基于Matlab的数字水印设计——基于DCT域的水印实现
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
基于M a t l a b的数字水印设计基于空域的水印实现Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】摘要(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。
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
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DCT域的数字水印算法
２６ ８
计 算机应 用与软 件
ｆ ｒＹ＝ １： ｏ ｉ
２１ ０ ２皇
已有的方法 自然容 易得 多， Ｆ Ｔ是复 数运算 ， 样运 算量 势 可 Ｆ 这
必剧增 ， 而计 算 机 对 复 数运 算 需 要 较 大 的开 销 。
Ｐ＝（ 一１ ｍ＋１ ｘ ） ；
２ ）鉴于 Ｄ Ｔ变换 前后 的数据 均为 实数 ， Ｃ Ｃ Ｄ Ｔ快速 变换直 接作用于实数域 ， 而这种方 法使运算 量减少 。通 过 由根求底 从
（ 浙江经济职业 技术学 院 浙江 杭州 ３ ０ １ ） １０ ８
摘
要
提 出一种矢量地 图水 印嵌入不依赖原始地 图的盲提取算 法， 该算 法在离散余 弦 变换域上 转换而成 。离散余 弦变换 的特
性之一是对相互依赖 的数据能够产 生能量聚集效益 ， 而矢量地 图 同一条边上点与点具有依赖关系 ， 一条边上依 次选取 ８个 顶点作 在 Nhomakorabea—
ＦＯ ＝ （）
√ Ⅳ
＾
’ ） ，
．
空域 向 Ｄ Ｔ域发展 ， 中文献 ［ ］ Ｃ 其 ２ 为实现盲提取 ， 由一个 多边 便
形 的相邻 ８个顶点为一个 单元数 据 ， 分利用其 顶点 坐标数 据 充 变化有联系 的特点做 Ｄ Ｔ变换 ， Ｃ 在单元 数据 中定 义一个水 印位 并 内嵌 ８个顶点 的 Ｄ Ｔ系数 中。文献 ［ ］ Ｃ ２ 为达到盲提取对原始
ｄｐ ｎｉｇｏ ｅｏ ｇ ａ ｍａ ， ｔｓ ｏｖｒ ｄｆ ｍ ｔｅｄ ｃｅ ｏｉｅ ｒ ｓ ｒ （ Ｃ ）ｄｍａ ．Ｏ ｅ ｆｈ ｈｒｃ ｒ ｔｓｏ Ｄ Ｔｉａｌ ｔ ｅｅｄｎ ｎｔ ｒ ｉ ｌ ｐ ｉｉｃｎ ｅ ｅ ｏ ｉ ｒ ｅｃｓ ａ ｆ ｈ ｉ ｎ ｔ ｒ ｈ ｓ ｔ ｎ ｔｎ ｏ ｍ ＤＴ ｏ ｉ ｎ ｎ ｅｃａａｔ ｓ ｃ ｆ Ｃ ｂｅ ｏ ｏｔ ｅ ｉ ｉ ｓ
基于DCT的数字水印算法的研究
基于DCT的数字水印算法的研究Research of Digital Watermarking Algorithm Based on Discrete CosineTransform摘要近年来，由于网络的迅猛发展，越来越多的多媒体信息已经走向数字化。
人们可以从网上更加方便的取得各类信息，可以更加方便的对别人的作品进行篡改，复制等，由此带来的版权维护问题也日益严重。
版权维护也越来越受到人们的关注了，数字水印技术是解决这类问题最有效的手段，所以数字水印技术现在已然成为了研究的热点。
本文是对基于DCT域数字水印算法的研究，简要介绍数字水印的发展，基本原理等，在MATLAB环境中完成两种基于DCT域数字水印算法的设计。
第一种是基于DCT图像全局变换的数字水印算法，而第二种则可以认为是第一种算法的改进，是基于DCT域分块水印算法。
然后对于水印系统的鲁棒性，进行一些攻击测试，有盐噪声攻击、高斯噪声攻击、旋转攻击、剪切攻击、JPEG有损压缩攻击等，对比分析哪种算法更好。
虽然说该课题只不过是对现有的数字水印技术进行了一个比较简单的研究，但是让我们充分认识到了数字水印技术对我们日常生活的重要性。
关键词：数字水印DCT 攻击测试AbstractIn recent years,with the rapid development of the network,more and more multimedia information has been digitized.People can obtain various kinds of information from the Internet more convenient, the work of others will be altered and copied more convenient, copyright protection issues are also increasingly serious. People are more and more concerned about copyright protection, digital watermarking technology is the most effective means to solve these problems, so the digital watermarking technology