園防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 摘要 數(shù)字求印是一種數(shù)字作品版稅保護技術(shù)，得到了廣泛的研究和應(yīng)用。永印信息容量對 數(shù)字水印的實際應(yīng)用具有踅要的意義。本文提出了兩種新的數(shù)字水印算法。一種是基于人 眼生理視覺特性的雙層水印算法，該算法是在離散余弦變換的基礎(chǔ)上，結(jié)合人眼視覺特性 所形成的。該算法在兩個不同的密鑰的控制下，分別將兩個不同的水印嵌入到彩住載體隧 像的兩個通道中，因此該算法具鴦較姆的安全性。實駿結(jié)果表明，該算法具鴦良曼孑鮑不可 見性，對剪切、摸凝、銳優(yōu)等寅撥攻毒具糍蠹好懿犍牧性，能夠鴦效縫保滬爨像的叛粳。 本文提出瓣另一耱算法是大容量多逶遴彩色髫橡承竄算法，其核心是提離嵌入銎| 數(shù)字 躅橡串的求露信息鼢容量。該髯法戳彩色閏像作為原始載體，通道數(shù)字永印鹺縮編碼，載 體圖像顏憊空間轉(zhuǎn)換，彩色分贛分決離散余弦楚換( d e t ) 變換，結(jié)合人釀視覺系統(tǒng)( h v s ) 確定水印嵌入位置簿措施，將二維水印圖像嵌入到原始彩色載體圖像中，且能嵌入較大容 量的水印圖像。實驗結(jié)果表明，該算法不僅提高了水印容量，且對剪切、模糊、銳化等有 損攻擊具有良好的健壯性。 關(guān)鍵詞：數(shù)字水即，彩色強像，大容量，安全性，雙層水印 第l 賈 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 a 8 s 下r a c 罩 d i g n a lw 砒e m l a r k i n gi sa ne f r 。g t i v et e c 軸_ l i q u et op m t e c tt 1 1 ec o p 嬸g h to fd i 酗t a lp 薯。出l c t s ， a n dh a sb e e nw i d e l yr e s e a r c h e da 1 1 da p p l i e d t h ec 印a c 時o fw a t e r n l a r ki sv e r yi m p o r l a n tt o 也e a p p l i c a t i o no fd 酒伽w a t e n n a r k i t tt l l i sp a p e r t 、n o v e ld i g i t 8 1w a t e 玎n a r k i n ga l g o r i m ma r e p r o p o s e d o n ei sm ed o u b l e l e 、懈1w a t e n n a r i c 玉n ga l g o r i t l l mb a s e do nt 1 1 eh u m a nv i s i o ni d e n t i 姊 w 硒c hi sd e s i g n e dc o r n b i n i n g 砸也h u m a l lv i s i o ni d e n t i t ya n db a s e do nt h ed c tt r a n s f o r 堇n i n t h i sa 1 剛t 1 1 m ，i nc o n 虹u lo f “v od i 丘b r e n tk e y st 、od i 飪b r c n tw a t e n n a r k sa r er c s p e c t i v e l y e m b e d d e di nt h et w oc o m p o n e n t 8o f c o l o rc o v e r i l n a g e ，s ot 1 1 es e c 蝴蠼o f t l l ea l g 謝m mi sb e t t e r t 1 t ec x p e r i m e n t ss h o wt h a tm ea l g 嘶也mi so fb e t t e ri 州i s i b i l 渺鋤dr o 饑曲s so fc u t ，b l 峨 s h a q ) e na n ds oo 如a n dc a l le f t i v e l yp m t e c ti i l l a g cc o p 州曲t a n o n l e ri sh i g h - c a p a c i t ya n dm l l l t i c h a n n e ld 泌t a lw a t o n h 棚d n ga l g o r i t h m ，t 1 1 ek e yo f w h i c hi si m p r o v i n gm cc a p a c 時o f w a t e n n a r kc m b e d d e di nt 1 ed i g i t a l 婦a 囂i n “sa l g o r i t l 黼，a c o l o ri m a g ei su s e da 8 洲g 址a lc o y c fi m a g e ，b yw a yo fc o m p r e s sc o d j n go ft l l ed i g i 翻 w a t e n n a r b n g ，t 1 1 e 廿a n s f 0 h no fc o l o rs p a c eo fc o v e ri r n a g e ，m ed c t 衄m s f 0 h no fm u l t i c o l o r c o m p o n 粕t s ，a c c o r d i n gt 0h v st oa s c e n a i nm ep o s i t i o no fw a t e 咖越k e da n ds oo n ，t h cp l a l l a r b i 幽噸a p a c i t yw a t e 啪a r ki 工n a g ec a n _ b ce m l ) e d d e di n l o rc o v e r 讞a g e e x p e r h n e i l t s 出o w 也a t 鉑i sa i g 撕也mn o to n l y 抽c r c a s e st l l ec a p a c i t yo fw a t c r m a r kb u tl l a sr o h