圖像水印技術(shù)研究與實現(xiàn)【畢業(yè)設(shè)計】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　圖像水印技術(shù)研究與實現(xiàn)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 計算機科學(xué)與技術(shù) </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　摘要： 本文采用以小波變換理論為基礎(chǔ)的圖像水印算法，利用其優(yōu)秀的隱蔽性以及魯棒性，進(jìn)行圖像水印算法的

3、研究與實現(xiàn)。首先，對水印進(jìn)行偽隨機置亂，從而達(dá)到對水印進(jìn)行加密的目的，再對原始圖像進(jìn)行小波變換，獲得所需的系數(shù)矩陣，最后在原始圖像的頻帶中將水印進(jìn)行隔列嵌入。由于MATLAB優(yōu)秀的圖像處理能力，本文利用MATLAB來處理算法，實現(xiàn)水印的嵌入與提取。實驗結(jié)果表明，該算法嵌入的水印具有良好的透明性與魯棒性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：圖像水印技術(shù)；小波理論；MATLAB</p><p>　　

4、The Research and Implementation of Image Watermarking</p><p>　　Abstract: Image watermarking used in this paper is based on the wavelet transform theory, take advantage of its excellent hidden nature and robu

5、stness, for the research and implementation of image watermarking algorithm. First, do the pseudo random permutation to the watermark, so as to achieve the purpose of encrypted to the watermark, and then the wavelet tran

6、sform is done on the original image, so the necessary coefficient matrix is obtained, finally embedding the watermark in every column to</p><p>　　Key words: Image Watermarking; Wavelet theory; MATLAB目 錄<

7、/p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 選題的背景、意義1</p><p>　　1.2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題1</p><p>　　1.2.1 研究的基本內(nèi)容1</p><p>　　1.2.2 擬解決的主要問題2</p>

8、<p><b>　　2 技術(shù)簡介4</b></p><p>　　2.1設(shè)計概述4</p><p>　　2.1.1 設(shè)計目標(biāo)4</p><p>　　2.1.2 開發(fā)環(huán)境4</p><p>　　2.2主要技術(shù)簡介4</p><p>　　2.2.1小波變換4</p

9、><p>　　2.2.2 圖像處理5</p><p>　　2.2.3圖像水印技術(shù)5</p><p>　　2.2.4應(yīng)用于圖像水印技術(shù)的小波變換5</p><p>　　2.3可行性分析5</p><p>　　2.3.1技術(shù)可行性分析5</p><p>　　2.3.2經(jīng)濟可行性分析

10、6</p><p><b>　　3 概要設(shè)計7</b></p><p>　　3.1體系結(jié)構(gòu)7</p><p><b>　　4 詳細(xì)設(shè)計8</b></p><p>　　4.1基于小波變換的圖像水印的嵌入和提取8</p><p>　　4.1.1二維離散小波變換

11、分解8</p><p>　　4.1.2水印圖像的嵌入9</p><p>　　4.1.3水印圖像的提取12</p><p>　　4.2水印攻擊實驗12</p><p><b>　　結(jié)束語18</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p>

12、;<b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 選題的背景、意義</p><p>　　隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，新的IT技術(shù)、電子商務(wù)以及大量的網(wǎng)絡(luò)多媒體不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品的版權(quán)保護和完整性認(rèn)證也變得尤為重要，而圖像水印技術(shù)就是在此基礎(chǔ)上興起的一門計算機科學(xué)

13、技術(shù)?；ヂ?lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展極大的方便了人們從網(wǎng)絡(luò)上獲取數(shù)據(jù)，同時數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字信息的普及也帶來了許多問題,其中一個重要的問題就是數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護問題[1]。數(shù)字圖像水印技術(shù)作為一種新興的版權(quán)保護技術(shù)，是對數(shù)字媒體產(chǎn)品進(jìn)行版權(quán)保護的有效方法之一。它實質(zhì)是一種運用圖像處理實現(xiàn)隱藏信息的技術(shù)。用于版權(quán)保護的圖像水印的關(guān)鍵是水印信息嵌入的隱蔽性和抵抗攻擊的魯棒性。</p><p>　　數(shù)字水印技術(shù)的學(xué)科特點在于它橫跨

