基于DCT图像数字水印技术研究的开题报告

毕业设计开题报告

基于DCT的图像数字水印技术的研究

基于DCT的图像数字水印技术研究

国内外研究现状：

20世纪80年代，索尼和菲利浦公司首次提出了数字媒体版权保护的方案SCMS(Serial copy management system)，数字水印技术也是在继数字隐藏技术后提出的一种数字媒体版权保护方案，发展到现在不仅仅局限于版权保护，也延伸到商务交易中的票据防伪、声像数据的隐藏标识和篡改提示、隐蔽通信及其对抗等领域。随着电子政务的广泛应用，其安全性问题也日益突出，电子政务所涉及的相当多的信息都带有机密性，除黑客攻击．病毒感染等来自网络的安全威胁外，也易受到来自系统应用的假冒用户登录、非法篡改等数据安全的威胁。我国现有的电子政务网络基础设施和系统安全解决方案大多是通过防火墙、入侵检测、漏洞扫描、网络隔离等技术和设备来保障系统的安全，这在一定程度上可以保证电子政务信息系统的安全，但仍存在着安全漏洞，我们在电子政务的建设中，除了必要的网络安全技术外，还必须重视对数字信息安全认证的问题。

数字水印技术为上述问题提供了一个有效的解决方案，是目前多媒体信息安全研究领域的一个热点。该技术采用信息处理技术把版权信息、认证信息等秘密信息，即水印，嵌入到原始数据中去，但不影响原内容的价值和使用，水印信息可以是产品的序列号、版权所有者的标志等认证信息。通过特定的算法恢复和检测被嵌水印后，可有效地分析信息失真的情况，判断信息是否被篡改，为版权所有者提供信息被盗版的有利证据。因此，一个实用的数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和不可见性。

所谓数字水印技术，就是将代表数字媒体著作权人身份的特定信息、用户指定的标志或序列码等，按照某种方式嵌入被保护的信息中，在产生版权纠纷时，通过相应的算法提取出该数字水印，从而验证版权的归属，确保媒体著作权人的合法利益，避免非法盗版的威胁。被保护的信息是任何一种数字媒体，如软件、图像、音频、视频或一般性的电子文档等。数字水印是嵌在数字产品中的数字信号，水印的存在要以不破坏原数据的欣赏价值、使用价值为原则。

数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的重要分支，它除应具备信息隐藏技术的一般特点外，还有着其固有的特点。数字水印技术基本特征主要有：

（1）鲁棒性：指不因多媒体文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。（2）不可见性：利用人类视觉系统或听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。

（3）不可检测性：指隐藏载体与原始载体具有一致的特性。

（4）自恢复性：由于经过一些操作或变换后，可能会使原图产生较大的破坏，如果只从留下的片断数据仍能恢复隐藏信号，而且恢复过程不需要宿主信号，这就是所谓的自恢复性。

结构安排：

数字水印系统主要包括两个基本构造模块：水印嵌入模块和水印提取或检测模块，对每个模块分别运用嵌入算法和提取算法研究水印系统的整个过程。

研究方法：

1、资料搜集：对数字水印技术的发展历史和现阶段国际水印技术的主流研究进

行深入了解，明确各个算法的优缺点，定位研究方向。

2、理论研究：全面深入了解离散余弦（DCT）变换算法的定义及特点，熟悉变换

的原理及流程。

3、编程实践：运用VC++工具实现DCT变换，数字水印的嵌入，数字水印的检测等系列操作。

主要内容：

1、离散余弦(DCT)变换域算法：

离散余弦变换是一种实数域变换，具有很好的能量压缩能力和去相关能力。离散余弦变换的基本思想是先将图像压缩，把图像分成大小为8×8的小块，在分别对每一个小块进行DCT变换，后对经过变换的结果进行量化，再依次进行编码。对图像的一个小块来说，将对变换后的8×8个系数量化，再对Z字形顺序扫描（Z 字形排列有助于将低频区域中的非0系数置于高频区域系数之前，更有利于编码）系数表进行编码。因为DC系数中包含图像特征中的关键部分，所以要进行单独编码。

一维离散余弦变换(DCT)的定义如下：

F(u )=C(u )N 2

∑-=10)(N x x f cos N

u x 2)12(π+, 式中x =0,1,.......N-1 其中C(u )=?????=021,1u ，其他 其逆变换为：N

u x x f N u C x f N x 2)12(cos )(2)()(10π+=∑-= 将一维离散余弦变换DCT 的定义推广到二维离散余弦DCT 变换，对于一副N N ?的