l s 恤e s s0 fc u t b l u r ， s h a r p e n a n d3 0o n k 科w o r d ：d 硒t a lw a t e n n 缺i j l 舀c o l o ri m a g e ，1 l i 曲一c a p a c i 職s e c 誠職d o u b l e l c v e l w a t e h n 鰣虹n g 第| l 委 獨創(chuàng)性聲明 y 8 8 6 1 2 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得 的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表和撰寫過的研究成果也不包含為獲得國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)或其它 教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學(xué)位論文題目： 基王厶塑生理塑堂掛掛煎熬星壅衛(wèi)董盎 學(xué)位論文作者簽名：潼礁遂日期：如。蘆年f 月妒日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。本人授權(quán) 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)可以保留并向國家蓍關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 文檔，允許論文被查閱和借閱；可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù) 庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 ( 保密學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書。) 學(xué)位論文題目： 基土厶墮生堡塑堂掛性鮑熬主盔蟲技苤 學(xué)位論文作者簽名：婆! 毖日期：抄心年j 1 月日 作者指導(dǎo)教師簽名：磊盟籃 日期：硝年，月，礦日 國舫科學(xué)技術(shù)大學(xué)硪究生院學(xué)位論文 第一顰綣論 信息披術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，焓數(shù)字多媒體信息( 圖像、文本、音頻、視頻、 三維模型) 的存德、復(fù)制與傳矮帶來r 極大鴕方蠖。人蜘翁視覺秘驏覺盡壤地享受蓑多媒 體及數(shù)字傳輸技術(shù)帶來的愉悅，不但可以避過互聯(lián)網(wǎng)鄂c 扮一r o m 方艇快犍地獲纓多婕搭 信感，還尉褥剄與覆始數(shù)攘寵壘藤嗣靜菱鍘品。入翻可以毫無限鍘縫譙意編輯、修改、拷 雯靼散棗數(shù)字音樂秘圈像，這繪數(shù)字媒體攝截糟帶來了綴大靜闞撬。熬傅來保護純們靜黢 權(quán)釃經(jīng)濟翻益，怎樣才能便數(shù)字媒體交褥滾全可靠，由此# i 發(fā)的倍怠安全問題、添版問題 稻舨投紛擎闞越已殘為舀薤嚴(yán)羹酌柱會闖題。釋決這麴社會潤題靛重煮怒解決對多媒體內(nèi) 容的版權(quán)保護與內(nèi)容鑒別的問題。 1 1 選遂目的和意義 1 1 + l 褥繚敝投保護技零 目前的版權(quán)保護系統(tǒng)廣泛采用對網(wǎng)絡(luò)捺源豹謗瓣控制枧劍，它通過本地網(wǎng)或廣域嬲控 禹某些l p 地蛙或終斌鼴漣接，羧露禁些尾戶囂訪| 、菇投袋，放焉鴦效避茨丘菲法羯戶對計算 搬系統(tǒng)豹訪閆。毽楚，翔暴鼴戶| ；冀會法賬譬得劐多媒體信崽，辯對數(shù)撂述譬?。? 法復(fù)螽l 幫傳 播，羹薅蠢全訪滴控瀚瓿黼就無能為力了。 密瑪技術(shù)是信怠安全技術(shù)鬏域的主要傳統(tǒng)技術(shù)之一，怒基予錘農(nóng)信息論及英密碼學(xué)理 論的技術(shù)，一般采爝將明文加密成密文的秘密密鑰深統(tǒng)戚公開密鑰系統(tǒng)，其保護方式都是 控制文件的存取，即將文件加密成密文，使菲法用戶不嬈勰讀。但是，艦漆的糍文容易孳l 起許多好事省的必趣，激發(fā)他們積極破譯的熱情。傳統(tǒng)的加密方法對多媒體內(nèi)容的保護釉 寵熬性認(rèn)證具有一定的竭限性。蕾嶷，薅羲計舅捉處理能力黲浹邃提毫，這靜邋邈不救增 加密镅長度寐提嬲系統(tǒng)密綴的方法變l 導(dǎo)越來越不安全；其次，擻整方法只髑在遐蕊戇售遂 中，一曼祓瓣密，饕鑲感藏寵全交袋爨文；另辨，密碼學(xué)中茲完整往試涯怒通過數(shù)字簽名 方式實瑰鼴，它并不是焱接嵌至多媒 搴鐿慧之中的，覆j 邂囂法臻爨信惠在經(jīng)過期密系統(tǒng)之 骺的再次佟播與內(nèi)容的敬交。另一方面，多媒體技術(shù)己被廣泛應(yīng)用，需籜進行加密、認(rèn)證 和敝投保護的音像數(shù)據(jù)落越來越多。數(shù)字純的音像數(shù)據(jù)從本質(zhì)上說簸是數(shù)字信號，若對這 類數(shù)據(jù)也采用密碼加密方式，則其本身的信號屬性就被忽略了。總之，密碼技術(shù)為信息保 護鼴供了辯有效途徑，它十分適合文本信息的保護。出予文本解密結(jié)果必須秘艨驥文秘 嗣，而圖像解密結(jié)聚只需視覺上可接受，因此針對圖像債息的保護，需要罨找比密碼技術(shù) 繁 耍 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 雯鴦羈適合鶼方法，磊蓊眈較理想的是采瘸信息穩(wěn)藏幫數(shù)字永印等栩關(guān)技米”j 。迓年來，入 锏開始研究基予數(shù)字承瀋酌圖像錈怠縑護方法 2 l ，它主要痰甭予敝校保護、盜舨釜蹤、圖 像認(rèn)證等方面。 1 1 2 數(shù)字承印技術(shù) 針對數(shù)字多媒體產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)保護問題，世界各國的科研工作者提如了加密一解密、 數(shù)字簽名、數(shù)字標(biāo)簽、數(shù)字指紋、數(shù)字東霉等多秘技術(shù)1 3 川。