14、圖像處理、多媒體技術(shù)、模式識別、密碼學(xué)、數(shù)字通信等多學(xué)科領(lǐng)域，以這些領(lǐng)域的算法、思想和概念為基礎(chǔ)。一個數(shù)字水印方案一般總是綜合利用這些領(lǐng)域的最新進(jìn)展，各學(xué)科的學(xué)者們也提出了不盡相同的算法[2]?？偟膩碚f，數(shù)字水印技術(shù)是將一些標(biāo)識信息(即數(shù)字水印)直接嵌入數(shù)字載體(包括多媒體、文檔、軟件等)當(dāng)中，但不影響原載體的使用價值，也不容易被人的知覺系統(tǒng)(如視覺或聽覺系統(tǒng))覺察或注意到。通過隱藏在載體中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購買者、傳送隱

15、秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的[3]。數(shù)字圖像水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究方向，為實現(xiàn)有效地信息版權(quán)保護提供了一種重要的手段。</p><p>　　1.2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題</p><p>　　1.2.1 研究的基本內(nèi)容</p><p><b>　　小波變換的特征</b></p><p>

16、　　一種多分辨率分析工具，為不同尺度上信號的的分析和表征提供了精確和統(tǒng)一框架。它的原理是來源于傅里葉變換,但是它比傳統(tǒng)的傅里葉變換有更多優(yōu)點，比如：</p><p>　　1）小波變換可以覆蓋整個頻域；</p><p>　　2)可以通過選取合適濾波器，減少或除去提取的不同特征之間的相關(guān)性；</p><p>　　3)具有“變焦”特性，低頻段可用高頻率分辨率和低時間分辨率

17、，在高頻段可用低頻率分辨率和高時間分辨率；</p><p>　　4)小波變換在實現(xiàn)上有快速算法（Mallat小波分析算法）[4]。</p><p>　　小波變換是空間(時間)和頻率的局部變換，因而能有效地從信號中提取信息。通過伸縮和平移等運算功能可對函數(shù)或信號進(jìn)行多尺度的細(xì)化分析，解決了傅里葉變換不能解決的許多困難問題。小波分析是一個新的數(shù)學(xué)分支，它是泛函分析、傅里葉分析、樣調(diào)分析、數(shù)值分

18、析的完美結(jié)晶；信號和信息處理專家認(rèn)為，小波分析是時間-尺度分析和多分辨分析的一種新技術(shù)，它在信號分析、語音合成、圖像識別、計算機視覺、數(shù)據(jù)壓縮、地震勘探、大氣與海洋波分析等方面的研究都取得了有科學(xué)意義和應(yīng)用價值的成果[5]。</p><p>　　小波變換常被應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)處理，包括圖像降噪和數(shù)據(jù)壓縮等。圖像降噪是圖像預(yù)處理中一項應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)，其作用是提高圖像的信噪比，突出圖像的期望特征。掃描圖像降噪中的一個

19、兩難的問題是如何在降低圖像噪聲和保留細(xì)節(jié)上保持平衡，傳統(tǒng)的低通濾波方法將圖像的高頻成分濾除，雖然能夠達(dá)到降低噪聲的效果，但破壞了圖像的細(xì)節(jié)。而利用小波變換的多分辨特性就可以做到兩者兼顧[6]。小波變換的多分辨率濾波技術(shù)，能夠把低分辨率下的小波變換全部保留，高分辨率下的小波變換只有被確認(rèn)為邊沿附近的各點才予以保留，其余的都加以去除，由于噪聲的小波變換主要集中在高分辨率的各層次中，因此經(jīng)上述處理后，噪聲基本去除，而邊沿信號可以較好的保留，從

20、而小波變換是去噪的有力工具[7]。采用小波變換做數(shù)據(jù)壓縮不僅可以提高壓縮比，而且可以避免其他壓縮編碼方法中由于數(shù)據(jù)分塊，造成的“方塊效應(yīng)”和“蚊式噪聲”，所以質(zhì)量較好，不容易在傳輸過程中造成失真。</p><p>　　基于小波變換的圖像水印算法</p><p>　　水印的基本原理是嵌入某些標(biāo)識數(shù)據(jù)到宿主數(shù)據(jù)中作為水印，使得水印在宿主數(shù)據(jù)中不可感知和足夠安全[8]。通用的水印的算法包含兩個基