has become a hot topic now.This article is to study based on DCT-domain digital watermarking algorithm, introduced the development of digital watermarking and the basic principles etc,completed two design schemes based on DCT-domain digital watermarking algorithm in MATLAB environment. The first one is based on digital image watermarking algorithm global transformation of DCT, while the second one can be considered to improve the first algorithm, which is based on DCT-domain block watermarking algorithm. Then for the robustness of the watermarking system, we performed some attack test, salt noise attack, Gaussian noise attack and spin attack, cropping attack, JPEG compression attack, in order to prove which is better. Although the subject is a relatively simple research for the existing digital watermarking technique , but it let us aware of the importance of digital watermarking technology in our daily life.Key words:Digital watermarking DCT Robustness Attack test目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I I 绪论 .. (1)1 数字水印的介绍 (3)1.1 数字水印定义及基本特点 (3)1.1.1 定义 (3)1.1.2 基本特点 (3)1.2 数字水印基本原理 (3)1.2.1 水印嵌入 (4)1.2.2 水印提取 (4)1.3 数字水印分类 (5)1.4 数字水印的常见算法 (6)1.4.1 空域算法 (6)1.4.2 变换域算法 (6)1.4.3 JPEG压缩域算法 (6)1.4.4 NEC算法 (7)1.4.5 生理模型算法 (7)2 开发工具和环境 (8)2.1 MATLAB简介 (8)2.2 MATLAB语言特点 (8)3 基于DCT域数字水印算法实现 ................................................... 错误!未定义书签。
毕业设计(论文)-基于dct域的数字水印算法研究与应用[管理资料]
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毕业设计中文摘要毕业设计英文摘要目次1 绪论 (1)课题的研究现状及热点问题 (1)数字水印的关键技术及应用 (2)本文的主要研究内容 (5)2 数字水印的基本原理 (6)DCT域数字水印嵌入原理 (6)DCT域数字水印提取原理 (6)本章小结 (7)3 数字水印的嵌入设计 (7)DCT域数字水印嵌入流程 (7)水印嵌入的结果 (8)本章小结 (11)4 数字水印的提取设计 (12)DCT域数字水印提取流程 (12)水印提取的结果 (13)本章小结 (15)5 鲁棒性分析 (16)抗噪声测试 (16)抗压缩测试 (20)本章小结 (21)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (25)附录A (25)附录B (27)1 绪论课题的研究现状及热点问题随着计算机的普及，许多传统媒体内容都向数字化转变，并且在电子商务中即将占据巨大市场份额，如mp3的网上销售，数字影院的大力推行，网上图片、电子书籍销售等等，在无线领域，随着移动网络由第二代到第三代的演变，移动用户将能方便快速的访问因特网上数字媒体内容，基于有线或无线网络的数字媒体内容的应用即将是信息时代新的传统。
但是，数字媒体内容的安全问题成了瓶颈问题，一度制约着信息化进程。
为了有效地解决信息安全和版权保护等问题,近年来提出了加解密、数字签名、数字指纹、数字水印等多种技术。
其中数字水印是20世纪90年代出现的一门崭新的技术,它通过在数字产品中嵌入水印信息来确定数字产品的所有权或检验数字内容的原始性[1]。