其巾數(shù)字本甥是一f 3 漤叛麴技 術(shù)，它通過在數(shù)字產(chǎn)品中嵌入珂感知或不可感知的傣息來確定產(chǎn)懿的敷囊投或較驗其內(nèi)蜜 煞撅始犍蜩。數(shù)字瘩印技術(shù)彌褡了熱密鰓密技術(shù)不戇對解密籍靜數(shù)據(jù)箍供進步傈護黲 不足；渡夔了數(shù)字簽名不越在驤始數(shù)據(jù)孛一次掛嵌入大鱉倦意懿弱點；修難了數(shù)字標(biāo)簽客 荔被修敬鞠翱豫的缺陷；克服了數(shù)字指紋儀能給出版權(quán)破環(huán)者信息的局黻 3 哇粥l(xiāng) 。 所謂數(shù)字承印技術(shù)轆楚猗數(shù)字簿列號，文字，圖像稼惑等敝投信惠嵌入到多嫌體數(shù)攥 中，以起到版權(quán)保護，秘密通信，數(shù)據(jù)文件的真?zhèn)舞b別和產(chǎn)品標(biāo)惑等作用【9 j ，閡而數(shù)字水 印怒實現(xiàn)版權(quán)保護的有效如法。數(shù)字水印熄信息隱藏技術(shù)的最羹要的一個分支，墩是隧藏 國際學(xué)術(shù)界研究的一個前沿?zé)衢T方向。它w 為計算機網(wǎng)絡(luò)上的多媒體數(shù)據(jù)( 產(chǎn)晶) 的版權(quán) 保護等閼題提供個潛在黲有效鼷決方法，懿暴沒毒魯捧性鼓要戎，數(shù)字零霹每饋怠毖藏 從本質(zhì)上來說是寵全一致黝。焱絕大多數(shù)憾況下，我們跨望添加蛇農(nóng)印信息是琴霹察懿鵓 或不可捉靜，毽在某些鑊瑙蠆冤數(shù)字承竄煞特定場合，敝牧保護標(biāo)志譽簧求被穩(wěn)藏，并盈 蟄望攻毒謄在不酸螺數(shù)攥零賽鹱爨豹情凝下無法將窳印去簿。發(fā)袋數(shù)字永鼙】搜沭酌強動力 楚為了掇供多媒體數(shù)菇的版權(quán)保護，毽人們發(fā)現(xiàn)數(shù)字水印還具有一些其他的重要應(yīng)用，如 數(shù)字文件冀傍鑒別、隨絡(luò)蘸秘密通信和穩(wěn)含標(biāo)注等。不同的應(yīng)髑對數(shù)字水印的瑟求是不盡 相同的，一般認(rèn)為數(shù)字水印應(yīng)具有不可感知性和魯棒性兩個基本特征。不w 感知性是指隱 藏譙媒體中的版權(quán)績息不翁被察覺，即求印信息的嵌入不會使媒體出現(xiàn)異鬻；簧棒性楚拯 水印信息抵抗無意攻擊( 壓縮、噪聲和濾波等攻擊) 的隧力【l o 】，即水印信息經(jīng)歷攻擊后仍 揲持完整蒡撼供版彀諼羈。 數(shù)字水印技術(shù)像括水印生成、承印嵌入、水爨】提取靼檢測等過程嘲，其中水印嵌入與 水鼯提取和檢測楚承翠系統(tǒng)豹搿個關(guān)鍵幫分。畿予箍取幫稔溺邋程可懿避儆速肴律是嵌入 避程漿遂避程，鼯嵌入算法( 避穰) 決定了提敬釋撿測算法( 過程) ，函貌數(shù)字承印嵌入 過穩(wěn)在承邵系統(tǒng)中簸于核心地位。 數(shù)字永印嵌入辣法可毆觸分為兩大類：空闞域承印嵌入算法幫變換域農(nóng)印嵌入算法孵 f 5 j 【i “。其中，變換域水印嵌入算法可以充分利用變換域的自身特性、數(shù)字媒體采樣數(shù)據(jù)和 第2 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)磺究生院掌位設(shè)文 感知系統(tǒng)鮑變換域特瞧( 懿太渾摶頻率特蛙蟊久鼴的叛率特魏等) ，提蔫嵌入本幫懿強度 霸抗玫密麓力，餐嵌入的承竄麓夠真正超翻保護知識產(chǎn)權(quán)的作掰洚鞋。交換域數(shù)字永印嵌入 葵法已經(jīng)成為嵌入葬法磷究的主流方向。 1 1 3 諜題研究目的及意義 本課題研究的主要日酌是充分利用變換域瓣照身特性霸人眼熬生理襁覺特性，選擇數(shù) 字圖像作為水印嵌入對象，設(shè)計出兩種把彩色圖像作為裁體圖像的新型數(shù)字水印算法。 秘算法較大程度遮提毫了嵌入到載俸匿像中的本露的容量，顯竅譽鑲懿番棒蛙，霹更好靜 保護數(shù)字媒體的版權(quán)。另一秘算法在囂個不屈寮鑰艙控劍下可以嵌入囂個農(nóng)露圖像，顯算 法麴魯游掛也不錯，胃淡增強拳印簿法翡安全繼。 數(shù)字拳印技求是用予解決敝校保護閱麓的、袋蒸潛力瓣多學(xué)科交叉技零。辯數(shù)字瘩印 算法鵑研究，一方面可以為相關(guān)學(xué)暈幸提供廣闊的應(yīng)用背景，帶動它們的發(fā)壤和進步；另 方褥可 ；王跟蹤國夕 先進技術(shù)和磷究成采，掇出輿脊中國特穗的數(shù)字水印算法，提離我國在 知識產(chǎn)權(quán)保護領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究水平，完善我國的知識產(chǎn)權(quán)保護體系。因此對數(shù)字水印算法 的研究不僅有現(xiàn)實的學(xué)術(shù)意義，面且有長邋的社會效益秘經(jīng)濟效益。 1 2 數(shù)字永祭技術(shù)的發(fā)展秘研究璦狀 從1 9 9 3 年第一艇關(guān)于數(shù)字水印蛉文章發(fā)表以袋，數(shù)譬水印技術(shù)靜礤究褥到了長足鼴發(fā) 震，至l 璦農(nóng)雯是方必未艾并逐步深入窩戲熬。罄際上有不少公司與騷究梳構(gòu)都在載稷逡行 數(shù)字本印技術(shù)熬開發(fā)。美甏靛d i g 溉a f c 公司、葵螢瓣s i 辨m 公司、德莓豹m e 越a s e e 公司、韓 霹的m 幽：a n y 公司融開發(fā)了艨角靜止圖像版權(quán)保護的數(shù)字水印系統(tǒng)并推向了市場。而由1 1 家邋信與廣播監(jiān)者、研究單位和大學(xué)參鴦h 的歐菸俸專案馳沌i s 刪翰目標(biāo)，賦怒建立一個 版權(quán)保護機制，以防止在歐洲范圍內(nèi)大規(guī)模的商業(yè)侵權(quán)和讖版行為。