21、本方面：水印的嵌入和水印的提取。 </p><p>　　1）將水印圖像做時間域上的變換，目的是對水印信息進(jìn)行亂序，達(dá)到加密的效果。</p><p>　　2）對圖像做小波變換，對于變換后得到的小波系數(shù)，選出某一個起始位置，大小為N*N的系數(shù)矩陣。</p><p>　　3）在選出的系數(shù)矩陣中嵌入水印信息，即將兩個N*N的矩陣進(jìn)行信息疊加，其中含有水印信息的矩陣元素為0

22、或1[9]。</p><p>　　1.2.2 擬解決的主要問題</p><p><b>　　小波的選取</b></p><p><b>　　幾個重要的小波：</b></p><p>　　Morlet 小波，它是高斯包絡(luò)下的單頻復(fù)正弦函數(shù)；</p><p>　　Marr小波，

23、也叫墨西哥草帽小波，它是高斯函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)；</p><p>　　DOG（different of Gaussian）小波，它是兩個尺度差一倍的高斯函數(shù)之差；</p><p>　　Haar 小波，Haar 函數(shù)是一組互相正交歸一的函數(shù)集，它是支撐域在t[0，1]范圍內(nèi)的單個矩形波[10]。</p><p>　　本文選取Haar小波基作為算法使用的小波。</p&

24、gt;<p>　　視覺特性與水印容量的關(guān)系</p><p>　　在數(shù)字水印嵌入中，嵌入強度越大，嵌入圖像失真的可能性越高，但魯棒性就越強，水印信號就越不容易被破壞；嵌入強度越小，載體圖像質(zhì)量越好，但水印抗攻擊能力就越弱。有效的水印算法中必須保持不可感知性、魯棒性和水印容量之間的平衡[11]。但是三者間的平衡并非簡單均分，本文為了達(dá)到較好的不可感知性與魯棒性，放棄了一部分水印容量，采用小容量水印嵌入，

25、使得嵌入水印的不可感知性與魯棒性較信息量大的水印更為優(yōu)秀。</p><p><b>　　水印圖像的預(yù)處理</b></p><p>　　直接利用水印算法將水印嵌入到原始圖像會減弱水印的嵌入效果和安全性。因此，在嵌入水印圖像前，對水印圖像進(jìn)行置亂加密預(yù)處理具有重要作用[11]。</p><p>　　數(shù)字圖像置亂是通過對數(shù)字圖像的位置或灰度級等作變換

26、來“擾亂”圖像，以此達(dá)到在一定程度上迷惑第三者的目的。數(shù)字圖像置亂一般可以在其位置空間、色彩空間或頻率空間上進(jìn)行，通過將圖像中像素的位置或者將像素的顏色打亂，使原始圖像變換成一個雜亂無章的圖像，如果不知道使用的置亂變換算法，很難恢復(fù)原始圖像。圖像置亂可以達(dá)到三個目的：其一是加密，即是在不知道置亂的恢復(fù)方法時，無法從被置亂的圖像中得到任何可見信息；其二是圖像經(jīng)過置亂后是一個無法識別的雜亂信息，無特征供統(tǒng)計分析，再加載到另一幅圖像時不會出現(xiàn)

27、人眼容易識別的形狀或顏色的交疊現(xiàn)象，從而可以做到不可察覺；其三在加載水印前對水印數(shù)據(jù)進(jìn)行置亂，將原始水印數(shù)據(jù)的信息分散到新水印數(shù)據(jù)的全局上，從而可以確保圖像部分受損的情況下，仍可以部分甚至全部地恢復(fù)水印圖像[11]。</p><p><b>　　2 技術(shù)簡介</b></p><p><b>　　設(shè)計概述</b></p><p