它弥补了加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, 弥补了数字指纹仅能给出版权破坏者信息的局限[2]。
国际上一些成立了专门的机构，如拷贝保护技术工作组（CPTWG,Copy Protection Technique Working Group）从1995年开始致力于基于DVD的视频版权保护研究，安全数字音乐创始（SDMI,Secure Digital Music Initiative）从1999年开始研究音频的版权版护，数字水印是其中的核心关键技术。
基于DCT域的数字水印算法
在受到不同攻击的图像中，水印提取 准确率如下表所示
实验结果展示
01
02
03
| --- | --- | --- | --- |
| JPEG压缩 | 98% | 96% | 94% |
| 噪声添加 | 95% | 92% | 89% |
实验结果展示
| 滤波 | 92% | 88% | 85% |
数字水印提取算法
数字水印提取算法是用于从嵌入水印后的图像中提取出水印信息的过程。
提取算法通常采用与嵌入算法相反的过程，即从DCT系数中提取出水印信 息，并进行解码和验证。
提取算法需要保证能够准确提取出水印信息，同时抵抗各种攻击和噪声的 影响。
03
基于DCT域的数字水印算法实 现
水印信息预处理
01
基于DCT域的数字水印算法
汇报人： 2024-01-01
目录
• 引言 • DCT域数字水印算法原理 • 基于DCT域的数字水印算法实
现 • 实验结果与分析 • 算法优化与改进 • 总结与展望
01
引言
研究背景与意义
数字水印技术的必要性
随着数字媒体的普及，版权保护问题 日益突出。数字水印技术作为一种有 效的版权保护手段，具有重要意义。
DCT域的特点
离散余弦变换（DCT）在图像处理中 广泛应用，特别是在图像压缩标准 JPEG中。基于DCT域的数字水印算法 具有较好的鲁棒性和隐蔽性。
数字水印技术概述
数字水印的基本概念
数字水印是一种将特定信息嵌入数字媒体中的技术，这些 信息通常是不可见的，但可通过特定算法提取。
数字水印的应用领域
数字水印技术在版权保护、内容认证、广播监视等方面有 广泛应用。
一种基于Arnold-DCT变换的数字水印的MATLAB实现
一种基于Arnold-DCT变换的数字水印的MATLAB实现作者：马婷熊顺清左海平来源：《科教导刊》2010年第18期摘要现在基于数字信息被便捷的复制和修改,对数字信息的保护便变得极为重要,因此数字水印技术成为了研究热点之一。
本文是采用经典的Lena图像作为测试图像,将二值图像作为水印,对水印图像先进行Arnold变换,然后将置乱后的水印嵌入到原图像中。
可知基于DCT域的数字水印技术对信号处理攻击具有较好的鲁棒性。
本文是将Arnold与DCT结合起来设计数字水印方案,并在MATLAB7.0平台上进行了仿真实验。
关键词数字水印离散余弦变换 Arnold变换中图分类号:TP39文献标识码:A0 引言现在网络的迅猛发展,使得信息的交流与传播变得极为容易与简单,数字信息被便捷的复制和修改,基于这种现状对数字信息的保护便变得其为重要,因此数字水印技术成为了研究热点之一。
1 数字水印技术简介所谓数字水印技术就是将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中,以起到保护版权、秘密通信、数据文件的真伪鉴别和产品标志等作用。
不同的应用领域对数字水印有不同的要求,但一般来讲,数字水印应具备如下特点:(1)安全性:即数字水印中的信息应该是安全的,难以被篡改或伪造,使未授权的用户无法提取或检测水印。
(2)不可感知性:一般来说,数字水印的不可感知性就是指原始产品与嵌入水印后的产品之间的感官相似度。
通俗地讲,就是嵌入水印后的图像与未嵌入水印之前的图像在视觉上是没有任何差别的,即要求嵌入水印之后的图像仍能满足人们感官上的需求,且嵌入的水印不能影响原始产品的质量,否则将会降低产品的观赏价值和商业价值等。
(3)鲁棒性:嵌入水印后的图像在传播过程中要受到各种有意无意的攻击,那么水印系统的鲁棒性就是指在经过信号处理操作和几何处理操作后仍然能够检测出水印的能力。
一般情况下,信号处理操作包括重采样、重量化、滤波、平滑和有损压缩等;几何处理操作包括平移、旋转、缩放和剪切等。
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摘要数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。
数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。
随着数字水印技术的发展，数字水印的应用领域也得到了扩展，数字水印的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，潜在的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的广播服务。