o c 兒i s 則越 職蛾i s m a n 的后續(xù)項目，蕊主要露的是將霄條傳斡訪問機制和版權(quán)保護枧剃結(jié)會越來，除 上述一些公司外，索尼、i b m 、p 1 1 i l i p s 、k o d a k 等公司和一魑機構(gòu)，如加摩大的翰r o n t o 大 學(xué)、英髫的妻l 接大學(xué)、鑲營熬d & 髓s 拯i d t 大學(xué)g 氛國一王p s l 奪綴、法藿靛e 疆蠛c o m 、魄剝辯 的u c l 、瑞士的e p f l 、莢溪灼m l 歌c o l 強l b i a 、黼c 、p f 協(xié)o e t o 建、u s e 、u l u e 、p 心毪e 大 學(xué)等選逡稃了這一方瑟靜磷究等開發(fā)。溺酥標(biāo)準(zhǔn)組綴邀對數(shù)字水邵技術(shù)深感興趣，在2 0 0 1 年秘矮農(nóng)的j p 霹2 0 囂舔豁準(zhǔn)孛，飄經(jīng)蠢數(shù)字永薅3 頸罄了一定空漓。 國內(nèi)對數(shù)字髑豫永印算法的研究起步相對較晚，最早接觸至n 數(shù)字水印技術(shù)的專家和學(xué) 者邋過在各蹙刊物上發(fā)表有關(guān)數(shù)學(xué)隸印概念、發(fā)藤璦狀、疑理方法、應(yīng)用藏匿等方面盼論 第3 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 文介紹了數(shù)字水印技術(shù)i 2 - 瑚，為該技術(shù)在我國研究和發(fā)饜起到了重要啟蒙作用；隨后一贍 學(xué)者和研究人員針對國於文獻的缺點和存在的姻蘧，提擻了擁戲的改進簿法時1 9 ，雖然它 們還帶著國外文獻的烙印，但這魑論文的發(fā)表引起了更多學(xué)者和研究人員的注意，為數(shù)字 窳印技術(shù)在我國豹發(fā)展怒到了一定熬推動終愛；在霓基戳上，爨多懿學(xué)蠢蠢辯磅人員器戇 擺脫國外文獻的影響，對數(shù)字水印技術(shù)避行了較深入的研究，并有了更深刻的理解口o “】， 搓舞了蠢中國特譙熬數(shù)字求竄嵌入算法1 2 5 嘲，囂始了數(shù)誓零竄遙麓發(fā)燕瓣薪局瑟。由我瓣 信息科學(xué)領(lǐng)域的蔡吉人、何德全、周仲義三位院士和有關(guān)研究單位聯(lián)臺發(fā)起的全國信息隱 藏學(xué)術(shù)研討會( e i l 并) 醴經(jīng)連續(xù)韜開了三界( 1 9 9 9 年一2 0 0 1 年) ，從該會議的論文集可以 瓣出數(shù)字水印技術(shù)在我國研究水平的不斷提高以及迅猛發(fā)展的趨勢。國內(nèi)對數(shù)字圖像水印 算法的研究跨越了空間域算法階段，嵌入過程直接在變換域內(nèi)進行，但所選擇的變換主要 遐離散余弦變換和裹散予波變換，綴少涉及其它類型鮑交換。 在圖像水印領(lǐng)域，已經(jīng)出現(xiàn)了大量的算法。燕要可以分為兩大類：窀域算法和變換城 舞法?？沼蜢F法怒將數(shù)字窳印按漿耱算法痰接疊探裂霾豫靜空溺域上，空壤算法詩冀量小， 嵌入水印信息的容量較大，但魯棒性差，幾乎不能抵抗鑷何攻擊。變換域算法先將圖像做 漿耪交換，蘸螽懿窳竄嵌入瑟瑟像豹交抉躐孛。與空域算法相斃，交換域方法經(jīng)轆更優(yōu)越， 變換域算法具有如下優(yōu)點：在變換域中嵌入的水印信號的能量可以散布到變換域的所有 像素上，有弱于保證永印盼不可見性；在變換城，人類視覺系統(tǒng)的菜黧特性( 如頻率掩 蔽效應(yīng)) 可以更方便地結(jié)會到水印編碼_ j 蕊程中；變換域的方法可與國際數(shù)據(jù)廈縮標(biāo)準(zhǔn)藏 容，從而實現(xiàn)在聰縮域內(nèi)的水印算法，同時，也熊抵抗棚應(yīng)的有損壓縮。在所有的變換域 算法中，d e t 域方法以幸 葵量小，與晷舔數(shù)據(jù)鹺繚標(biāo)準(zhǔn)( j p e g 莓) 蓑褰囂褥到琰廣泛豹 威用。 羲囂貔磅究豢已經(jīng)鼴d c t 域數(shù)字窳強嵌入遴紓了一魏研究，據(jù)密了備耱d e 下域數(shù)字 水印算法。c o x 對宿主信號整體做d c t 變換，利用高斯隨機數(shù)發(fā)擻器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)序列( n ( o ，1 ) 分毒) 銘為求竄信惠，逸取除去d e 系數(shù)之羚豹鄢努中頻率較低靜系數(shù)疊秀瑤永幫 信息p ”。h s u 和、把圖像進行8 8 分塊，對備塊進行d c t ，并將一個二進制序列作為 永印嵌入副各塊的d c t 中頻區(qū)剛。基于塊分類的d c t 數(shù)字水印技術(shù)瑚，先把圖像迸行8 8 分塊，并對套塊按塊均勻度和塊灰度均值進行分類，利用h v s ( 人暇視覺系綾) 繪不 同的塊分配不同的拉伸因子b ，將高斯隨機序列作為水印乘以相應(yīng)的拉伸因子嵌入到各塊 躲d e t 低頻系數(shù)上。 第4 賈 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 1 3 當(dāng)翦存在靜鞠題 從數(shù)字水印的發(fā)明至今，經(jīng)過十年的努力，數(shù)字水印在抵抗聰縮、濾波等方面得劐了 飛速的發(fā)展，其中涌現(xiàn)出了許多非常好的水印算法。如變換域中的離散余弦變換和小波變 換，即使在圖像質(zhì)照嚴(yán)重酶低的情況下，水印仍能很好地存在下去，具有非常好的穩(wěn)健性。 早期的研究主要集中在圖像質(zhì)量的保持上，水印信息多隱藏在不可感知的區(qū)域，容易受到 通常信號處理手段的攻擊。最近的研究主要集中在燎水印嵌入在圖像的可感知區(qū)域以阻止 信號處理箏段的攻擊。 奩數(shù)字水簿技術(shù)孛，求露豹數(shù)據(jù)量襄餐棒性擒殘了一對基本矛盾。麩主蕊上漭，疆慧 豹求露算法應(yīng)該既髓隱藏大量數(shù)據(jù)，又可戳抵抗各種信道噪聲和信號交形。然褥在實舔中， 這兩個指標(biāo)往往不鏈簡對實現(xiàn)，不過這并不影晌數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用，因為實際應(yīng)用一般 只偏重其中的個方面。如果是為了隱蔽通信，數(shù)據(jù)量顯然是最重要的，由于通信方式極 為隱蔽，遭遇敵方蕊改攻擊的可能性很小，因而對魯棒性要求不高。但對保證數(shù)據(jù)安全來 說，情況恰恰相反，各種保密的數(shù)據(jù)隨時謝臨著被盜取和篡改的危險，所以魯棒性是十分 重要的，此時，隱藏數(shù)據(jù)量的要求居于次要地位。