28、>　　從圖像處理角度來看，水印的嵌入可以視為在強背景下迭加一個弱信號，只要迭加的水印信號低于人類視覺系統(tǒng)（Human Visual System，HVS）的對比度門限，HVS就無法感到信號的存在[12]。了解了這一基本原理之后，在一個好的開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行算法的設(shè)計，對開發(fā)效率有著顯著的提高。</p><p>　　MATLAB是一個理想的開發(fā)工具，它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和

29、仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言(如C、Fortran)的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平[13]。</p><p>　　2.1.1 設(shè)計目標(biāo)</p><p>　　一般來說水印算法的設(shè)計主要分為水印的嵌入與提取，對于嵌入的水印本身

30、來說，還必須具備有較強的魯棒性和隱蔽性。在對抗幾何攻擊以及丟幀時的魯棒性是對水印最為基本及重要要求。算法將對嵌入的水印進(jìn)行加強，以抵抗各種攻擊，并在遭到攻擊之后依舊能夠?qū)⑺〔糠稚踔镣耆崛〕鰜怼?lt;/p><p>　　2.1.2 開發(fā)環(huán)境</p><p>　　Windows7，MATLAB2010b</p><p><b>　　主要技術(shù)簡介</b&

31、gt;</p><p><b>　　小波變換</b></p><p>　　小波變換是一種多分辨率分析工具，為不同尺度上信號的分析和表征提供了精確和統(tǒng)一的框架。傳統(tǒng)的信號理論是建立在傅里葉分析基礎(chǔ)上的，而傅里葉變換作為一種全局變換，有一定的局限性。小波變換的原理雖然是來源于傅里葉變換，但是它比傅里葉變換擁有更多的優(yōu)點，比如：</p><p>　　

32、小波變換可以覆蓋整個頻域；</p><p>　　可以通過選取合適濾波器，減少或除去提取的不同特征之間的相關(guān)性；</p><p>　　具有“變焦”特性，低頻段可用高頻率分辨率和低時間分辨率，在高頻段可用低頻率分辨率和高時間分辨率；</p><p>　　小波變換在實現(xiàn)上有快速算法（Mallat小波分析算法）[4]。</p><p>　　小波變換時

33、空間（時間）和頻率的局部變換，因而能有效地從信號中提取信息。通過伸縮和平移等運算功能可對函數(shù)或信號進(jìn)行多尺度的細(xì)化分析，解決了傅里葉變換不能解決的許多困難問題。</p><p>　　2.2.2 圖像處理</p><p>　　圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像是指用數(shù)字?jǐn)z像機、掃描儀等設(shè)備經(jīng)過采樣和數(shù)字化得到的一個大的二維數(shù)組，該數(shù)組的元素稱為像素，其值為一整數(shù)，稱為灰度值。圖像處理技術(shù)

34、的主要被容包括圖像壓縮，增強和復(fù)原，匹配、描述和識別三個部分[14]。</p><p>　　通過取樣和量化過程將一個以自然形式存在的圖像變換為適合計算機處理的數(shù)字形式。圖像在計算機內(nèi)部被表示為一個數(shù)字矩陣，矩陣中每一個元素稱為像素。</p><p><b>　　圖像水印技術(shù)</b></p><p>　　從圖像處理角度看，嵌入水印信號可以視為在一

35、個強背景下迭加一個弱信號，只要迭加的水印信號強度低于人類視覺系統(tǒng)（Human Visual System，HVS）的對比度門限，HVS就無法感到信號的存在。對比門限受視覺系統(tǒng)的空間、時間和頻率特性的影響。因此通過對原始信號作一定的調(diào)整，有可能在不改變視覺效果的情況下嵌入一些信息。從數(shù)字通信的角度看，水印嵌入可以理解為在一個寬帶信道（載體圖像）上用擴頻通信技術(shù)傳輸一個窄帶信號（水印信號）。盡管水印信號具有一定的能量，但分布到信道中任一頻率

36、上的能量是難以檢測到的。水印的譯碼（檢測）即是在有噪信道中弱信號的檢測問題[15]。</p><p>　　應(yīng)用于圖像水印技術(shù)的小波變換</p><p>　　基于小波變換的圖像水印算法具有自適應(yīng)性，這為分析圖像的局部特征（如變換和紋理等特性）提供了很好的空間尺度定位。小波變換所使用的基于變換域的技術(shù)可以嵌入大量的比特數(shù)據(jù)而不會導(dǎo)致可察覺的缺陷，往往采用類似擴頻圖像技術(shù)來隱藏數(shù)字水印信息[16

