3） 当),('y x W =-1时1)3,4()2,3(11++=n K K （4-4） 其中n 为水印嵌入强度．3. 对每个嵌入水印后的1K 矩阵进行反离散余弦变换，得到嵌入水印后的小块'K ，将所有的'K 组合起来，就得到了嵌入水印后的图像矩阵'F ．4.1.3 水印提取1. 读取含水印图像后，将得到的矩阵'F 分割为多个8⨯8的小块．2. 对每个小块做同样的处理．这里以其中一个小块nK 为例，设nK 为横向第x 纵向第y 个小块．先对nK 做离散余弦变换得到2K ，当)2,3(2K >)3,4(2K 时，),(2y x W =-1；当)2,3(2K <)3,4(2K 时，),(2y x W =1．这样就能提取出置乱后的水印矩阵2W ．3. 对2W 做反置乱变换得到提取出的水印矩阵3W ，反置乱的方法为H W W ÷=23（4-5）其中，H 为水印置乱时用到的做上下对称变换后的Hadamard 矩阵．4.2 算法仿真实验本次仿真实验选取的载体图像为512⨯512像素的灰度图像，选取的水印图像为64⨯64的二值图像．其中n 为水印嵌入强度，T 为水印检测阀值．仿真结果如图4-3到4-36所示．图4-3 原始载体图像图4-4 水印嵌入强度为10的图像的部分细节图4-5 原始水印图4-6 n=10时提取的水印，T=25图4-7 水印嵌入强度为30的图像的部分细节图4-8 水印嵌入强度为50的图像的部分细节图4-9 n=30时提取的水印，T=10图4-10 n=50时提取的水印，T=0图4-11 n=10时高斯噪声攻击后的图像图4-12 n=50时高斯噪声攻击后的图像图4-13高斯噪声攻击后提取的水印图像，n=10，T=1572图4-14 高斯噪声攻击后提取的水印图像，n=50，T=373图4-15 n=50时泊松噪声攻击后的图像图4-16 n=50时椒盐噪声攻击后的图像图4-17 泊松噪声攻击后的提取的水印图像，n=50，T=28图4-18 椒盐噪声攻击后的提取的水印图像，n=50，T=494图4-19 n=50时斑点噪声攻击后的图像图4-20 n=50时裁剪攻击后的图像图4-21 斑点噪声攻击后的提取的水印图像，n=50，T=737图4-22 裁剪攻击后的提取的水印图像，n=50，T=667图4-23 12位JPEG 压缩攻击图4-24右下平移100像素攻击图4-25 12位JPEG压缩攻击后提取的水印，n=50，T=2143图4-26 右下平移100像素攻击后提取的水印，n=50，T=2468图4-27 33小分块的中值滤波攻击图4-28 0.2像素值的高斯滤波攻击图4-29 中值滤波后提取的水印，n=50，T=917图4-30 高斯滤波后提取的水印，n=50，T=0。
MATLAB制作数字水印
MATLAB制作数字水印1. 数字水印1.1背景二十一世纪是数字时代，通信技术的迅速发展和计算机网络的普遍运用，使人们可以通过互联网收发信息，可以随时上传自己创作的数字图象、音乐、视频等作品，可以进行学术交流。
然而，也正是由于网络的这种便捷性、传播迅速的优点使其很容易被非法拷贝，导致数字产品的版权、完整性、有效性得不到保证，严重损害了创作者的利益。
而一些具有特殊意义的数字信息，如涉及司法诉讼、政府机要等信息，更是遭到了不法分子地恶意攻击和随意篡改等，这一系列问题给当今科学家带来了巨大挑战。
基于以上类似问题，数字水印技术可以说是信息时代的特有产物，是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及保障信息完整性的新型技术，在音频、图像、视频制品中迅速得到广泛的研究和发展。
1.2基本特点数字水印是加在数字图象、音频或视频中的微弱信号，这个信号是人们能够建立产品所有权、辨认购买者或提供数字产品的一些额外信息。
具体说来，它们都具有以下共同的特征:1. 不可感知性对于数字水印的嵌入，应该对观察者没有视觉障碍，理想情况应该是水印图像与原始图像没有丝毫差别。
2. 鲁棒性鲁棒性是指一个数字水印能够承受攻击的能力，一般来说数字水印方法是针对特定的攻击进行设计。
3. 安全性水印技术的安全性是其最重要的特性，由于它的商业性，其算法必须公开，算法的安全性完全取决于密钥，而不对算法进行保密。
4. 计算复杂度不同应用中，对于水印的嵌入算法和提取算法的计算复杂度要求是不同的，复杂度直接与水印系统的实时性相关。
5. 水印容量水印容量是指载体数据字中可嵌入水印信息位的多少，可以从几兆到几个比特不等。
[1]1.3 数字水印的应用数字水印是以不可感知的方式嵌入到数字信息中的，总体来说它有以下应用: 数字产品产权保护这是数字水印最广泛的应用，将秘密的数字信号嵌入到有价值的数字文件中，这些数字信号是产权的标识，在不破坏数字文件的情况下不能被盗版者出去，起到了保护产权的作用。
音频数字水印报告+matlab程序设计
音频数字水印目录1课题背景与现状 (2)2研究的目的和意义 (4)3方案设计和实施计划 (8)4研究的主要内容 (10)5创新点和结论 (10)6成果的应用前景 (11)7附录：个人工作总结..............................................................................................................错误!未定义书签。
1课题背景与现状数字时代的到来，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。
