开题报告-图像数字水印及认证技术研究

一选题依据近年来，随着数字化技术的进步和Internet的迅速发展，多媒体信息的交流达到了前所未有的深度和广度，伴随而来的是多媒体数据的版权保护问题。因此多媒体信息版权保护问题成了一项重要而紧迫的研究课题。为了解决这一难题，近几年国际上提出了一种新的有效的数字信息产品版权保护和数据安全维护的技术，即数字水印技术。数字水印正处在迅速发展的过程中，掌握其现状及发展方向对指导数字水印的研究有着重要的意义，今后数字水印的技术研究将侧重于完善数字水印理论、提高数水印算法的稳健性、安全性、研究其在实际网络中的应用及建立相关标准等方面。数水印技术将对保护各种形式的数字产品起到重要的作用。国际上在数字水印方面的研究刚开始不久，由于有大公司的介入和美国军方及财政部的支持，该技术的发展速度非常快。1998年以来，许多国际重要期刊都组织了数字水印的技术专刊或专题新闻报道。以麻省理工学院媒体实验室为代表的一批研究机构和企业已经申请了数字水印方面的专利。1996年5月，在英国剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会，至今己举办了三届。SPIE和IEEE的一些重要国际会议也开辟了相关的专题。我国学术界也己经有相当一批有实力的科研机构投入到这一领域的研究中来。1999年12月，我国信息安全领域的何德全院士、周仲义院士、蔡吉人院士与有关研究单位联合召开了我国第一届信息隐藏学术讨论会。2000年1月，由国家“863”智能机专家组和中科院自动化研究所模式识别国家重点实验室、北京邮电大学信息安全中心组织联合召开了我国第二届信息隐藏与数字水印学术研讨会。2001年7月，第三届信息隐藏学术讨论会在西安科技大学召开。2002年8月，第四届信息隐藏学术研讨会在大连召开。二选题意义数字水印技术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，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。数字水印技术主要有7种应用领域：广播监控、隐蔽通信、交易跟踪、内容真伪鉴别、所有者识别、所有权验证、拷贝和设备。(1)广播监控：水印技术可以对识别信息进行编码，它利用自身嵌入内容之中的特点，只需对广播信号进行动态水印提取，即能够对广播商进行监控。能够完全兼容于所安装的模拟或数字的广播基础设备。(2)隐蔽通信：将重要的数据作为水印隐藏在公开传输的数据中，不同于传统的密码术，它不改变数据的特征、不易察觉、不易丢失。(3)交易跟踪：利用水印可以记录作品的某个拷贝所经历的一个或多个交易。例如，水印可以记录作品的每个合法销售和发行的拷贝的接收者。作品的所有者或创作者可在不同的拷贝中加入不同的水印，如果作品被滥用，所有者可以找到。(4)鉴别内容真伪：使用水印技术将签名嵌入作品中，人们就可以将这种被嵌入的签名称作真伪鉴别印记。如果极微小改动就能造成真伪鉴别印记失效，这种印记便可称作“脆弱水印”。(5)所有者识别：由于水印既不可见，也同其嵌入的作品不可分离，故水印比文本版权声明更利于使用者识别。如果作品的用户拥有水印检测器，他们就能识别出水印作品的所有者，即使用能够将文本用户声明除去的方法来改动它，水印也依然能够被检测到。(6)所有权验证：除了对版权所有者信息的识别，利用水印技术对其进行验证也是令人关注的一项应用。水印能够间接证明有争议的图像为版权所有者所有而不是攻击者所有，因为版权所有者拥有原始的水印图像。这种证明方式类似于版权所有者可以拿出底片，而攻击者却只能伪造受争议图像的底片，而不可能伪造出原始图像的底片来通过测试。(7)拷贝和设备控制：在拷贝控制的应用中，人们致力于防止他人对受版权保护的内容进行非法拷贝。