37、]。同時由于小波對圖像的多分辨率表示，因此該方法在嵌入水印時，可以根據(jù)各自的重要程度對圖像進(jìn)行分級處理，這一點已經(jīng)在圖像編碼得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，小波變換的這一特性可以實現(xiàn)水印的漸進(jìn)編碼和傳輸。</p><p><b>　　可行性分析</b></p><p>　　可行性分析是通過對項目的主要內(nèi)容和配套條件進(jìn)行調(diào)查研究和分析比較，并對項目建成以后可取得的經(jīng)濟效益及社會環(huán)境

38、影響進(jìn)行預(yù)測，從而提出該項目是否值得投資和如何進(jìn)行建設(shè)的咨詢意見，為項目決策提供依據(jù)的一種綜合性的系統(tǒng)分析方法?？尚行匝芯繎?yīng)具有預(yù)見性、公正性、可高興、科學(xué)性的特點?？尚行匝芯繉嵸|(zhì)上是要進(jìn)行一次大大壓縮簡化了的系統(tǒng)分析和設(shè)計的過程，也就是在較高層次上以較抽象的方式進(jìn)行的系統(tǒng)分析和設(shè)計的過程。它的目的不是解決問題，而是確定問題是否值得去解決[17]。</p><p><b>　　技術(shù)可行性分析</b

39、></p><p>　　基于小波變換的圖像水印技術(shù)，主要通過對需要進(jìn)行嵌入的水印原圖做時間域上的變換，對水印信息進(jìn)行置亂，然后對圖像做小波變換，從而得出圖像的濾波矩陣，以便將水印嵌入目標(biāo)圖像，并在不影響目標(biāo)圖像的可視性前提下保證水印的魯棒性和隱藏性。同時，在使用各種方法對嵌入的含水印圖像進(jìn)行攻擊之后，依舊能部分甚至全部提取出水印，達(dá)到抵抗幾何攻擊性和丟幀等目的。MATLAB是一個優(yōu)秀的圖像處理算法設(shè)計軟件，

40、借助MATLAB中所提供的工具箱來實現(xiàn)水印的嵌入和提取，在技術(shù)和操作上都是沒有問題的。</p><p><b>　　經(jīng)濟可行性分析</b></p><p>　　隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步和Internet的迅速發(fā)展，多媒體信息的交流達(dá)到了前所未有的深度和廣度，其發(fā)布形式愈加豐富了。網(wǎng)絡(luò)發(fā)布逐漸成為一種重要的發(fā)布形式，伴隨而來的是多媒體數(shù)據(jù)的版權(quán)保護問題。數(shù)字作品（如電腦美術(shù)

41、、掃描圖像、數(shù)字音樂、視頻、三維動畫）的版權(quán)保護是當(dāng)前的熱點話題[18]。</p><p>　　數(shù)字水印利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)識不可見或不可聽，既不損害原作品，又達(dá)到了版權(quán)保護的目的。目前，雖然由于技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，用于版權(quán)保護的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了初步實用化階段[19]，但是，目前市場上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，容易被破壞或破解，所以設(shè)計出一個真正擁有強大的抗攻擊性的數(shù)字水印，是具有非常高的經(jīng)濟效益的。

42、</p><p><b>　　3 概要設(shè)計</b></p><p><b>　　體系結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖像水印技術(shù)的主要流程為水印的嵌入和提取，為了驗證水印的抗攻擊性，可以在其中加入進(jìn)行攻擊的流程。具體流程：首先是對原始圖像和原始水印進(jìn)行預(yù)處理，然后運用嵌入算法將水印嵌入到原始圖像中，然后對嵌入水印的圖像

43、直接進(jìn)行水印的提取，同時對含水印圖像進(jìn)行各種常見的幾何攻擊，最后對遭到攻擊后的含水印圖像進(jìn)行水印提取，將提取的水印與原始水印進(jìn)行相似度對比。流程圖如圖1</p><p><b>　　4 詳細(xì)設(shè)計</b></p><p>　　基于小波變換的圖像水印的嵌入和提取</p><p>　　二維離散小波變換分解</p><p>　