晟然，一般饋況下我們酆可以按照數(shù)字 水印的用途來確定水印算法的側(cè)重點，以姥設(shè)詩出隱藏數(shù)援量大或魯捧性強的求印算法。 但是，隨著數(shù)字水印搜本的發(fā)嶷，僅僅隱藏大容量數(shù)據(jù)囂簧捧性不好或者餐捧性好磊不能 嵌入大容量數(shù)撂豹數(shù)字零竄算法已經(jīng)不镕滿足入釣豹需求了，許多時鏃需裝焉到熊嵌入大 量數(shù)據(jù)顯魯棒榷又好的永昏算法。 近年來，許多論文提島的基于d c t 域水印算法雖然穩(wěn)健性不錯，但基本上都是針對 灰度圖像的，彩色圖像數(shù)字永印算法尚未得到充分研究，髓嵌入水印的容贊也不夠太。對 圖像水印來說，不可見性和穩(wěn)健性是其最基本的要求，而影響不見性和穩(wěn)健性的一個關(guān)鍵 因素是水印的嵌入爨，但是許多人在研究數(shù)字水印技術(shù)時，一般只關(guān)淡水印嵌入和提取方 法，很少關(guān)注水印嵌入量的問題。實際上，水壤】嵌入量的大小慰其嵌入效果的影響是相當(dāng) 大的，對同一令方法，如果嵌入水印量太少，則影響方法的魯捧蛙，太多則影嫡方法的不 可見性。 透過對蕊寄數(shù)字水幫技術(shù)韻一個簡單翻颥，還w 班發(fā)現(xiàn)，囂前的永印嵌入方法多怒局 限予在載律圖像中嵌入一個水印。這種單屢永印算法只是針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，在水印的 魯棒往和安全餓方面尋找一個平衡點，但在秘密通信中，不僅凝考慮水印的不可見性和穩(wěn) 健性，而且還要考慮水印的安全性，即在水印提取失真小的同時，疆加要求水印不易被攻 擊者解密?？梢栽谳d體圖像中嵌入兩個水印，這樣就可以提高水印的安全性，使數(shù)字水印 第s 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 的適應(yīng)性更加廣泛。 1 4 本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 姨載傣上善，數(shù)字泰零霹分為墅攘數(shù)字痰印、視簇數(shù)字拳竄、音蔟數(shù)字零露、文零數(shù) 字水印等幾種類烈，其中圖像數(shù)字水印怒數(shù)字水印中比較重要和常用的數(shù)字水印，它是以 數(shù)字圖像凳載轉(zhuǎn)，裂羯菜秘密像矬理技零耨拳鼙嵌入到鬻像孛，譽囂已綴成為廣大稀磷人 員研究的主要方向和重點。由于圖像是最基本的多媒體數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為圖像水印的 艘焉提供了更熱廣闊酶空褥。勇一方面，一些研究者躥褫頹永印也進行了研究，由于稅額 可以看成時空域上的連續(xù)圖像序列，從巢種意義上講，宦與圖像水印的原理非常類似，讒 多圖像水印的研究結(jié)果可以直接應(yīng)用于視頻水印上。本文也是對圖像水印進行研究的，選 擇彩色圖像作為羧體圖像來進行術(shù)印算法的設(shè)計。睪 對繁三節(jié)所提出熬系列瓣蘧，本文 對現(xiàn)有的數(shù)字水印技術(shù)進行了深入的研究，又深入研究了人眼生理視覺特性以及顏色空間 模型之閽瓣轉(zhuǎn)換，最禹攆懣了基予入眼生理視覺特整豹澉層?xùn)|竄算法窩大容量多逶遂鼗宰 水印算法。論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)如下： 第一牽是緒諗，筵簧夯綏數(shù)字承印豹研究薄景、辮海外靜發(fā)袋現(xiàn)狀、當(dāng)前存在的潤 題以及本文的組織結(jié)構(gòu)。 第二竄對踅像東印窖量聞趲進行了一些研究，研究了幾種常見的永印容量的分析方 法，且對竊們的優(yōu)缺點進行了比較，并掇出了自融的計算水印容爨的方法，最后又研究了 交換域數(shù)字水印技術(shù)，著蓬研究了離散余弦變換的一些特點，為本文算法的提出奠定了理 論基礎(chǔ)。 第三章首先研究了圖像的特點和彩色圖像的顏色空間轉(zhuǎn)換，其次深入研究了人的視激 系統(tǒng)戇攜戲及套潞分豹臻姥、視激鰓形成_ 蘧程爨及程覺緞憝( 移俸纓蕤幫鑲髂縷魏) 在褫 覺形成過稷中的作用，通過這些分析本文攝后提出了人眼的兩個嫩理視覺特性：人眼對亮 發(fā)豹敏感發(fā)高于其對色彩的敏惑茨；久l 瑟對繚苓較敏感。本文稔數(shù)字永印算法幫是依據(jù)入 眼的這兩個生理視覺特性來提出的。 第舀辯提出1 r 基于入隈生理褫覺特健的雙層水印算法。首先，結(jié)合入眼生理視覺特性 確定出本文算法嵌入水印的位置；其次，闕述了舞法設(shè)計實現(xiàn)的蒸本思路，并對舞法的嵌 入和提取過程進行了具體橘述。最后又對算法的鑲棒性進行了試駿評價并將該算法與其它 算法進行比較來駿涯該算法可嵌入囂令承零且不會影嚷墅像矮量瓣特點。 第五章提出大容量多邋道彩色圖像水印算法。首先闡述了算法設(shè)計實現(xiàn)的基本思路。 第6 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究熊院學(xué)位論文 并對算法的嵌入昶提取過程進行7 縣體毯述；其次對算法賽琨過程孛熬一些難燾進行了分 櫥；最后又黯葬法豹魯捧經(jīng)進行了試駿評價并將該算法與其德算法進行斃較采驗誕該籜法 靜大容量特點。 第六章是總結(jié)和展望，對本文的工作進行了一個總結(jié)，并且對下一步需要做的工作進 行了展望。 第7 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 第二章圖像水印容量問題的研究 對圖像水印來說，不可見性和魯棒性是其最基本的要求，而影響不可見性和魯棒性的 一個關(guān)鍵因素是水印的嵌入量( 即圖像水印容量) ，然而許多人在研究數(shù)字水印技術(shù)時， 只關(guān)注水印嵌入和提取的方法，很少關(guān)注水印嵌入量的問題。實際上，水印嵌入量的大小 對其嵌入效果的影響是相當(dāng)大的，對同一個方法，如果嵌入水印量太少，則影響方法的魯 棒性，太多則影響方法的不可見性。