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的检索等领域得到应用。
数字水印的认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。
本文主要是根据所学的数字图象处理知识，在MATLAB环境下，通过系统编程的方式，建立并实现基于DCT域的数字水印加密系统。
该系统主要包含数字水印的嵌入与提取，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的技术保障。
关键词：数字水印；MATLAB；DCT目录1 课程设计目的 (1)2 课程设计要求 (2)3 数字水印技术基本原理 (3)3.1 数字水印基本框架 (3)3.2 算法分类 (3)3.2.1 DCT法 (4)3.2.2 其他方法 (4)3.3 实际需要考虑的问题 (4)3.3.1 不可见性 (4)3.3.2 鲁棒性 (5)3.3.3 水印容量 (5)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 (6)4.1.2 选取8*8变换块 (7)4.1.3 边界自适应 (7)4.1.4 DCT变换与嵌入 (7)4.1.5 恢复空域 (8)4.2 嵌入算法扩展 (8)4.2.1 RGB彩色图像三个矩阵的划分 (8)4.2.2 八色彩色水印 (8)4.3 水印的提取 (9)4.4 仿真程序 (9)5 结果分析 (14)结束语 (16)参考文献 (17)1 课程设计目的数字水印技术是用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。
数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。
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。
从主观上讲，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，不过这并不会影响数字水印技术的应用，因为实际应用一般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，所以鲁棒性是十分重要的，此时，隐藏数据量的要求居于次要地位。
数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的知觉系统觉察或注意到。
水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等，可用来识别文件、图像或音乐制品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权。
与加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但它可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。
总的来说，数字水印可以携带有版权保护信息和认证信息，保护数字产品的合法拷贝和传播。
2 课程设计要求利用所学的数字图像处理技术，建立并实现基于DCT的数字水印加密系统，利用MATLAB软件系统来实现水印的嵌入和提取，并对算法的不可见性、鲁棒性进行测试。
具体要求：（1）熟悉和掌握MATLAB程序设计方法；（2）学习和熟悉MATLAB图像处理工具箱；（3）学会运用MATLAB工具箱对图像进行处理和分析；（4）能对图像jpg格式进行打开、保存、另存、退出等功能操作；（5）利用所学数字图像处理技术知识、MATLAB软件对图像进行水印的嵌入和提取；（6）在程序开发时，清楚主要实现函数目的和作用，需要在程序书写时做适当注释说明，理解每一句函数的具体意义和使用范围；（7）每个程序都必须做到功能仿真成功，运行结果以图片的形式粘贴到报告中。
3 数字水印技术基本原理3.1 数字水印基本框架一个数字水印系统一般包括三个基本方面：水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或检测。
数字水印的嵌入和提取的一般过程基本框架如图3.1，图3.2所示。
图3.1 水印嵌入的一般过程基本框架图3.2 水印检测的一般过程基本框架3.2 算法分类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。
然后，对加入了水印信息的信号进行频域反变换（IDWT、IDCT、DFT、WP），得到含有水印信息的信号。
频域法检测水印的原理是将原始信号与待检测信号同时进行变换域变换，比较两者的区别，进行嵌入水印的逆运算，得出水印信息。
如果是可读的水印，那么就此结束，如果是不可读水印，如高斯噪声，就将得出的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，故水印的检测有两个结束点。
