摘 要

近年来，随着多媒体技术和因特网技术的快速发展，人们凭借网络可以方便快捷地获取各种形式的数字信息，与此同时，多种多样的多媒体数字作品（图像、视频、音频等）在网络上发表。数字产品让人们的生活变得更加方便快捷，但是数字产品的安全性却得不到很好的保障，数字产品未经过作者允许就被复制和传播的现象随处可见。数字产品的版权保护和安全传输也成为了焦点问题。近年来诸如加密—解密、数字标签、数字签名、数字水印、数字指纹等信息隐藏技术得到了快速地发展，为多媒体数字产品的版权保护和安全传输提供了技术保障。随着数字信息加密技术的不断发展，数字水印技术应运而生，数字水印的应用领域不断地被发掘出来。对数字水印技术的研究不仅仅丰富了信息隐藏技术理论知识，而且对人们的日常生活有非常重要帮助。

在多媒体数字作品上嵌入特定的标识信息能够切实有效地保护数字作品的知识版权。本文对基于小波变换的数字水印技术进行研究，从以下几个方面作相关研究：

(1)从数字水印的发展历史、国内外研究现状、应用领域等方面对数字水印作简单概述与总结，然后再详细分析数字水印技术的基本原理、相关算法、分类、常见的攻击与性能评估；

(2)对小波变换基础理论作简单的分析，详细叙述二维离散小波在图像水印中的应用，同时介绍小波变换域的数字水印算法和Mallat算法。

(3)分析水印的乱置预处理技术，研究水印的嵌入、提取过程。

关键词：版权保护；数字水印；水印算法；小波变换

Abstract

In recent years, with the rapid development of multimedia technology and Internet technology, people can easily and quickly obtain various forms of digital information by Internet. At the same time, a variety of multimedia digital works (images, video, audio, etc.) are published in the form of network. Digital products make people's lives more convenient and quick, but the security of digital products can not be well guaranteed. The phenomenon that digital products are copied and transmitted without the permission of the author is common. Copyright protection and secure transmission of digital products have also become a focus issue. In recent years, lots of information such as encryption and decryption, digital label, digital signature, digital watermarking, digital fingerprint and other information hiding technologies have developed rapidly, providing technical support for the copyright protection and safe transmission of multimedia digital products. With the continuous development of digital information encryption technology, digital watermarking technology arises at the historic moment. With the deepening of research, the application domain of digital watermarking has been constantly explored. The research of digital watermarking technology not only enriches the theoretical knowledge of information hiding technology, but also makes people's daily life more convenience.

Embedding specific identification information on multimedia digital works can effectively protect the intellectual rights of digital works. In this paper, digital watermarking technology based on wavelet transform is studied.

(1)A brief summary of digital watermarking is made from the development history of digital watermarking, research status at home and abroad, and application fields, and then the basic principles, algorithms, classification, common attacks and performance evaluation of digital watermarking technology are analyzed in detail.

(2)A simple analysis of the basic theory of wavelet transform is made, and the application of two-dimensional discrete wavelet in the image watermarking is described in detail. At the same time, the digital watermarking algorithm and Mallat algorithm in the wavelet transform domain are introduced.

(3)Analyze the preprocessing technology of watermark, and study the embedding and extracting process of watermark.

Keywords: copyright protection; digital watermarking; watermarking algorithm; wavelet transform.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.2 数字水印技术研究现状 2

1.3 数字水印的应用 3

1.4 论文研究内容 3

第2章 数字水印概述 5

2.1 数字水印概念及原理 5

2.2 数字水印主要特征 5

2.3 数字水印分类 7

2.4 数字水印相关算法 8

2.4.1 空间域算法 8

2.4.2 变换域算法 9

2.4.3 压缩域算法 10

2.5 数字水印面临的攻击与性能评估 10

2.5.1 数字水印面临的攻击 10

2.5.2 数字水印性能评估 11

第3章 小波变换理论 13

3.1 小波变换基础理论 13

3.1.1 连续小波变换 13

3.1.2 离散小波变换 13

3.2 二维离散小波变换 14

3.3 Mallat算法 15

3.4 小波变换在图像处理中的应用 16

第4章 实验与仿真结果分析 18

4.1 数字水印置乱预处理 18

4.2 水印的嵌入 18

4.3 水印的提取 20

4.4 实验结果分析 21

第5章 总结与展望 22

5.1 总结 22

5.2 展望 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

随着数字信息技术的不断发展和因特网的普及，多媒体信息产品（如图像、文字、音频视频等）已经成为人们日常生活必不可少的一部分，各种各样的多媒体信息可以方便快捷地从网上获取。数字化的媒体有很多特点和优势，例如：易于移植性、快捷高效性和精确性。人们可以凭借着网络获取他们想要的数字信息产品，在方便了资源交换和信息共享的同时对数字信息产品的版权保护渐渐成为了一个急需解决的问题。当今社会，信息产业的地位逐步攀升发展速度也是异常迅猛，随着信息商品化意识深入人心，数字信息产品的版权保护也变得越来越重要，所面临的挑战也是更加严峻。

目前，大部分信息安全技术都是参照密码学理论知识，在所保护的信息产品中加入公钥系统或是密钥系统，通过这种方式只有持有公钥或私钥的用户才能够获取相关信息，这种信息保护手段在很大程度上限制了信息的交换与共享^[1]。与此同时，持有公钥或私钥的用户可以轻松破解加密信息，这时信息就以明文的形式暴露出来，当公钥或私钥持有者恶意传播数字信息时，多媒体数字产品的作者的知识产权不能得到合法有效的保护。传统的密码学加密手段从根本上不能解决数字产品的版权保护问题，通过不断增加秘钥长度只能降低加密文件被破解的风险，但是始终无法杜绝持有秘钥那部分用户传播解密的明文这一难题。信息时代已经到来，越来越多的多媒体数字作品需要进行加密和版权保护。与此同时，使用传统方法加密的多媒体信息产品使得产品本身的信号属性容易被忽略。近年来，针对传统的加密手段出现的诸多弊端，越来越多的研究人员开始尝试使用各种信号处理方法对数字信号进行加密，在这种情况下，数字水印技术得到重视。

数字水印技术利用数字信号处理技术将特定的标记嵌入到多媒体数字作品中，大多数情况下，嵌入的标记具有一定的不可感知性，通过这种手段虽然不能杜绝产品被非法传播和复制的现象，但是当牵扯到法律问题时，通过专门的检测器或阅读器提取嵌入在作品的特定标记能够作为一项可靠有力的证据从而保护数字作品作者的知识版权。数字水印技术虽然说有许多传统加密方法不具有的优势，但是数字水印技术也有许多技术要求，例如，多媒体作品在加入水印前后的变化必须要在可以接受的范围内，不能影响作品的使用价值、载入水印的多媒体数字作品要有一定的抗信号干扰能力，经过一些信号处理后水印要能够被检测或提取并能被辨别。非法的复制和传播行为很难被杜绝，但是数字水印技术的出现为多媒体数字作品的知识产权保护提供强有力的保障，直接打消了盗版者将数字产品据为己有的念头，进而启到保护多媒体数字产品的目的。数字水印技术一经问世就受到各方的广泛关注，数字水印技术也成为信息隐藏技术的一个重要研究方向^[2]。

1.2 数字水印技术研究现状