信息隐藏大作业

数字水印

摘要：随着多媒体技术和网络技术的广泛应用，特别是因特网的飞速发展，对图像、音频、视频等多媒体内容的保护成为迫切需要解决的问题。近年来，数字水印技术开始广泛应用于数字图像，音频，视频和多媒体产品的版权保护。数字水印技术为因特网上图像的版权侵犯、非法复制、泄密和完整性问题提供了一种有效的解决途径。数字水印技术作为版权保护和安全认证的有力工具，已经引起人们广泛的关注。数字水印作为一种信息安全技术，是在数字信息中加入不可见的标记。人们可以通过一定的算法提取此标记，验证信息的所用权。关键字：数字水印；Matlab；算法

随着信息技术的迅猛发展，特别是Internet网络的日益延伸，信息媒体的数字化愈趋广泛。信息的数字化表达为信息的存取提供了显著的便利，极大地提高了信息表达的效率和准确性。借助Internet人们可分布自己的作品、传递重要的信息、进行学术交流以及参与电子商务等。但伴随的安全性问题亦日趋严重，其中数字图像作为一种主要媒体形式，它的安全问题尤为突出。网络技术和多媒体技术的发展，极大地方便了信息交换和资源共享，这种迅捷的信息传播和简易的操作带来了许多新问题，如侵犯版权、信息篡改等。数字水印（digital watermarking）技术是一种为网络资源提供安全保密的有效措施，是一种新的信息隐藏技术。它是将特定的信息嵌入到图像、音频和视频及文本文件等各种数字媒体中，以达到标识、注释及版权保护等目的。同时这种信息对宿主媒体的影响不足以引起人们的注意且具有特定的恢复方法，而且非法接收者是不可见、不可觉察的。由于水印信息并不影响作品的宏观质量，因而它将永久地保存在多媒体作品当中，任何试图从作品中剔除水印都将大幅度破坏原作品。

目前数字水印的研究热点集中在水印的透明性和鲁棒性两个方面。常用的数字水印嵌入算法是空域数字水印嵌入算法和变换域数字水印嵌入算法。空域水印算法就是将水印信息直接嵌入到数字媒体的空间域中，算法具有运算量小，信息嵌入量大、嵌入方法简单等优点，缺点是对于图像处理的鲁棒性较差。变换域水印算法就是对原始图像进行某种变换，在变换域中嵌入水印信息，其中最常用的变换是DCT和DWT变换[6]~[11]，算法具有鲁棒性好，而且可以和国际编码标准很好的结合等优点。

把Chirp信号作为水印信息是最近几年提出的，Chirp信号具有大的时间带宽积，非常适用于作为水印信号，此外基于时频分析的Chirp类信号的检测技术为水印的提取奠定了理论基础。文献[12]提出一种基于Radon-Wigner变换（RWD）的空域数字图像水印算法，该算法中嵌入的水印是二维Chirp信号，通过求解图像的RWD来检测水印的存在。近年来，一种新的时频分析工具——离散Chirp-Fourier变换（Discrete Chirp-Fourier Transform,DCFT）受到越来越多的关注。离散Chirp-Fourier变换是2000年Xiang-Gen Xia提出的一种有效的Chirp 信号检测技术，它是离散Fourier变换的推广，可同时匹配Chirp信号的中心频率和调频率。本文利用修正Chirp-Fourier变换(MDCFT)[13]实现水印信号的检测和参数估计。由于离散Chirp-Fourier变换是一维的线性变换，可借助快速傅里叶变换(FFT)实现，与基于RWD的算法相比，不仅避免了交叉项干扰，而且降低了计算的复杂度，在实现上更为简便。仿真结果表明本文提出的算法对高斯白噪声干扰、JPEG压缩等常见图像处理具有鲁棒性。

近年来,随着计算机多媒体技术和因特网技术的迅猛发展,人们可以很方便地传播、拷贝、存储和处理图像、音频、视频及文本等多媒体信息。与此同时,也引发了各种多媒体信息的传输安全问题和数字产品的版权保护问题。为了解决数字内容的版权保护和信息安全问题,近年来提出了加密-解密、数字签名、数字标签、数字指纹和数字水印等多种技术。其中,数字水印技术是20世纪90年代出现的一门崭新技术,它通过在数字产品中嵌入可感知或不可感知的信息来确定数字产品的所有权或检验数字内容的原始性。数字水印技术弥补了加密-解密技术不能对解密后的数据提供进一步保护的不足;弥补了数字签名不能在原始数据中一次性嵌入大量信息的弱点;弥补了数字标签容易被修改和剔除的缺陷;弥补了数字指纹仅能给出版权破坏者信息的局限。数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的重要分支,也是当今网络信息安全和数字媒体版权保护研究的热点。

信息媒体的数字化及计算机网络的发展为信息的存取提供了快速、高效和方便的途径;但随之而来的副作用也十分明显:作品侵权现象更加严重,篡改更加方便.如何顺应数字化的潮流,又能有效保护信息的安全和著作者的所有权,越来越受到人们的重视.数字水印是近几年发展起来的一种信息安全技术,它是

在数字信息(如图象、声音、视频信息等)中通过一定的算法加入不可见的标记. 目前,数字水印技术主要分为空域技术和频域技术.数字水印的关键技术为水印选择、验证和多著作权等.数字水印技术的研究开发及应用,将越来越得到人们的重视.数字水印研究目前集中在如下几个方面:(1)水印验证的可视化技术;(2)如何选用具有特定含义的水印信号;(3)利用人类视觉特性加入水印;(4)在视频和音频信号中加入水印.

Matlab是Matrix Laboratory (矩阵实验室 )的缩写,最初由Cleve Moler博士在 70年代末讲授矩阵理论和数据分析等课程时编写的软件包Linkpack与Eispack组成,旨在使应用人员免去大量经常重复的矩阵运算和基本数学运算等繁琐的编程工作.经过多年的逐步发展现已推出了6.0和6.1版本.其内容已涉及矩阵代数、微积分、应用数学、信号与系统、神经网络、小波分析及应用、数字图像处理、计算机图形学、自动控制与通信技术等诸多方面,是科学计算、系统仿真、信号与图像处理的主流软件 ,受到了各方面科研人员的青睐.数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息(数字、序列号、文字、图像等 )直接嵌入到多媒体内容当中,但不影响原内容的价值和使用,并且不能被人的知觉系统觉察或注意到,同时经过普通的图像处理技术后水印仍然能保持在图像中.笔者将Matlab用于数字水印技术,其优点在于以下几个方面.

(1)强大的数值计算功能

图像数字水印技术是针对图像进行研究的,而图像是由矩阵表达的,将水印嵌入图像中及从图像中将水印提取出来都意味着大量的矩阵运算.而Matlab强大的数值运算功能是其优于其他数学应用软件的重要原因,其中矩阵运算更是Matlab语言的核心,且表达自然、直接.例如 ,计算两个矩阵Ｃ、Ｄ的乘积 ,可直接表达为C*D,而计算两矩阵内元素的乘积,则可表达为C.* D.这些均可直接实现而不用像大多数计算机语言那样需用户编写循环语句实现.因此,利用Matlab强大的矩阵运算功能来实现水印技术非常合适 .

(2)方便的图像读取和显示功能

图像嵌入水印首先要求将数据从图像中读取出来,最后还要将处理过的数据还原为图像. Matlab为用户提供了专门的函数用以从图像格式的文件中读写图

像数据和将数据显示为图像.这种方法不象其他编程语言那样,需要编写复杂的