所以本人在設(shè)計數(shù)字水印算法之前先對圖像水印容量 的問題進行一些研究，對一些圖像水印容量分析方法的優(yōu)缺點進行了總結(jié)和歸納，進一步 提出了自己的計算水印容量的方法，并在第五章中用自己方法對本章算法的大容量特性進 行了驗證。 2 1 圖像水印容量 圖像水印容量是指在宿主圖像中可以隱藏的最大信息量f 3 5 】。水印容量取決于宿主圖像 的統(tǒng)計特性，失真限度，以及水印嵌入者、提取者是否可以得到和充分利用宿主圖像、原 始水印等。研究水印容量的目的是分析在滿足水印不可感知性和魯棒性的前提下圖像可以 傳遞的水印信息的上限。水印容量的研究對設(shè)計更好的水印算法有著重要的意義。 2 1 1 圖像水印容量分析方法及存在的不足 相對于水印其它研究方向來說，關(guān)于水印容量方面的研究還比較少。下面是幾種有代 表性的水印容量分析方法。 1 ) s e e t i o 把圖像的每個像素視為一個獨立的a w g n 信道，利用仙農(nóng)公式計算出每 像素的水印容量，再利用并聯(lián)高斯信道( p a m l l e lg 跚s s i 趾c h 趾n e l s ，p g c ) 理論計算出整 個圖像的水印容量【3 6 4 0 】。 2 ) b a m i 分析了d c t 和d f t 變換下的圖像水印容量問題。b 鋤i 認(rèn)為d c t 系數(shù)的分 布可以用廣義高斯分布( g e n e m l i z e dg a u s s i a l l ) 來表示，而d f t 系數(shù)服從威布爾( w j i b u l l ) 分布。b 鋤i 利用求互信息的極大值的方法得到了圖像的水印容量【3 7 1 。 3 ) m o u l i n 認(rèn)為水印容量取決于兩個失真限參數(shù)，即嵌入水印圖像的失真限參數(shù)d l 和 受到攻擊后嵌入水印圖像的失真限參數(shù)d ，【3 8 l 。 4 ) l i n 利用鄰域縮減映射方法( a d j a c e n c y r e d u c m gm a p p i n g ) 研究了一種j p e g 壓縮 域的零錯誤率容量分析方法。l 協(xié)認(rèn)為他們的容量分析方法可以確保達到零錯誤率 3 9 l 。 以上各種水印容量分析方法中都存在這樣或那樣的不足。在s e r v e n o 提出的方法中， 第8 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 單獨計算鑫像素水印騫量螅方法是不合理的。b a m i 蛉方法棗強令奘端；首走，巒予墅像奉 是的復(fù)雜燃，涎論是焱空域還是在頻域中部綴難確甥撼說凝像月鑫獲待么分耀。其次，校據(jù) 信惑諗，僚道在毫凝分奪下達到容量的極陵，由魏，遴常幫是在嵩新勢布酌假設(shè)下計算信 道熬容量。麗b a m i 靜方法并不燕在高斯分布的假設(shè)下計算信道的容羹，所以該方法不能 真正這到永印容量的極限。在m o u j i n 的公式中，兩個失真限參數(shù)職和d 2 都是設(shè)定的，沒 有考慮圖像本身的特征。l i n 的容量分析方法也像s e e t t o 的方法一樣存在簧單獨計算各像 素水印容量的問題，因此不太合理。 圖像的水印容量是個復(fù)雜的問題，涉及到很多因素。羲先，圖像的內(nèi)容對水印容鬟毒 較大的影響，這秘影響有鼴令方囂，一方瑟要利用圖像螅內(nèi)容隱藏信惑，另一方瑟在蠢檢 測瓣墅像的志窖又賦7 東印撿淵熬簿礙。顯然，一幅簧雜靜圖像要院一柩乎遵瓣胬像w 戳 隱藏更多豹表印信惑。有整容鬃分析方法沒有充分稿確圖像本身豹特鑷，麗是使用固定的 功率信絳澆或承印功率來計算容量，顯然慰太不合理的。 圖像的水印容搽與圖像的內(nèi)容密切相關(guān)，不同圖像有不同的水印容量。其次，水印的 嵌入強度對水印容量也有影響，但并不是說嵌入水印的強度越大水印的容量就越高。比如， 假定水印算法嵬把一幅圖像的所有像素值加1 ，這時水印所傳遞的信息只翁一個 b 特。如 果提高水印的嵌入強度，把蠛圖像的所有像素值搬l o ，這對水印歷傳遞的信息仍然只毒 個比特，只是水印的檢測性能挺懿了。有些容量分輯方法，魄翅文獻【3 6 】、黟o 】等，楚分 別詩算冬個像素的本印容量再緞過求積褥到整令圖像戇水印騫爨，濕然，這些方法不簸解 釋上覆提出豹嗣強菠嵌入落怠量最，j 、懿游慈，分弱計算各個像豢靜爾竄容鼙再求和翡方法 是不合理鼢。 另矯，不可感知性是永印的一個基本要求，是分析水印容量必須要考慮的一個因素， 并不能盲目地增大載體圖像所能嵌八的水印信息的窖量而影響水印的不可感知性。最詹， 還要考慮水印的魯棒性問題。嵌入水印后圖像可能會受至攻擊，這些攻擊不但會影響水印 圖像的提取而且還會影響水印的容量。 2 1 2 水印容量的計算方法 許多論文為了研究水印容量，把求印驗嵌入和提取援為一次透信過程，如文款【3 5 l 。 般建立一個婦露2 + l 掰示麴承印遴信模型。求印懿嵌入穢提取可；筮褫為一次邋信過程， 瘩露麓倍源，瘩主鼙像為信遂。在傣遒豹發(fā)送端嵌入水印，嵌入水邸后豹萄像在傳輸過程 中可能會船入嗓聲或受至a 其它攻擊，嗓聲或其它攻擊可能會影響嵌入永印后的圖像，最后 在信道的接收端恢復(fù)出水印信息，困嵌入水印后的圖像在傳送過程中受到噪聲或其它攻擊 第9 頁 翻防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 的影蟪，所以提取出救承印凰像霹戇也會受影響。 為了磅交水印容豢，灞要分撰在接牧端宿主鞠豫對遞過嵇道靜信息靜影稍。在求印通 信模型中蠡冬承印接枝端道路上設(shè)鬣了一個開關(guān)，這個汗關(guān)可陵控翻接收端能否得捌宿主圖 像信崽。開關(guān)打開對對應(yīng)予沓檢測永印( 即需要宿主閨像才能檢測永印) 的情況，開關(guān)閉 合時對應(yīng)于非盲檢測水印的情況。 p _ i 窳印信惑卜 一像k 一恢復(fù)的水印 圖2 1 水印通信模型 當(dāng)有擾連續(xù)信道上的干擾是加性噪聲，且信號和噪聲郝服從離斯分布時，信邋單位時 間的容量公式，即仙農(nóng)容量公式如下： 知釉阱爭 ( 2 1 ) 式中：礦表示帶寬，囂表示信號功率，塌表示嗓聲功率。等稱為功率信噪比。關(guān) f k 于圖像的帶寬可以這樣寒考慮，設(shè)麴像躲足寸為n n ，像素數(shù)為醚= n n ，強像承帶寬 藩擴。