图像F （y

x ,），其二维DCT 变换可定义为：??????+??????+=∑∑-=-=N v y N u x y x f v C u C v u F N x N y 2)12(cos 2)12(cos ),()()(),(1010

ππ 其中)()(v C u C 和为：

???????-======1,.....2,1,20,1)()(N v u N v u N v C u C

式中，f(x,y)表示在空间域中坐标为(x,y)点的值，F(u,v)表示空间域中的值经

过变换后所得到的在频率域中坐标为(u,v)点的系数。

2、水印系统过程

（1）水印的嵌入：就是在保证原始水印信息不可见的前提条件下，通过水印嵌

入算法，利用密钥将水印信息嵌入到原始载体图像中，生成含水印的载体图像。

设原始载体图像为I,水印为W ，密钥为K ，则水印嵌入式可用式（2-1）表示：

),,(K W I F I W = （2-1）

式中F 表示水印嵌入算法，如图2.1所示

两种常用的水印嵌入方法如图（2-2）式所示：

))(1()(乘法法则加法法则w v v w v v i

i w i i i w

i

αα+=+= （2-2） 其中v v w i i 和分别表示原始载体图像像素和嵌入水印的图像像素，w i 表示水印信

号，其中n i ≤≤0，α表示水印的强度因子。

（2）水印提取：就是从含水印信息的载体图像中恢复出原来的水印信息，以保

证多媒体信息的完整性，水印的提取可以需要原始载体图像的参与，也可以没有

原始载体图像,如图2.2所示。

设待测图像为I ',从I '中提取的水印为W ',)(?δ表示检测函数。则

W '=)('

,I I δ, （2-3）

图2.2

（3）水印检测:即判断某一数据中是否含有指定的水印信息。当含水印信息的载

体图像受到常规或诸如几何攻击、恶意篡改攻击时，从中提取的水印信号也会随

之相应的产生某些变化。因此，水印检测时常常需要计算原始水印信息与提取的

水印信息之间的相关度，据此即可判断水印信息的存在与否。水印的检测也可以

需要原始载体图像的参与或是没有原始载体图像,如图2.3

图2.3

计算相关系数),('W W C ，如果),('W W C 满足：),('

W W C T （设T 为阈值），则可判断水印存在，否则认为水印不存在。

3、进度安排：

（1）2月24日-3月6日，查找相关毕设的期刊和博硕论文

（2）3月7日-3月13日， 从网络和图书馆广泛阅读文献资料，全面熟悉数字

水印的内容及了解数字水印的研究背景和应用领域。

（3）3月14日—3月20日， 深入了解基于离散余弦变换（DCT ）的数字水印

技术，包括离散余弦变换的定义及特点，了解离散余弦变换算法的内涵与实际。（4）3月21日—4月初，撰写开题报告，掌握设计的整个流程框图，并且找一些相关的编程代码

（5）4月3日—4月中旬，熟悉编程语言，查阅相关资料的编程方法和代码，并编写一些简单的程序

（6）4月中旬—5月初编写DCT变换、数字水印的嵌入、数字水印的检测等程序代码，并使用VC++工具实现数字水印的操作。

（7）5月初-5月中旬，对所做的数字水印进行鲁棒性测试，对基于离散余弦变换的数字水印鲁棒性进行探讨。

（8）5月中旬-6月，整理论文文档，完成毕业论文的编写及交由指导老师审阅、修改，定稿并打印

参考文献：

[1] 孙圣和//陆哲明//牛夏牧, 数字水印技术及应用[M],科学出版社，2004

[2]郭文强//侯勇严，数字图像处理，西安电子科技大学出版社，2009

[3]易开祥//石教英，一种自适应二维数字水印算法[C].全国第二届信息隐藏学会论文集.2001,6(12):108-112

[4]姚若何//黄继武，一种基于分块类的自适应图像水印算法[J].自动化学报，2003，23（4），77—82.

[5]黄继武//姚若何,基于分块类的自适应图像水印算法,中国图形图像学报，2003，4（8）：640-643

[6]王炳锡，陈琦，邓峰森，数字水印技术[M],西安：电子科技大学出版社，2003.6-30

[7]易开祥，数字图像加密与数字水印技术研究[D],[浙江大学博士论文]，杭州，浙江大学，2001

[8]丁玉美等著. 数字信号处理. 西安：西安电子科技大学出版社，2004

[9]R.C.冈萨雷斯等著,阮秋琦等译. 数字图像处理(MATLAB版) 北京：电子工业出版社,2005

[10]孙圣和. 数字水印处理技术. 电子学报. 2000,28(8)：85~90