2022年离散余弦变换算法的数字水印分析研究 .docx
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1、精品_精品资料_1.1 数字水印技术提出的背景1 引言可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_数字技术的快速进展以及互联网的普及给人们的工作和生活带来了极大的便利.人们可以通过因特网发布自己的创作成果传递重要信息, 进行科学沟通以及参加电子商务等.但是也正是由于数字化多媒体信息本身具有的易于加工 , 复制简洁 , 传播快速的优点使其极其简洁被非法拷贝或复制 , 从而导致数字产品的版权 , 完整性, 有效性得不到保证.严峻损害了创作者的利益.对于数字作品的创作者来说 , 他们迫切需要一种新的技术来爱护数字作品的版权、真实性和完整性以及作者的隐私、学问产权和财产安全.为明白决这一问题 ,
2、仅仅依靠传统的加密技术已经远远的不能满意人们的要求了, 而以将特定的数字标志隐匿在数字作品中为特点的数字水印技术却在此方面发挥了庞大的作用.作为信息隐匿技术的一个重要分支, 数字水印技术可以说是信息时代特有的产物 , 正是由于数字作品的学问产权爱护及其他一系列需求导致了数字水印的显现.它通过在原始信息中嵌入隐秘信息水印来作为版权信息的标志.被嵌入的水印通常是不行见的,它与原始数据如图象音频视频等紧密结合并隐匿在其中成为原始数据不行分割的一部分, 而且可以经受一些不破坏原始数据使用价值或商业价值的操作而存活下来. 另外, 水印的直入仅仅利用了原始数据的空间 , 并不需要增加额外的空间.数字水印技
3、术作为数字作品版权爱护的一种有效的补充手段 , 已经成为了多媒体信号处理中的一个争论热点, 甚至被称为多媒体数据爱护的最终一道防线.1.2 数字水印的应用从目前的数字水印技术的进展来看, 数字水印的主要用途基本上可以分为以下几类:1. 数字产品学问产权的爱护随着各种形式的数字作品的对比度门限 ,HVS 就无法感到信号的存在.从数字通信的角度看,水印嵌入可理解为在一个宽带信道 载体图像 上用扩频技术传输一个窄带信号 水印信号 .尽管水印信号具有肯定的能量,但分布到信道中任一频率上的能量是难以检测到的.水印的检测就相当于是一个有噪声信道中弱信号的检测问题.通常,可以定义水印为如下的信号:W= Wk
4、|WkU,k o,1,2, M-1 其中, W 有时被称为原始水印,以区分与可能在嵌入或检测过程中变换处理以后的水印. M为水印序列的长度, U 代表水印的值域.水印信号可以是二进制形如: U=0,1)或 U = -1 ,1),也可以是高斯噪声形式 ),或者其本身也是一幅图像,其幅值相对要爱护的数字产品的幅值而言应当是很小的.我们可以将数字水印系统的基本框架定义为六元体表示.其中: 1.X 表示要被爱护的数字产品 X 的集合.其中 Xo 为表示原始数字作品, Xw表示含水印的数字作品.2.W 为水印信号集合.3.K 是水印密钥集合.4.G 表示利用密钥 K和待嵌入水印的 X共同生成水印的算法,
5、即G:X K W,W=GX,K5.E 表示将水印 W嵌入到数字作品 X中的嵌入算法,即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_E:XoWXw,Xw=EXo,W6.D 表示水印的检测算法.:D:XK0,1 DX,K=其中, H1和 H0分别表示水印的有无.2.3 数字水印的基本特性一般的,数字水印应具有如下的特点1 稳健性 : 指经过常规的处理操作后,水印算法仍能从水印作品中检测到水印的才能.这些处理包括常见的图像处理 图像压缩、低通滤波、高通滤波和图像增强等 、几何失真变换 剪切、图像缩放、平移和旋转等 、噪声干扰、打印和扫描等.稳健性对于水印而言极为重要,通常只要求水印在嵌入和检测之