細暴按照奈褒豢特頻率避學(xué)采櫸，攀位辯閆翡采樣煮數(shù)不少于2 礦個，弼不失真施 傳輸這些像索所需要的帶寬一罷。 z 在醬通通信中，信暹容璧的增翻可戳通過提高信號功率來實現(xiàn)。但是在水印通信中， 提裔水印功率冀是增強了永印的魯棒性。在增強魯棒性的葡時，也必須兼顧水印的不可感 知髓，應(yīng)該在滿足水印不可感知性的前提下，基于圖像的內(nèi)容囪適應(yīng)地嵌入最大強度的水 印。根據(jù)前面對水印容巔的分析，公式( 2 1 ) 中的信母功率只用最大水印圖像( m w i ) 的方差拶：來計算。下蘑再來分掾噪聲功率。在囂富檢測戇熔提下，強2 1 孛的開關(guān)是舞臺 第l o 頁 國防料學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 的，接收端得到了宿主閨像信息，對于水印的傳輸來說倍道的情況是己知的，所以這種情 7 只下鑲邀噪聲功搴應(yīng)該只包括蔫凝噪聲戇功率，噪聲功搴霹襲承為褻贛怠噪聲戇方差拶：。 水印容量公式可以表示為下面的公式： 斤2 c = l 0 9 2 ( 1 + 習(xí) ( 2 2 ) 盯 在寄檢測靜情況下，程當(dāng)予在蠶2 1 中靜開關(guān)是斷殲的。羧收瑞沒商褥虱宿主圖像信 息，對于水印的提取來說宿主圖像也是噪聲。所以，這種情況下信道噪聲功率應(yīng)該既包括 商斯噪聲的功率也包括宿主圖像的功率。因此噪聲功率可表示為宿主圖像的方差盯：與高斯 婦噪聲麴方差療! 之襄。這樣，辮像本露察量公式裁可以表示戈下瑟豹公式： 療2 眙刖o g z ( 1 + 若矧 。3 c o s c a 在文獻【4 0 】中研究了“臟紙”( d i 啦p a p c r ) 通信的信道容量問題。假定信號功率 為p ，信遴孛存在兩釋商瓶噪聲s 幫z ，功率分掰為q 和n 。鰳萊在編瓣端商薪嗓聲s 楚 融知的，c o s t a 證明了信邀的容量取決于功率信噪比p 烈，而獨立于q 。如果把督檢測水印 肴作是上述的通倍過程，s 為宿主圖像，z 為高斯自噪聲，根據(jù)c o s 協(xié)的結(jié)論，通過對水印 餒息進行適當(dāng)盼縭碼，理論上在蠢檢測的憤沉下，無論是在盲檢測還是農(nóng)a 盲檢測。瞳況下， 水印容量都可以閣公式( 2 2 ) 來表示。 2 1 3 式印容量詩葵方法瓣局袋性 雖然用公式( 2 1 ) 、( 2 2 ) 、( 2 3 ) 來計算水印容量在目前眾多的計冀水印容量的方法 審還算楚魄較舍疆熬，羹許多論文在疆究零露容爨海蘧囂幸罄采髑這三令公式來詩算拳印容 凝，但是，這種方法也有它的局限性。其局限性寢現(xiàn)在以下幾個方面： 1 ) 農(nóng)印穩(wěn)嵌入和提取雖然可看成是一次通信過程，謳并不怒一次遴信過程。 2 ) 模擬信號常用功率來表鉞其特性，而水印嵌入和提取過裰用到的信號是數(shù)字信號， 用功率來表征其特性不太合適。 基予上述局限性，本文來提出自己鴕對水印密量的定義：對漿一個零露算法，固定一 個適當(dāng)?shù)姆逯敌旁氡?，邂步增大水印圖像的大小，將水印嵌入到載體圖像中，隨著水印圖 像大，l 、麴煺袈嵌入忒零愛圖像豹蜂篷售噪籠要躐零，當(dāng)毒 算塞熬蟪蓬售嗓魄減夸翻我識選 定的峰值信噪比時所計算出來的水印圖像與載體圖像的儲息熵的比即為水印容量。在第贏 耄串還要懲該東印容量酌定義對該章算法所嵌入瓣窳印容量是鐙已經(jīng)逸到最大來送囂驗 證。 第u 頁 國防料學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 2 2 交換域數(shù)字水印技術(shù) 蔻甏基經(jīng)攆劐過，農(nóng)強豫靜基本籍鏈一定靜渣囂下，東零袋入熬方法氌菲露關(guān)鍵，一 種好的嵌入方法能夠合理地結(jié)合圖像的特性和人類視覺特征，充分地發(fā)揮圖像的潛能，最 大陵寢粒嵌入水印，裙藏，不合理的嵌入方法，不能合壤運用圖像豹特征，氌就這不載最 大的水印嵌入量。 2 2 1 變換域數(shù)字水印技術(shù) 變羧域數(shù)字窳印葵滾疆空域數(shù)字承算法穩(wěn)跑戇嵌入更丈容餐戇售憨量，搬算法熬鬻 棒性較好，為此，近年來的水印文獻大都集中在變換域，主要通過修改鼗體的變換域系數(shù) 濃實臻承竄嵌入j 建程。本文氌采溺懿是交換域數(shù)字東國算法。程交換蠛農(nóng)露舞液中，數(shù)字 載體首先進行一種特定的正交變換，該交換可以針對整個載體( 如整幅圖像) 或者載體的 各部分( 比如對辮像進彳予分塊，塊大小一般為8 8 或者1 6 1 6 ) 。嵌入空間是載體的菜個 頻帶或某些頻帶，這些頻帶對應(yīng)的變換系數(shù)遵循一定的艘則被修改、替換或交換h n 。載體 的低頻信息反映了載體的主要輪廓，不威有較大的失真，在低頻城嵌入水印將影響嵌入水 印屢圖像的不可怒性( 本文將在第3 1 3 節(jié)申對| l 鞋：避行詳纓論述及驗證) ；褥載俸瓣蘧頻蔫息 魑人類感知系統(tǒng)不敏感的信息，通常易被壓縮技術(shù)所剔除( 本文將在第4 2 節(jié)中對此進行 謹(jǐn)纓論述及驗諼) ，鼓在該菝豢嵌入隸印，拳印瓣魯棒熱較差。簇予冀，必了甏跨滿是餐 棒性和不可見性，人們主張將水印嵌入到載體的中頻系數(shù)中，本文也采用這種方法。 交換域永薛激入算法豹主要傀點是：物理意義清漸；可充分秘用入炎筋感翔特往；不 可見性和魯棒性好；與壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容。交挾域數(shù)字水印技術(shù)主要包括離散余弦變換( d c t ) 域、離散小波交換( d w t ) 域、離散傅立時交換( d f t ) 域、離散分?jǐn)?shù)傅立葉變換域、晗 鎳鼴變抉域、f r e s n e l 變換域、矢凝變換域、k 疆變換域、g a b o r 變換域、z e f n i k e 交換域簿 4 n 。其中，分塊d c t 是最常用的變換之一，因為現(xiàn)在靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)j p e g 采用的也是 螯予勢塊d c t 援零，在d e t 域巾嵌入農(nóng)印，可戮與撐囂g 囂繚標(biāo)準(zhǔn)羧容，提麓其藏垂緩 的魯棒性，所以本文設(shè)計的兩個算法都采用的是d c t 域。 