44、　對一副靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)用某種小波函數(shù)進(jìn)行一級二維離散小波分解，將得到四組系數(shù)矩陣，分別為近似小波的系數(shù)矩陣A（m, n）、水平細(xì)節(jié)系數(shù)矩陣H（m, n）、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)矩陣V（m, n）、對角細(xì)節(jié)系數(shù)矩陣D（m, n）。這四組小波系數(shù)矩陣分別構(gòu)造出原圖像的近似圖像和細(xì)節(jié)圖像，給出了原圖像的相關(guān)信息，對得到的四組系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的離散小波反變換（IDWT）將得到經(jīng)過處理后的圖像[20]。</p><p>　　圖2 經(jīng)過D

45、WT與IDWT處理的圖像</p><p>　　類似的，當(dāng)要對圖像進(jìn)行二級的小波分解時，相當(dāng)于在一次小波變換后得到的近似圖像的基礎(chǔ)上再進(jìn)行一次小波變換，得到第二層的近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)A2（m, n）、H2（m, n）、V2（m, n）和D2（m, n）。對得到的七組系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的二級離散小波反變換（IDWT），將得到處理后的圖像[20]。在利用小波變換的圖像處理方法中，通常會對圖像進(jìn)行多級小波變換，產(chǎn)生多組近似系數(shù)

46、和細(xì)節(jié)系數(shù)，方法與一級變換類似。</p><p>　　圖3 多級小波變換示意圖</p><p><b>　　水印圖像的嵌入</b></p><p>　　在靜態(tài)圖像中嵌入水印圖像的思路是：對載體圖像進(jìn)行離散小波變換（DWT），對水印進(jìn)行預(yù)處理，得到一組矩陣序列，將水印序列加入到載體圖像的近似系數(shù)矩陣中區(qū)，然后對加入了預(yù)處理后的水印序列的載體系數(shù)塊

47、進(jìn)行相應(yīng)的L尺度的離散小波反變換，重構(gòu)后就得到最終的加入了水印的圖像[22]。</p><p>　　為了提高水印的隱蔽性，以及被水印被發(fā)現(xiàn)后不會簡單的被提取，這里采用了偽隨機序列進(jìn)行置亂，在不知道密鑰值以及系數(shù)的情況下，第三者想要從水印圖像中提取水印的概率就被大大的降低了，從而達(dá)到了對水印進(jìn)行加密的目的。同時要提高加入水印的魯棒性和抗干擾性，必須在高頻子帶中嵌入較高的水印能量，在低頻子帶中嵌入較低的水印能量，然而

48、這樣直接嵌入?yún)s會導(dǎo)致圖像失真，不能滿足水印的不可視性，所以在嵌入水印時必須結(jié)合人類視覺系統(tǒng)（HVS）特性，在魯棒性和載體圖像可視性之間做出最優(yōu)選擇[23]。</p><p>　　圖4 原始水印與置亂后的水印</p><p>　　根據(jù)人眼視覺特性，對所得載體圖像的分塊系數(shù)分別計算其對比度靈敏性和圖像各像素點的顯著性（即根據(jù)人眼視覺系統(tǒng)HVS得到的關(guān)于可見性的數(shù)學(xué)測量），以確定水印圖像嵌入的強

49、度。計算原始載體圖像的均值，根據(jù)均值進(jìn)行圖像水印的嵌入。本文采用加性 錯誤!未找到引用源。作為嵌入方式， 錯誤!未找到引用源。是嵌入水印的強度， 錯誤!未找到引用源。是嵌入水印后的系數(shù)列。為了在水印魯棒性以及載體圖像可視性之間做出最優(yōu)選擇，在對原始載體圖像進(jìn)行了二級小波變換后，根據(jù)原始水印置亂過后所得的一組序列，將水印序列每隔一列插入到原始載體圖像中，結(jié)果所得到的就是含水印序列的載體圖像。</p><p>　　水

