基于傅里叶变换的数字水印嵌入技术

基于傅立叶变换的数字水印嵌入技术摘要随着计算机及网络技术的飞速发展，数字作品传播和拷贝变得越来越方便，同时使得数字作品的信息安全保护和版权保护也成为迫切需要解决的实际问题。数字水印是近年来在信息安全领域兴起的保护知识产权的新方法。它通过在原始数据中嵌入一些重要信息为受到版权保护的媒体数据的完整性和所有权归属提供完全和可靠的证据，以此达到防止数字产品的盗版和篡改目的。本文提出了一种基于傅立叶域的有意义水印算法,主要做了如下工作：(1)为了提高水印的安全性，在嵌入水印之前首先对水印信息利用Arnold变换进行置乱。(2)为了提高传统相关性检测方法的准确率，嵌入水印时采用嵌入两个不相关伪随机序列的方法，大大提高了检测的准确率。(3)低频部分集中图像的大部分能量，修改这里容易引起失真，所以本文采用修改中高频部分的方法进行嵌入。(4)本文水印的检测方法为半盲检测，只需要原始水印的部分信息的参与，所以具有重要的现实意义。关键字：数字水印；傅立叶变换；图像处理；信息安全DigitalWatermarkingEmbeddingTechnologyBasedonFourierTransformABSTRACTAlongwiththecomputerandnetworktechnologyrapiddevelopment,anddisseminationofdigitalworkshavebecomeincreasinglyeasytocopy,simultaneouslyallowdigitalworkstoprotectthesecurityofinformationandcopyrightprotectionhasbecomeanurgentneedtoaddresstherealissues.Inrecentyears,digitalwatermarkingisinthefieldofinformationsecurityemergingintellectualpropertyprotectionmethod.Itpassedintheoriginaldataembeddedinsomeimportantinformationprotectedbycopyrightforthedataintegrityofmediaownershipandattributionmentionforcompleteandreliableevidence,therebytopreventthepiracyofdigitalproductsandtamperingwithpurpose.ThispaperpresentsaFourier-domainbasedonthemeaningfulwatermarkingalgorithm,mainlyinthefollowing:(1)Toenhancethesecuritywatermark,beforethewatermarkembeddedwatermarkonthefirstuseofArnoldtransformscrambling.(2)Toimprovethetraditionaldetectionmethodsrelatedtotheaccuracy,usedembeddedwatermarkembeddingtwoarenotrelatedtothepseudo-randomsequence,greatlyimprovethedetectionaccuracy.(3)low-frequencypartoftheimagemostconcentratedenergy;changeshereeasilyleadtodistortion,thereforethispaper,revisingpartofthehigh-frequencymethodforembedding.(4)Thiswatermarkdetectionmethodforthesemi-blindtesting,onlypartoftheoriginalimageinformationin,thereforehaveimportantpracticalsignificance.KeyWords：Digitalwatermarking；Fouriertransform；Imageprocessing；Informationsecurity目录第一章绪论………………………………………………………………………………………11.1论文的背景、目的和意义……………………………………………………………………11.2国内外数字水印研究动态……………………………………………………………………21.2.1对空间域水印技术的研究………………………………………………………………21.2.2对变换域水印技术的研究………………………………………………………………31.3本论文研究内容………………………………………………………………………………4第二章数字水印技术概述……………………………………………………………………52.1数字水印定义及基本特点……………………………………………………………………52.2数字水印的基本理论框架……………………………………………………………………52.2.1数字水印嵌入的理论框架………………………………………………………………62.2.2数字水印提取的理论框架………………………………………………………………62.3数字水印的分类………………………………………………………………………………72.3.1按照水印嵌入的位置……………………………………………………………………72.3.2按照水印检测的方式……………………………………………………………………72.3.3按照所选水印的形式……………………………………………………………………82.3.4按照水印的抗攻击能力…………………………………………………………………82.3.5按照水印的用途…………………………………………………………………………