防止非法拷贝的第一道防线就是加密，使用特定密钥对作品加密后，可以使没有此密钥的人完全无法使用该作品，然后可以将此密钥已难以复制或分发的方式提供给合法用户。三研究内容本文主要研究图像数字水印的算法，及其认证技术。本文将分析课题背景和国内外研究现状，介绍数字水印技术的框架，对于水印的嵌入、水印的提取和检测进行了简单的阐述，对数字水印技术的基本原理和水印的基本分类作介绍，并列出了水印的攻击方式。接着介绍数字水印图像的经典算法。然后研究DCT域水印的嵌入和提取算法设计，对嵌入水印的图像进行攻击来验证其鲁棒性，并进行了仿真实验，对实验结果进行了分析。本文的实验方案大致为以下三个步骤：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。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。编程实践：运用MATLAB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。对处理后的数字水印图像进行鲁棒性测试，对基于离散余弦变换的数字水印算法的鲁棒性进行简单探讨。文章采用离散余弦变换（DCT）算法来嵌入和提取水印。四课题创新点本课题采用BMP格式的标准测试图像“lena”作为原始载体图像，选择二值图像作为水印。采用了一种基于DCT的数字水印加密技术，通过水印的嵌入、提取和攻击实验，对算法的不可见性、鲁棒性进行测试。本文采用DCT变换域方法来实现图像数字水印的嵌入和提取，DCT数字水印算法是首先把图像分成8×8的不重叠像素块，在经过分块DCT变换后，即得到由DCT系数组成的频率块，然后随机选取一些频率块，将水印信号嵌入到由密钥控制选择的一些DCT系数中。该算法是通过对选定的DCT系数进行微小变换以满足特定的关系，以此来表示一个比特的信息。在水印信息提取时，则选取相同的DCT系数，并根据系数之间的关系抽取比特信息。本文研究的基于DCT域的水印算法可以提高传统DCT算法的性能，改进变换域算法过于复杂的缺点。嵌入的水印够拥有较高的透明度和较好的鲁棒性。可以抵抗一些常见的攻击方法，如：旋转、裁减、高斯低通滤波、白噪声、JPEG压缩等等。五可行性论证1.与本项目有关的研究工作积累及探索性实验结果。常见的在图像中嵌入数字水印可以视为在原始图像下叠加一个视觉上看不到的水印。由于人的视觉系统(HumanVisualSystem，HVS)分辨率受到一定的限制只要叠加信号的幅度低于HVS的对比度门限，HVS就无法感觉到信号的存在。因此在HVS的对比度门限范围内，对原始图像做一定的改动(加入水印)，就可达到在不改变视觉效果的情况下嵌入一些隐藏的信息。一般对数字水印有几个基本要求：①不可感知性；②可证明性：③鲁棒性：④安全性。2.实验条件。本文用来仿真的软件为MATLAB，MATLAB是当前在国内外十分流行的工程设计和系统仿真软件包。用MATLAB编写数字水印程序的主要优点是语言本身适合水印技术所需的大量的函数库。并且MATLAB本身具有可扩展性、易学易用性和高效性的优点。用MATLAB研究数字水印的优点有：首先集成了DCT、DWT等函数有丰富的小波函数和处理函数，使源程序简洁明了、易实现。其次强大的数学运算功能。能够方便、高效地实现音频、视频中的大量矩阵运算。并且提供了图像处理工具箱、小波分析工具箱、数字信号处理工具箱。用来编制跨数字图像处理技术、数字信号处理等多学科的数字水印技术是非常好的选择。3.预期研究成果。能够将水印嵌入到图像中，同时水印的嵌入不影响载体图片的使用价值，不容易被人的视觉系统觉察。可以从被嵌入水印的载体图像中提取出来嵌入的水印信息。通过提取的水印可以确认图像的版权，并能检测其真实性、完整性。同时嵌入的水印可以抵抗各种攻击，有较强的鲁棒性。企业指导教师意见：企业指导教师签名：年月日校内指导教师意见：校内指导教师签名：年月日