信息媒体的数字化为信息的存取提供了极大的便利，同时也显著地提高了信息表达的效率和准确度。
计算机网络通信技术特别是互联网的蓬勃发展，使得数据的交换和传输变成了一个相对简单且快捷的过程。
人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅速地将数字信息传达到世界各地，在国际互联网上发布自己的作品，传递重要的信息，进行各种学术交流和电子商务活动等等。
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，已受到日益重视并变得迫切需要了，因此数字水印在今天的计算机和互联网时代大有可为。
数字水印技术是近十年才发展起来的，它是信息隐藏学的一个分支。
随着国内信息化程度的提高和电子商务逐渐走向实用，数字水印技术将会拥有更加广阔的应用前景。
鉴于信息隐藏与数字水印技术的应用前景，众多知名研究机构如麻省理工学院的多媒体实验室、剑桥大学的多媒体实验室、IBM数字实验室、日立、NEC、SONY，PHILIPS、微软等都加入到信息隐藏和数字水印技术的研究和应用并取得了一定的成果。
1996年5月，第一届国际信息隐藏学术研讨会(CIHW)在英国剑桥牛顿研究所召开，至今该研讨会已举办了四届。
另外，在IEEE和SPIE等一些重要国际会议上也开辟了信息隐藏与数字水印相关的专题技术研究。
基于Matlab的数字图像水印算法设计设计
基于Matlab的数字图像水印算法设计设计1、绪论本章主要介绍信息隐藏技术的背景和研究意义、国内外信息隐藏技术研究现状，并给出全文的结构安排。
1.1信息隐藏技术的背景和研究意义从二十世纪九十年代开始，网络信息技术在全世界范围内取得了迅猛发展，它极大方便了人们之间的通信和交流。
借助计算机网络所提供的强大的多媒体通信功能，人们可以方便、快速地将数字信息（数字音乐、图像、影视等方面作品）传到世界各地，一份电子邮件可以瞬息间传遍全球[1-7]。
但在同时计算机网络也成为犯罪集团、非法组织和有恶意的个人利用的工具。
从恶意传播计算机病毒，到非法入侵重要部门信息系统，窃取重要机密甚至可使系统瘫痪；从用计算机进行金融犯罪，到利用表面无害的多媒体资料传递隐蔽的有害信息，对计算机信息系统进行恶意攻击的手段可谓是层出不穷。
信息隐藏技术在保密通信、版权保护等领域中都具有相当广泛的应用价值，根据不同应用背景，信息隐藏技术可以分为两个重要分支隐写术（Stegano Graphy）和数字水印[8]（Digital Watermarking）。
数字水印主要是为了保护知识产权的，通过在原始媒体数据中嵌入信息来证实该媒体的所有权归属问题。
数字水印的主要目的不是限制对媒体访问，而是确保媒体中水印不被篡改或消除。
因此稳健性是数字水印最基本要求之一。
数字水印中的稳健性是指水印图像经过一些常见改变后，水印仍具有较好可检测性。
这些改变包括常见的图像处理手段（如数据压缩、低通滤波、图像增强、一次抽样、二次量化、A/D和D/A转换等等）、几何变换和几何失真、噪声干扰、多重水印（Multiple Watermarking）的重叠等。
对不同应用场合，要求具有不同的稳健性。
但需要指出的是，存在另一种与稳健水印性质相反的水印，被称为易损水印（Fragile Watermarks），它们被用来证实原始媒体是否被改动过。
稳健性在整个水印系统设计中具有很重要的分量，这也是将隐写术和数字水印分别对待的原因之一。
基于MATLAB的数字水印技术研究
基于MATLAB的数字水印技术研究1 引言---- 作为传统加密系统的有效补充办法，从1993年Caronni正式提出数字水印到现在短短几年里，无论是在国内还是在国外对数字水印的研究都引起了人们极大的关注。
但数字水印技术的发展还很不成熟，应用也处于初级阶段。
在我国，知识产权问题是一个敏感的话题，只有深入开展数字水印技术的研究，尽快制定我国的版权保护水印标准，才能使我们在未来可能的国际知识产权纠纷中取得主动权。
那么掌握高效的工具，便成为一个必须解决的问题。
本文就针对数字水印本身的特点，介绍了一种高效的实用工具——MA TLAB。
2 数字水印技术2.1 数字水印技术的复杂性数字水印技术涉及到通信理论、编码理论、噪声理论、视听觉感知理论、扩频技术（Spread Spectrum）、信号处理(Signal Processing ) 技术、数字图像处理(Digital Image Processing)技术、多媒体(Multimedia)技术、模式识别(Pattern Reorganization)技术、算法设计(Algorithm Design)等理论，用到经典的DFT（Discrete Fourier Transform）、DCT(Discrete Cosine Transform)变换和近代最先进的数学工具----小波(Wavelet)。
数字水印又是一个横跨计算机科学、生理学、密码学、数字、数字通信等多门学科，并与Internet的发展密切相关的交叉科学。
数字水印的多学科性导致数字水印技术研究的难度和复杂性。
所以，针对数字水印技术本身的跨学科特点，找出一种合适的编程工具，往往可以起到事半功倍的效果。
下面我们从数字水印的一般模型出发，来逐步介绍MATLAB。
2.2数字水印的一般模型数字水印的一般模型如图1所示：频域法加入数字水印的原理是首先将原始信号（语音一维信号、图像二维信号）变换到频域，常用的变换一般有DWT、DCT、DFT、WP和分形。