数字水印算法设计

武汉理工大学《信息处理课群综合应用设计》课程设计课程设计任务书学生姓名：蒋立豪专业班级：通信1303班指导教师：李瑞芳工作单位：信息工程学院题目:数字水印算法设计初始条件：设计任务：学习掌握一种数字水印算法，选择两幅图像分别作为版权图像和水印图像，采用水印嵌入算法成生含水印图像。采用水印提取算法，提取出嵌入水印。并对水印算法的鲁棒性进行测试。（1）掌握一种数字水印的嵌入与提取算法原理；（2）编写出水印嵌入算法的matlab程序，并给出水印嵌入前后的版权图像，并对嵌入效果进行分析说明；（3）编写出水印提取算法matlab程序，并给出水印原图和提取出的水印图像，并对水印的提取效果进行分析说明；（4）进行水印的抗攻击实验，噪声攻击，剪切攻击，缩放攻击，压缩攻击等。测定提取前后水印的峰值信噪比(PSNR)和相关性(NC)；时间安排：序号阶段内容所需时间1搜集学习资料2天2编写程序并仿真调试5天3撰写报告2天4答辩1天合计10天指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《信息处理课群综合应用设计》课程设计目录摘要...............................................................IAbstract...........................................................II1MATLAB概述.......................................................11.1MATLAB的优点................................................12数字水印概述......................................................22.1数字水印技术的应用领域......................................22.2数字水印的基本特点..........................................42.3数字水印的分类..............................................52.4数字水印技术的研究动态......................................73典型的数字水印算法................................................83.1空域算法....................................................83.2变换域算法..................................................83.3压缩域算法.................................................103.4NEC算法....................................................113.5生理模型算法...............................................114DCT算法的概述...................................................124.1.离散余弦变换(DCT)的定义...................................124.2离散余弦变换(DCT)水印嵌入算法..............................144.3离散余弦变换(DCT)水印提取算法..............................144.4离散余弦变换(DCT)水印算法原理框图..........................145抗攻击实验.......................................................165.1水印嵌入和提取.............................................165.2抗攻击实验.................................................195.2.1噪声攻击..............................................205.2.2滤波攻击..............................................215.2.3压缩攻击..............................................225.2.4剪切攻击..............................................235.2.5旋转攻击..............................................246小结与体会.......................................................26参考文献...........................................................27附录..............................................................28武汉理工大学《信息处理课群综合应用设计》课程设计I摘要随着计算机通信技术和互联网的迅速发展，数字多媒体的传播业越来越方便快捷。但是数字形式的多媒体产品由于可以方便地完全复制并在网络环境下广泛散发，大范围的授权拷贝行为受到了音像、出版、影视和软件等行业的高度关注。为了防止这种情况的发生，人们提出了数字水印的概念。数字水印是目前学术界研究的一个前沿热门方向，可为版权保护等问题提供一个潜在的有效地解决方案。在本论文中，首先介绍了信息隐藏技术、数字水印技术，并着重介绍了数字水印技术的基本原理、特征、典型算法、评测方法等数字水印技术。然后设计了一种基于DCT的图像数字水印新算法，该算法根据二值水印图像像点取值情况,相应地改变中频段两个位置处DCT系数的大小关系，从而实现水印信息的嵌入。最后在MATLAB中通过编程进行实验仿真，并对其进行性能测试，实现了数字水印的嵌入、提取实验并用攻击实验证明该算法具有较好的不可见性和较好的鲁棒性。关键词：数字水印；鲁棒性；DCT算法武汉理工大学《信息处理课群综合应用设计》课程设计IIAbstractWiththerapiddevelopmentofcomputertechnologyandtheInternetcommunications,digitalmultimediabroadcastingindustryincreasinglyconvenient.However,sincethemultimediaproductsindigitalformcanbeeasilyandfullyreplicatedwidelydisseminatedinthenetworkenvironment,awiderangeofbehavioristheunauthorizedcopyingofaudiovisual,publishing,filmandtelevisionattention,andsoftwareindustries.Topreventthisfromhappening,peopleputforwardtheconceptofdigitalwatermarking.Digitalwatermarkingisapopulardirectionforefrontofacademicresearch,providesapotentialforcopyrightprotectionandotherissueseffectivesolutions.Inthispaper,firstintroducedthetechnologyofinformationhiding,digitalwatermarkingtechnology,andfocusesonthebasicprincipleofdigitalwatermarkingtechnology,features,typicalalgorithms,evaluatingmethodsofdigitalwatermarkingtechnology.ThendesignanewdigitalwatermarkingalgorithmbasedonDCT,thealgorithmbasedonbinarywatermarkimagedotvalue,thecorrespondingchangeintherelationshipbetweenthesizeofthetwobandsatthepositionoftheDCTcoefficients,enablingembeddedwatermarkinformation.Finally,programminginMATLABsimulationexperiment,anditsperformancetest,realizationofthedigitalwatermarkembeddingandextractionexperimentwiththechallengeexperimentsshowthatthealgorithmhasgoodinvisibilityandrobust.Keywords:digitalwatermarking;robustness;MATLAB;DCTalgorithm武汉理工大学《信息处理课群综合应用设计》课程设计11MATLAB概述1.1MATLAB的优点MATLAB不同于其他高级程序语言，利用MATLAB来研究数字水印技术，有如下几个优点：(1)编程效率高。MATLAB语言是用数学形式的语言编写程序，用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列公式与求解问题。由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。(2)用户使用方便。与其他语言相比，MATLAB能在同一画面上进行灵活操作，快速排除输入程序中的书写错误、语法错误甚至语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，便于操作。(3)扩充能力强，交互性好。MATLAB语言库函数丰富，用户还可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，提高MATLAB使用效率和扩充功能。良好的交互性使程序员可以使用以前编写过的程序，减少重复性工作。(4)移植性好，开放性好。MATLAB是用C语言编写的，而C语言的可移植性很好。于是MATLAB可以很方便地移植到能运行C语言的操作平台上。(5)语言简单，内涵丰富。MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数，同一函数名，不同数目的输入变量及不同数目的输出变量，代表着不同的含义。这不仅使MATLAB的库函数功能更丰富，而且大大减少了需要的磁盘空间，使得MATLAB编写的M文件简单、短小而高效。(6)方便的绘图功能。MATLAB软件中有一系列绘图函数，在运用MATLAB软件时只需要调用不同的绘图函数，即可在图上标出图题、XY轴标注。武汉理工大学《信息处理课群综合应用设计》课程设计22数字水印概述2.1数字水印技术的应用领域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防伪溯源、版权保护、隐藏标识、认证和安全隐蔽通信。当数字水印应用于防伪溯源时，包装、票据、证卡、文件印刷打印都是潜在的应用领域。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