82.4数字水印的攻击与评价标准…………………………………………………………………92.4.1数字水印的攻击…………………………………………………………………………92.4.1.1简单攻击（simpleattacks）…………………………………………………………92.4.1.2同步攻击(synchronizationattacks)……………………………………………92.4.1.3削去攻击(removalattacks)………………………………………………………102.4.1.4混淆攻击（ambiguityattacks）……………………………………………………102.4.2数字水印的评价标准……………………………………………………………………112.5数字水印典型算法…………………………………………………………………………112.5.1空间域数字水印…………………………………………………………………………112.5.1.1最低有效位方法……………………………………………………………………112.5.1.2Patchwork方法………………………………………………………………………122.5.1.3文档结构微调方法…………………………………………………………………132.5.2变换域数字水印…………………………………………………………………………132.5.2.1DCT变换域方法………………………………………………………………………132.5.2.2DWT变换域方法………………………………………………………………………132.5.2.3DFT变换域方法………………………………………………………………………142.5.2.4RST不变域方法………………………………………………………………………14第三章傅立叶域水印理论基础……………………………………………………………163.1傅立叶变换简述……………………………………………………………………………163.1.1一维离散傅立叶变换DFT(DiscreteFourierTransform)…………………………163.1.2快速傅立叶变换FFT(FastFourierTransform)……………………………………173.1.3二维离散傅立叶变换……………………………………………………………………183.2傅立叶变换性质……………………………………………………………………………183.2.1空间域平移性……………………………………………………………………………183.2.2旋转不变性………………………………………………………………………………183.2.3比例性质…………………………………………………………………………………19第四章基于傅立叶域相关性检测的半盲水印…………………………………………204.1引言…………………………………………………………………………………………204.2基于Arnold变换的图像置乱算法…………………………………………………………204.3水印算法……………………………………………………………………………………214.3.1算法原理…………………………………………………………………………………214.3.1.1嵌入算法原理………………………………………………………………………214.3.1.2提取算法原理………………………………………………………………………224.3.2算法的matlab实现步骤………………………………………………………………234.3.2.1嵌入算法步骤………………………………………………………………………234.3.2.2提取算法步骤………………………………………………………………………244.4算法的matlab实现…………………………………………………………………………244.4.1水印嵌入源码……………………………………………………………………………244.4.2水印提取源码……………………………………………………………………………244.4.3psnr(峰值信噪比)函数…………………………………………………………………244.4.4NC(归一化相关系数)函数………………………………………………………………244.5试验结果及分析……………………………………………………………………………244.5.1不同嵌入强度下试验结果………………………………………………………………26第五章总结与展望……………………………………………………………………………30天津理工大学2007届本科毕业设计说明书1第一章绪论1.1论文的背景、目的和意义随着社会信息化的发展，信息在社会中的地位和作用越来越重要。信息媒体的数字化为信息的存取提供了极大的便利性，同时也显著提高了信息表达的效率和准确性。特别是随着计算机网络通讯技术的发展，数据的交换和传输变成了一个相对简单的过程，人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅速地将数字信息传输到所期望的地方。随之而来的副作用是这些数字形式的数据文件或作品使有恶意的个人和团体有可能在没有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容，例如，现代盗版者仅需轻点几下鼠标就可以获得与原版一样的复制品，并以此获取暴利；而一些具有特殊意义的信息，如涉及司法诉讼、政府机要等信息，则会遭到恶意攻击和篡改伪造等等。这一系列数字化技术本身的可复制和广泛传播的特性所带来的负面效应，已成为信息产业健康持续发展的一大障碍，目前，数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证问题变得日益突出，且已成为数字世界中一个非常重要和紧迫的议题。尤其是数字产品在网络中发布、传输存在的安全性问题。“信息提供者”是数字产品的版权所有者，他们通过网络发布数字产品。“信息消费者”是数字产品的消费者，他们希望通过网络接受到数字产品（因为网络可以减少不必