50、印圖像嵌入后，將嵌入水印后的系數(shù)列插回到原始圖像分解的系數(shù)列中的位置上去，對得到的新的系數(shù)列進(jìn)行小波反變換，變換后的圖像就是嵌入了水印后的圖像[24]。嵌入水印的圖像與原始圖像在要在人眼視覺層面上感覺不出較大差別，如圖?？梢钥吹?，經(jīng)過本算法嵌入水印的含水印圖像，在視覺上并沒有很大的不同，很好的達(dá)到了隱蔽性的要求。但是人眼視覺的總會受到環(huán)境影響，所以采用峰值信噪比（PSNR）來對原始圖像與含水印圖像進(jìn)行檢測。</p><

51、;p>　　峰值信噪比（PSNR），是一種評價圖像的客觀標(biāo)準(zhǔn)，它是最普遍，最廣泛使用的評鑒畫質(zhì)的客觀量測法。同時PSNR也有其缺點，依照PSNR所定義的，其數(shù)值越大，則代表失真越少，但是許多實驗結(jié)果卻顯示，PSNR的分?jǐn)?shù)有時會違背人眼所看到的視覺品質(zhì)，也就是說，PSNR較高者看起來比PSNR較低者差。這是主要是由于人眼的視覺對于誤差敏感并不是絕對的，其感知結(jié)果會受到許多因素例如空間頻率、亮度對比差異以及其周圍鄰近區(qū)域等的影響而產(chǎn)生變

52、化。</p><p>　　所以本文采用PSNR來檢測原始圖像與含水印圖像的相似度，經(jīng)過測試得到的PSNR數(shù)值為41.2775，這是一個相對較高的數(shù)值，說明本文所使用的算法嵌入的水印，所得到的含水印的圖像失真較少，具有一定的隱蔽性。</p><p><b>　　圖5 原始圖像</b></p><p><b>　　圖6 含水印圖像<

53、/b></p><p><b>　　水印圖像的提取</b></p><p>　　水印的提取算法是水印的嵌入算法的逆過程。按照嵌入算法，先將帶有水印圖像的載體圖像進(jìn)行相應(yīng)的二級小波變換，得到之前在圖像中嵌入的位置所對應(yīng)的小波系數(shù) 錯誤!未找到引用源。，利用公式 錯誤!未找到引用源。計算出 錯誤!未找到引用源。[25]。由于是嵌入算法的逆運算，所以根據(jù)水印分解的方式

54、，可以確定 錯誤!未找到引用源。就是原始水印的置亂后的系數(shù)列。</p><p>　　得到系數(shù)列 錯誤!未找到引用源。后，將其分成4塊，分別為CA，CH，CV，CD子帶部分的系數(shù)，然后利用小波反變換IDWT2進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)后可以得到一組信號，初步判斷為加密后的水印信號[26]。根據(jù)嵌入之前對水印信號進(jìn)行的偽隨機序列密鑰以及系數(shù)，對重構(gòu)得到的水印信號進(jìn)行解密，所得到的就是所需要提取的水印。如下圖，本算法在未經(jīng)過攻擊的

55、含水印圖像中可以順利提取出所嵌入的水印，但是不經(jīng)攻擊的水印是不能說明水印所必須具有的魯棒性等必須功能的，所以下面對含有水印的圖像進(jìn)行各種常規(guī)圖像處理攻擊，并對遭到攻擊后的含水印圖像進(jìn)行水印的提取，以證明本算法具有良好的魯棒性。</p><p><b>　　圖7 提取出的水印</b></p><p><b>　　水印攻擊實驗</b></p&g

56、t;<p>　　圖像水印算法的設(shè)計目的，是在不影響圖像原始載體圖像可視性的前提下，進(jìn)行水印的嵌入，以此來保護載體圖像的版權(quán)，確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購買者、傳送隱秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的[27]。為此，圖像水印算法必須具備一定較強的隱蔽性以及一定的魯棒性，使得水印不易被非生產(chǎn)方發(fā)現(xiàn)，并且能夠抵抗一定強度的常規(guī)幾何攻擊，在載體圖像遭到攻擊后依然可以順利的部分甚至完全提取出水印。</p><p>　　