频域法有以下优点：嵌入的水印信号能量可以分布到空域的所有像素上，有利于保证水印的不可见性；视觉系统（HVS）的某些特性（如频率的掩蔽特性）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）内的水印编码。
3.2.1 DCT法对原始信号做DCT的算法：Cox和Piva等人提出的DCT技术的经典之作。
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;Piva则修改整幅图像的中频部分。
对原始信号分块后，再作DCT的算法：Hsu和Wu把图像进行8*8分块，将一个二进制序列作为水印放入DCT的中频区；有些学者则计算整个图像的DCT，把一个实数序列嵌入DCT的中频系数上。
选择中频区的好处是一方面尽量减少嵌入信息对图像主观视觉的影响；同时，尽量避免有损压缩对水印信息可能带来的损失。
还有一种DCT方法就是把水印信息嵌入到高频系数上，但是采用这种方法，抗压缩性非常差。
3.2.2 其他方法其它变换域还有Fourier-mellin域、Fourier变换域、分形或WP（Wavelet Package）等。
以上的变换域算法计算量都非常大，编程实现这些变换和逆变换也需要好好下一番功夫，由此造成研究人员把大量的时间和精力浪费在与水印算法研究无关的问题上。
3．3 实际需要考虑的问题在数字水印技术中，水印的数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾。
从主观上讲，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，不过这并不会影响数字水印技术的应用，因为实际应用一般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，所以鲁棒性是十分重要的，此时，隐藏数据量的要求居于次要地位。
3.3.1 不可见性对于以模拟方式存储和分发的信息（如电视节目），或是以物理形式存储的信息（如报刊、杂志），用可见的标志就足以表明其所有权。
但在数字方式下，标志信息极易被修改或擦除。
因此应根据多媒体信息的类型和几何特性，利用用户提供的密钥将水印隐藏到一系列随机产生的位置中，使人无法察觉。
图3.3左侧为原始图像，右侧为嵌入水印后的图像。
图3.3 原始图像与嵌入水印后的图像对比3.3.2 鲁棒性水印必须对一般的信号处理操作（如滤波、平滑、增强、有失真压缩等）、删除攻击、迷惑攻击等具有鲁棒性。
除非对数字水印具有足够的先验知识，任何破坏和消除水印的企图都将严重破坏多媒体信息的质量。
3.3.3 水印容量嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或是购买者的序列号。
这样在发生版权纠纷时，创建者或所有者的信息用于标示数据的版权所有者，而序列号用于标示违反协议而为盗版提供多媒体数据的用户。
数字水印在多媒体信息安全中的另一个重要应用就是内容的真实性鉴定（即认证）。
当多媒体内容发生改变时，具有较强的敏感性的易损水印（Fragile watermarking）会随之发生一定程度的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。
3.3.4 安全性水印的安全性要求未授权者不能发现数字作品中含有水印信息。
或者算法安全性仅仅依赖于密钥而不依赖于算法的保密性。
因此在没有密钥的情况下，未授权者即使知道含有水印信息和知道水印算法，也不能提取出水印信息或者破坏水印信息。
另外算法还应该能够抵抗合谋攻击。
由于水印特性的要求对应用的依赖型很强，恰当的评价准则和具体的应用有关。
4 基于DCT变换仿真4.1 算法原理离散余弦变换（Diserete Cosine Transform）简称DCT变换。
离散余弦变换是傅立叶变换的一种特殊情况，在傅立叶级数展开式中，如果被展开的函数是实偶函数，那么其傅立叶级数中只包含余弦项，再将其离散化可导出离散余弦变换，因此余弦变换与傅里叶变换一样有明确的物理意义，DCT变换避免了傅里叶变换中的复数运算，它是基于实数的正交变换。
DCT变换域数字水印算法的基本原理是将空域图像变成频域，然后将水印信息嵌入其直流项之中，最后将频域转换成空域以完成图片的水印的嵌入。
其主要思想是：在DCT变换域上选择中、低频系数叠加水印信息，因为人眼的感觉主要集中在中、低频段，攻击者破坏水印时，不可避免地会引起图像质量的严重下降，而且一般的图像处理也不会改变这部分数据。
再者，由于JPEG、MPEG等压缩算法的核心是在DCT变换域上进行量化，故通过巧妙的融合水印和量化过程，可以使水印抵御一定的有损压缩。
此外，DCT变换域系数的统计分布有比较好的数学模型，可以从理论上估计水印的信息量。
基于DCT变换的数字水印在逆变换时会散布在整个图像空间中，故水印不像空间域技术那样易受到裁剪、低通滤波等攻击的影响，具有鲁棒性高、隐蔽性好的特点。
4.1.1 准备工作首先要读入一幅待嵌入的原始图片I=f1(x,y)以及一幅水印图M=f2(x,y)。