6、间的信号处理操作中存在.对于不同的应用需求,要求有不同程度的稳健性.2 不行感知性 : 不行感知性包含两方面的意思,一方面指视觉上的不行感知性,即嵌入水印后不能导致图像质量在视觉上发生明显的变化.另一方面, 用统计方法是不能复原水印.3 安全性 : 指水印能够抵挡未经授权的人的攻击的才能,这些攻击指特的为了阻碍水印发挥作用的处理行为.主要有三大类型的攻击.一类为未经授权的删除,指阻挡检测出作品中水印的攻击.另一类为未经授权的嵌入 伪造 , 指把不合法的水印嵌入到不应含有该水印的作品中的行为.第三类为未经授权的检测,依据其严峻性不同,又可以分为三种程度.第一种最严峻,指未经授权者检测并解密出嵌入
7、水印的信息.其次种稍轻,指未经授权者检测出水印并且可以区分不同的水印信息,但是不能解读水印的详细含义.第三种最轻,指未经授权者能够判定水印的存在,但不能解读水印信息,也不能区分嵌入信 息.4 有效性 : 指嵌入水印后紧接着检测到水印的概率.水印系统的有效性可能低于 100%,假如要尽量接近期望的 100%的有效性,需要在其它特性方面付出较高的代价.在实际的应用中,为了在其它特性方面获得更好的性能,需要牺牲一些有效性.在某些情形下,水印系统的有效性需要经分析后才能确定.2.4 数字水印系统的设计在实际应用中,一个完整水印系统的设计通常包括水印的生成、嵌入、提取和检测四个部分.可编辑资料 - -
8、- 欢迎下载精品_精品资料_(1) 水印生成 : 通常基于伪随机数发生器或混沌系统来产生水印信号,从水印的稳健性和安全性考虑,经常需要对水印进行预处理来适应水印嵌入算法(2) 水印嵌入 : 尽量保证水印不行感知性的前提下,嵌入最大强度的水印,来提高水印的稳健性.水印的嵌入过程如图2-1 所示.有三种常用的水印嵌入准就.一类为加法准就 Xi =Xi+aWi. Xi 为原始图像, Wi为水印信号, Xi 为含水印图像. a 为水印嵌入强度,它的挑选必需考虑图像的实际情形和人类的视觉特性.加法准就是一种普遍的水印嵌入方式,嵌入水印时没有考虑到原始图像各像素之间的差异,因此,用此方法嵌入水印后图像质量
9、在视觉上变化较大,影响了水印的稳健性.另一类为乘法准就Xi =Xi1+aWi ,它考虑到原始图像各像素间的差异,因此,乘法准就的性能在很多方面要优于加法准就.第三类为融合准就Xi =1-aXi+aWi ,近年来,融合准就引起了人们的广泛关注,它综合考虑了原始图像和水印图像,在不影响人的视觉成效的前提下,对原始图像做了肯定程度的修改.水印嵌入框图如下:密钥可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_水印信息原始图像嵌入算法嵌入后的图像可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 2-1 水印嵌入框图(3) 水印提取 : 指水印可比较精确的被提取出来的过程,比如在完整性确认的应用中,必需
10、能够精确的提取出嵌入的水印信息,并且可以通过水印的完整性 情形来确认多媒体数据的完整性.水印的提取和检测可以需要原始图像的参 与,也可不需要原始图像的参加,假如没有原始图像,就提取和检测将比较 困难.水印的提取过程如图 2-2 所示,虚框表示提取水印信号时并不肯定需要原始图像.测试图像原始图像提取算法水印密钥图 2-2 水印提取框图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(4) 水印检测 : 判定水印载体中是否存在水印的过程,水印的检测过程如图2-3所示,虚框表示判定水印信号是否存在时并不肯定需要原始图像.密钥原始图像原始水印嵌入水印的图像水印检测算法水印信息图 2-3 水印检测框图2
11、.5 数字水印的分类数字水印有多种分类方法,动身点不同导致了不同的分类,它们之间既有联系又有区分.常见的分类方法有以下几种:1 按水印信号的意义划分 : 可将水印分为无意义水印和有意义水印.无意义水印指嵌入的水印信号没有实际的含义,可以为伪随机实数序列、伪随机二值序列和混沌序列等.有意义水印指嵌入的水印信号具有肯定的意义,能比较直观的表示数字作品的信息,可以为数字图像、数字音频和文字等.目前有意义水印在实际应用中更加广泛,它能更有效的爱护数字作品的版权.2 按水印的可见性划分 : 此类划分主要用于数字图像作品中.从人类视觉系统来看,依据数字水印在数字图像作品中是否可见分为可见水印和不行见水印.
