论文总字数：32805字

摘 要

随着计算机技术和网络技术应用的不断推广，数字产品的储存、加工和传播变得非常方便。这给人们带来便利的同时也对产品版权的保护提出了重大的挑战。在这种情况下，数字水印技术因此应运而生，成为了近几年的研究热点之一。

本文主要研究了数字图像水印技术的相关理论和算法，实现了基于小波变换、基于DCT变换和空域的三种图像水印算法。基于小波变换的水印嵌入首先对载体图像进行小波分解，然后将水印图像嵌入在对角细节分量上；提取水印时，先将含水印图像同样进行小波变换，再从变换域中提取出水印信息。基于DCT变换的水印嵌入首先对载体图像进行分块，之后对各图像块进行DCT变换，将水印信息嵌入载体的中频频段中；提取时同样对加载水印后的图像进行分块，然后提取出嵌入的水印信息。空域算法的水印载于图像的最低位中，算法将载体图像的最低位用水印图像的信息代替，实现嵌入水印。

本文以Matlab为开发工具实现了三种算法。实验结果表明，LSB算法PSNR值最高，但是抗攻击性差，DCT算法PSNR值在三种算法中最差，综合而言DWT算法效果最好。

关键词：数字水印 DCT 小波变换 LSB 攻击

Research of Digital Image Watermarking

Abstract

With the continuous promotion of computer technology and network technology, the digital product storage, processing and dissemination has become very convenient. This is to bring convenience, but also to protect the copyright of the product presents a significant challenge. In this case, the digital watermarking technology came into being, known as one of the research focus in recent years.

This paper studies the theory and algorithm of digital watermarking technology to achieve the wavelet transform, DCT-based transformation and airspace of the three watermarking algorithms. Based on wavelet transform embedding first three wavelet decomposition vector image, then the watermark image is embedded in the wavelet coefficients of the third layer; when extracting the watermark, the first watermarked image in the same manner three wavelet decomposition, from the transform domain extracted watermark information. DCT-based watermarking first carrier image into blocks, each image block after DCT transformation, the watermark information carrier intermediate frequency band; the same image is loaded into blocks watermark extraction, then extracted embedded watermark information. Airspace watermarking algorithm is contained in the least significant bit of the image, the algorithm will replace the least significant bit of information with a watermark image of the carrier, to achieve watermarked.

In this paper, Matlab as a development tool to achieve the three algorithms. Experimental results show that, LSB algorithm PSNR highest value, but poor resistance to attack, DCT algorithm PSNR value of the worst of the three algorithms, integrated in terms of DWT algorithm works best.

Key Words: Digital watermarking; LSB; Wavelet transform; DCT; Attack

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3本文的主要工作和安排 2

第二章 数字图像水印系统概述 4

2.1 数字图像水印系统的基本构成 4

2.2 图像水印相关概念 5

2.2.1 数字图像水印的特征与要求 5

2.2.2 空间域图像水印技术概述 6

2.2.3 变换域图像水印技术概述 6

2.2.4 水印提取 7

第三章 图像水印算法的设计与实现 8

3.1 基于空域的图像水印算法 8

3.1.1 水印嵌入及实现 9

3.1.2 水印提取及实现 11

3.2 基于离散余弦变换的图像水印算法 12

3.2.1 二维离散余弦变换 12

3.2.2 基于离散余弦变换的水印嵌入与实现 14

3.2.3基于离散余弦变换的水印提取与实现 18

3.3基于小波变换的图像水印算法 20

3.3.1二维离散小波变换 20

3.3.2基于小波变换的水印嵌入与实现 23

3.3.3基于小波变换的水印提取与实现 28

第四章 实验结果与分析 30

4.1 实验环境与实验图像 30

4.2 水印嵌入实验 31

4.2.1基于 LSB的水印嵌入及提取结果 31

4.2.2基于 DCT的水印嵌入及提取结果 32

4.2.3基于 DWT的水印嵌入及提取结果 33

4.3水印的攻击实验 34

4.3.1剪切攻击 35

4.3.2噪声攻击 36

4.4分析 37

第五章 总结与展望 38

5.1 总结 38

5.2 展望 38

参考文献 40

致谢 42

附录 43

第一章 绪论

1.1 课题背景

随着网络技术的快速发展，以及其应用领域的扩大，网络上的各种数字产品越来越丰富，对各种数字产品的修改也变得更加容易。相应的，对多媒体信息的非法篡改也变得越来越简单，这种变化在给人们的生活和娱乐带来便利的同时，随之而来的是越来越多的侵权案件。基于这种情况，如何有效保护数字产品的版权信息已经成为了一个迫在眉睫的问题^[1]。

为了保护版权所有人的合法权益，信息隐藏技术应运而生，其中保护版权的最有效的方法就是数字水印技术。数字水印技术的大体思路是对合法的多媒体信息中嵌入一些能够证明版权所有的水印信息，水印信息可以是图像或者文本。在产品受到恶意篡改或者非法攻击时，水印信息可以作为证明版权所有权的有力证据。

1.2 国内外研究现状

欧美的有关厂商对水印技术非常重视。早在1996年12月，美国Adobe Systems公司就在其产品Adobe Photoshop 4.0中加入了水印标识。JascPainish Pro6.0以上版本也安装了该公司的水印插件。目前在欧美有多种手段来保护数字产品，包括锁定法，硬件识别码等。锁定法保护的数字产品只能用特定的软件进行解密，从而防止大规模的复制。但是经过解密之后的产品仍然能够被简单的复制、传播，不能很好的保护产品的版权。硬件识别码方法则是通过检测计算机硬件生成硬件识别码，只有在特定的计算机上才能够运行数字产品。虽然能够很好的保证产品不会被大规模盗版，但同时也有一些问题，比如很多人会不时更换新的电脑，但在更换新的电脑后将不能使用锁定于原硬件码的数字产品。

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