开题报告--基于小波分析的数字水印加密技术研究

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：基于小波分析的数字

水印加密技术研究

学院（系）：电气工程学院

年级专业：*级检测*班

学生姓名：***

指导教师：*****

完成日期：2011年3月17日

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1、课题选择的背景

多媒体技术和计算机网络技术的快速发展给人们的工作和生活都带来了巨大的便利，以数字媒体为载体的作品如书籍、音乐、图像和视频等由于其获取容易、复制简单和传播快速等优点极大地丰富了人们的生活。但同时盗版和侵权问题也日益严重，严重损害了原创者和使用着的利益。而字水印技术作为一种有效的数字产品版权保护和数据安全维护的技术近年来引起了人们的高度重视。

数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的一个重要分支，它的基本思想是将具有特定意义的标记（水印），利用数字嵌入的方式隐藏在数字图像、音频、视频、文档等数字产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据；同时，通过对水印的检测和分析保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。

2、数字水印技术的国内外研究现状

“水印”可以看作是版权保护的代名词。从早期的纸质水印到现在的数字水印，我们可以发现版权制度和传播技术之间总是存在着微妙的互动关系。正是中国古代印刷术的发明导致了现代版权制度的建立，虽然最早出现在700年前的人工造纸术中的水印只是为了识别生产厂商和商标，以及区分纸的规格、质量及重量，但在现今，随着数字技术和网络技术的发展，版权危机又重新摆在人们面前，数字水印的诞生成为必然。

早期的数字水印技术是针对数字图像的，关于该技术的论述首见于Tirkel 等人在1993年的一篇文章中。篇文章中首次提出了电子水印（Electronic water mark）的说法，其随后又发表了一篇题为“A Digital Watermark”的文章，正式提出了“数字水印”这一术语。学术界在1996、1998、1999年召开了三届信息隐藏技术国际研讨会。在SPIE和IEEE的一些重要会议上也开辟了相关的专题。自1998年以来，IEEE的多家刊物都组织了数字水印技术的技术专刊或专题报道。政府组织和许多企业及公司的参与与投入，更使得数字水印技术成为当前信息科学中的一个新的研究热点。

国内在数字水印方面的研究起步稍晚一些，但已引起了信息安全领域研究人员的普遍关注。1999年12月，我国信息安全领域的何德全院士、周仲

义院士、蔡吉人院士与有关应用研究单位联合发起召开了我国第一届信息隐藏学术研讨会。2000年1 月，由国家863计划智能计算机专家组织召开了“数字水印技术学术研讨会”，来自国家自然科学基金委员会、国家信息安全测评认证中心、中科院自动化所模式识别国家重点实验室、中科院计算所CAD 开放实验室、北京大学、浙江大学、上海交通大学、国防科技大学、复旦大学等多家科研机构和高等学府的专家学者和研究人员参加了这次会议，充分反映了我国对这一领域研究的高度重视和大量投入。虽然数字水印在国内的应用还处于初级阶段，但水印公司的创办使得数字水印技术在国内不仅仅只停留在理论研究的层面上，从而走上了实用化和商业化的道路，这样会更加推动国内水印技术的蓬勃发展，为国内的信息安全产业提供有效的、安全的保障。数字水印技术在军事通信、国家信息安全、数字化网络、多媒体及印刷出版领域都有十分广泛的应用前景。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

1、基本内容

各种形式的水印信号可统一表示为

},)(|)({d W i U i i W ∧

∈∈=ωω 其中d W ∧

表示维数为d 的水印域，d=1,2,3，分别对应为音频、静止图像和视频水印；U 表示水印信号的值域，可以是二值或实数。水印的基本框架可以为六元组（X ，W ，K ，G ，E ，D ）表示。

其中X 表示所要保护的数字产品的集合；

W 表示水印信号的集合；

K 表示水印密匙空间；

G 表示利用密匙K 和待嵌入水印的数字作品X 共同生成水印的算法，即),(K X G W =； E 表示将水印W 嵌入数字作品0X 的水印嵌入算法，即)K W ,(0，X E X =ω；

D 表示水印检测算法，即}1,0{:→⨯K X D

其中0表示没有水印，1表示水印存在。

常用的实现数字水印的算法可分为两大类：空间域数字水印和变换域数字水印。而常见的变换域数字水印实现算法主要有离散余弦变换DCT 、小波

变换DWT、付氏变换FT或FFT及哈达马变换Hadamard Transform等。数字水印系统设计主要有三部分组成：水印生成、水印嵌入和水印检测。由于基于小波变换的数字水印具有良好的时频和空频特性，能充分的利用人类视觉特性实现水印嵌入，故我们选用小波变换，利用某种小波函数将水印图像嵌入原图像，而水印图像我们又要利用加密、伪随机数发生器或混沌理论加密来更好的保密信息，之后并对水印进行检测。

系统设计的主要流程图：

原水印图像

利用加密、伪随机数发

生器或混动理论加密

利用小波分析将加密后的水印图

像嵌入到原图像中

得到最后结果

监测水印是否存在

2、拟要解决的主要问题

1、如何利用加密、伪随机数发生器或混沌理论产生混沌序列及矩阵，实

现对水印的加密生成二值灰度图像；2、选择何种小波变换实现水印的嵌入，使得到水印图像更安全、稳定、可靠；3、在matlab中通过编程验证设计的正确性，并得出实验结果。

三、研究步骤、方法及措施

1、研究的步骤

(1)学习小波分析变换的基本理论，了解不同函数所实现的功能

(2)学习数字水印技术的基本知识，了解并掌握其基本框架，分类和各种

实现方法等，尤其是基于小波变换的数字水印的实现

(3)学习MATLAB的基本知识、软件工具的简单应用，掌握如何利用

MATLAB编程实现基于小波变换的数字水印

2.研究方法

本文将运用仿真分析法，依据现有的理论体系和问题需要，对数字图像水印加密技术进行研究，利用MATLAB仿真软件对基于小波变换的数字水印加密进行仿真分析，通过有步骤的操作，完成水印图像的加密和嵌入，以及最后的检测。

四、研究工作进度

毕业设计初、前期(2011年2月～2011年3月)

确定毕业设计题目，查阅相关参考资料，弄清数字水印和小波分析变换基本概念、分类及构成要素，确立初期设计方案，完成开题报告；

毕业设计中期(2011年4月～2011年5月)

掌握基于小波分析的数字水印的基本原理，翻译外文资料，完善设计方案并撰写论文初稿；

第三阶段(2011年5月～2011年6月)

用MATLAB仿真软件编程对具体实例进行仿真实验，分析仿真结果，证明设计方案的正确性；

第四阶段(2011年6月)

总结前几个阶段的工作，撰写并完成毕业设计论文，绘制图纸，准备毕业设计论文答辩；

五、主要参考文献

1 杨福生.小波变换的工程分析与应用. 北京：科学教育出版社，1999.2

2 钟桦，张小华，焦李成. 数字水印与图像认证——算法及应用. 西安：西

安电子科技大学出版社，2006.8

3 王朔中，张新鹏，张开文. 数字密写和密写分析——互联网时代的信息战

技术. 北京：清华大学出版社，2005.4

4 飞思科技产品研发中心. 小波分析理论与MATLAB 7 实现. 北京：电子

工业出版社，2005.3