12、 可见水印指水印在数字图像中可见.不行见水印指将水印信号嵌入到数字图像、音频或视频中,从表面上很难察觉到这些数字作品的变化,但当发生版权纠纷时,可以从这些数字作品中提取水印,来证明数字作品的版权,它比可见水印应用更加广泛.3 按水印的稳健性划分 : 依据嵌入的水印能多大程度的经受常见的信号处理等操作可将水印分为易损水印和稳健性水印.易损水印指当嵌入水印的载体数据被修改后,通过水印检测,可以对载体是否进行了修改或进行了何种修改进行判定.稳健性水印指嵌入的水印能抗击肯定失真内的恶意攻击,且一般的信号处理不影响水印的检测.4 按水印所依附的载体形式划分 : 可将水印划分为图像水印、音频水印、视频水印
13、和文本水印等.5 按水印隐匿的位置划分 : 可将水印划分为空域数字水印和变换域数字水印.空域数字水印指水印直接嵌入到信号空间上,即通过转变载体空间的某些系数来嵌入水印.变换域数字水印指转变某些变换域系数来嵌入水印.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_6 按水印检测过程划分 : 可将水印分为非盲水印、半盲水印和盲水印.非盲水印指在检测和提取数字水印的过程中,需要原始数据和原始水印的参加.半盲 水印指不需要原始数据,但需要原始水印来进行检测.盲水印指在检测和提取 数字水印的过程中只需要密钥,既不需要原始数据,也不需要原始水印.通常,非盲水印的稳健性比较强,但它需要储备原始数据和原始水印
14、,其应用受到了限制,因此,盲水印和半盲水印将成为今后的进展方向.2.6 几种典型的数字水印算法今日数字水印技术己经涉及到多媒体信息的各个方面,在此,仅就在整个水印技术争论领域中占突出位置的,也是争论最普遍的静止图像水印技术的典型算法做简要概述 :1空间域算法空间域方法是指通过转变图像的灰度值来加入数字水印的,大多采纳替换法,用隐秘消息位替换载体中的数据位,主要有LSBLeast Significant Bit方法、Patchwork 方法、纹理块映射编码方法等.LSB 方法是由 Tirkel等人提出的数字水印算法,是一种典型的空间域信息隐匿算法.它的主要原理就是利用人眼视觉特性在对于数字图像亮
15、色等级辨论率上的有限性,将水印序列的位来替换象素灰度值的最不重要位或者次不重要位,达到传递隐秘信息的目的.这种方法简洁易行,但是抗击攻击的才能比较差,攻击者简洁的利用信号处理技术就能完全破坏消息.因此现在的数字水印技术己经很少采纳 LSB 算法了.不过,作为一种大数据量的信息隐匿发放, LSB在隐匿通信中仍占据相当重要的位置.是五花八门,无所不用.Patchwork算法是一种基于统计学上的方法,它是将图像分成两个了集, 其中一个子集的亮度增加,另一个子集的亮度削减同样的量,这个量以不行见 为标准,整个图像的平均灰度值保持不变,在这个调整的过程中完成水印的嵌 入.子集的位置作为密钥,就水印可以很
16、简洁的由两个子集间的差别平均而定.Patchwork 方法的隐匿性好,对 JPEG压缩、 FIR 滤波以及图像裁剪有肯定的抗击力,但其缺陷是数据量较低,对多拷贝平均攻击的抗击力较弱.纹理块映射编码方法是将一个基于纹理的水印嵌入到图像的具有相像纹理的一部分当中,这个方法是基于图像的纹理结构的,因而很难察觉水印. 2 变换域算法日前进行水印嵌入的变换域算法主要是在傅立叶变换域DFT)、离散余弦域DCT和小波域 DWT,这类算法的隐匿和提取信息操作复杂,隐匿信息量不能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_很大,但是抗攻击才能强,很适合于数字作品版权爱护的数字水印技术中.傅里叶变换 DFT是
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