57、為了測試算法嵌入的水印的魯棒性，對含有水印的圖像進(jìn)行幾種常見的圖像處理攻擊：加高斯噪聲、椒鹽噪聲、剪切、JPEG壓縮等，實驗結(jié)果如圖。</p><p>　　圖8 加入高斯噪聲的圖像</p><p>　　圖9 原始水印與經(jīng)過高斯噪聲處理后圖像中提取的水印</p><p>　　提取出的水印與原始水印的相似度為0.9262；</p><p>　　提

58、取程序運行時間為1.3572S。</p><p>　　圖10 加入椒鹽噪聲的圖像</p><p>　　圖11 原始水印與經(jīng)過椒鹽噪聲處理后圖像中提取的水印</p><p>　　提取出的水印與原始水印相似度為0.9448；</p><p>　　提取程序運行時間為1.4508S。</p><p>　　圖12 JPEG壓縮攻

59、擊</p><p>　　圖13 原始水印與經(jīng)過JPEG壓縮攻擊后的圖像中提取的水印</p><p>　　提取出的水印與原始水印相似度為0.9952；</p><p>　　提取程序運行時間為1.6848S。</p><p>　　圖14 經(jīng)過剪切攻擊的圖像</p><p>　　圖15 原始水印與經(jīng)過剪切攻擊的圖像中提取的水

60、印</p><p>　　提取出的水印與原始水印相似度為0.9952；</p><p>　　提取程序運行時間為1.3572S。</p><p>　　實驗結(jié)果表明，經(jīng)過常規(guī)幾何攻擊后的含水印圖像，仍然能夠順利提取出所嵌入的水印，并且提取出的水印在視覺效果上并沒有太大的差別[28]，同時MATLAB提供的相似度對比也體現(xiàn)出了原始水印與提取出的水印之間的相似度較高，具有較為

61、優(yōu)秀的抗攻擊能力，體現(xiàn)出了較強的魯棒性。但是由于水印技術(shù)普遍存在的缺陷，以及技術(shù)和時間上的缺乏，本算法所嵌入的水印在對抗高強度的攻擊，例如高系數(shù)的高斯噪聲、高系數(shù)的椒鹽噪聲以及高強度的JPEG壓縮時，水印的破壞還是比較嚴(yán)重的，雖然仍然能夠從含水印圖像中提取水印，但是水印的可辨識性已經(jīng)較低強度時有了較大幅度的降低。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p&

62、gt;　　本次畢業(yè)設(shè)計以小波理論為基礎(chǔ)，提出了一種可以抵抗一些常見幾何攻擊的數(shù)字圖像水印算法，結(jié)果表明，利用人眼視覺模型嵌入的基于小波變換的圖像水印，對于載體圖像并未造成視覺上的降質(zhì)。而采用隔列嵌入的水印在遭到破壞時勢必也會對載體圖像進(jìn)行破壞，時載體圖像的視覺效果變差，所以本算法嵌入的水印再不遭到惡意破壞載體圖像的前提下具有良好的魯棒性。</p><p>　　同時，在經(jīng)過攻擊實驗中的一些較常見的攻擊后，提取出的水

63、印仍然擁有良好的辨識性，具有一定的魯棒性。但是，如果攻擊的強度過高，水印圖像依然會被破壞，部分丟失甚至完全不可讀，但是高強度攻擊同樣也會使嵌入水印的載體圖像失去可視性。</p><p>　　但是，本算法同樣還有很多不盡如人意的地方，水印信息量過大，或者嵌入的水印強度過高，會使載體圖像失真，導(dǎo)致水印的隱蔽性下降等各種影響。同時，雖然對于常見的圖像處理攻擊有一定的魯棒性，但一些非常規(guī)攻擊例如裁剪，高強度壓縮等，會使嵌

64、入的水印無法提取，即使可以提取也無法辨認(rèn)。這同樣也是目前流行水印算法的共同缺點，但是，我相信，隨著時間的流逝，以及越來越多的學(xué)者專家對水印算法的深入研究，水印技術(shù)必將克服這些缺點，對于版權(quán)保護方面做出更大的貢獻(xiàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 趙衛(wèi)國. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字圖像水印技術(shù)研究 河北工業(yè)大學(xué) 2007.</p

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