2 2 2 離教余弦交換 離散余弦變換( d i s c m t ec o s 協(xié)et r a n s 觸m ) 簡稱d c t ，是一種空間變換，是數(shù)字信號處理 披術(shù)中最常用的線性交換之一。d c t 是數(shù)碼率服縮需要常用的一個交換編碼方法。d c t 怒一個無損匏，可逆的數(shù)學(xué)過程，它把空間幅度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)織斃空聞頻率數(shù)攝。d e t 是先將憋 體圖像分成n n 像素塊，然后對n n 像素塊邂一進行d c t 變換。d c t 與傅立葉變換 第1 2 頁 團防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 擺 戥，郝是把一個售號或強緣扶空闐域變按到頻域孛，毽是德立時交換粟甭靜是蒺予正、 余弦遁數(shù)靜完備燕交滔數(shù)系，需要計算的是復(fù)數(shù)麗不是實數(shù)，計算起來t e 較費時，而d e t 是基予實數(shù)酌正交交換，避免了復(fù)數(shù)運算，其有徽好的能量壓縮熊力和去相關(guān)能力，因此 它在數(shù)字胬頻信號壓縮和藹像壓縮等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 4 n 。特別地，數(shù)字圖像的j p e 0 壓縮標(biāo)準(zhǔn)就是建立在離散余弦變換基礎(chǔ)上的?；趈 p e g 壓縮標(biāo)準(zhǔn)模型的水印嵌入算法可 以增強水印抵抗j p e g 壓縮的能力，因此離散余弦變換在數(shù)字水印處理技術(shù)中受剡了磐遍 重視。 d c t 最大的特點是對予一般的零像幫能夠?qū)⑾駢K的斃譬黛中予少數(shù)低頻d e t 系數(shù)上， 鄹生成螅n n 大小懿d c t 系數(shù)塊中，枝左上蹙翁少蹩低頻系數(shù)數(shù)值較大，其余系數(shù)瓣數(shù) 值綴奪，這樣虢哥轆只編弼和健輸多數(shù)系數(shù)麗不影響圖像演量。d c t 不能直藏對圖像產(chǎn)壘 囂縮僚用，但辯菌像的能羹其宥綴好的集中效果，為壓縮打下了基礎(chǔ)。 正因為d c t 變換有著很大的優(yōu)點，所以從數(shù)字水印技術(shù)出現(xiàn)至今，有很多算法都是 基于d c t 變換的，最早的采用d c t 變換的數(shù)字水印技術(shù)是由c o x 等人提出的。1 9 9 6 年， c o x 等人提出了一種基于擴頻通信的思想p 3 】，將數(shù)字水印嵌入到識頻和音頻信號中感知最 重要的頻域因子中的水印方案，通過離教余弦變換( d c t ) 向靜止圖像添加水印。由于該 方寰是在頻域內(nèi)進行的，磁以輿有綴好的簧捧性，不僅對魄例續(xù)放、j p e g 基鑲、抖動幫 剪切等鬻見的圖像處理兵鴦良好螅羝撼性，甚至在銎像經(jīng)漣努露、復(fù)印及擺攢處壤磊，承 印仍戇被恢復(fù)如來。爨封，該永竄方索還巍夠綴好豹對抗含謀竣毒。 本文掰溺扮d c t 城方法楚戩8 8 像渙為革位進行的，把原始載體圖像分為8 8 的 子塊再避彳予分塊d c t 交換，生成的是8 8 的d c t 系數(shù)數(shù)據(jù)塊，然后根據(jù)二值水印圖像 的德將對應(yīng)的隨機凈列嵌入到豳像子塊d c t 的系數(shù)中。在d c t 域中進行水印嵌入的算法 既畿夠嵌入太容量的水葫】信息，又有較好的魯棒性，這將在本文的第五章大容量多通道彩 色圖像水印算法中詳細論述。 2 3 本章小結(jié) 本章首先磷寇了墅像瘩印容量，繪出了墅緣水印容量靜定義及其影響圖像永露容鬃靜 一些因豢，還給出了尼耱戳藩豹騷究者計算求印容繭靜方法，并魄較了這些方法靜優(yōu)缺點， 在魏墓繼上又對于窳印容量闖囂給掰了自己的覽解，提出了自己的對永印容量的定義。這 些為第五章中對該章算法的承印容鬣是否達至n 最大的驗證過程提供了理論依據(jù)。另外，因 為本論文所提出的數(shù)字水印算法都屬于變換域數(shù)字水印技術(shù)，所以本章的第二小節(jié)又介紹 第l ，受 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 了變換城數(shù)字永印技術(shù)的特點和分類，因為本文算法都是基于離散余弦變換的水印技術(shù)， 歷以本節(jié)又著重介紹了離教余弦交換的姆點，為第遐章、第五章數(shù)字水印算法雛提出提供 了理論慕礎(chǔ)。 第1 4 頁 國i 游科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 第三章基于人眼生理視覺特性的圖像顏色空間轉(zhuǎn)換的分析 在入類視覺不可察熬躬前掇下，圈像的基本特桎決定了承鄂嵌入童的上限，一般來漭， 圖像的復(fù)雜度、紋理、亮度等是決定水印嵌入量的重要閼素。為了設(shè)計出能夠嵌入大客爨 水印信息且不易被感知住和魯棒性良好的數(shù)字永印算法，我們必須要深入了解圖像的特點 及分類、彩色圖像的顏餓空聞變按以及人眼的一些生理視覺特性，還要把這些威用到數(shù)字 水印算法中。 3 1 圖像魏特點與分類 圖像是用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段戲測客觀燃界而獲得的，w 以直接或間接作 用于入限并進而產(chǎn)生視知覺的實體 蛔。人的視覺系統(tǒng)就怒個觀測系統(tǒng)，通過它得到的圖 像就是客觀景物凌人心翳中形成豹影像。 我們生活在一個信息時代，信息是自然界物質(zhì)運動總體的個重要方面，人們認(rèn)識世 努積竣逡毽界裁楚要獲褥鑫耱備櫸戇售憨。圖像信息是人類獲褥終賽績感豹主要來源，大 約有7 5 的信息是通過人眼獲得的，而人眼獲得的都是圖像信息。在近代科學(xué)研究、軍 攀技術(shù)、工農(nóng)整生產(chǎn)、越學(xué)、氣象及天文學(xué)等領(lǐng)域孛，入韜越來越多遺秘靂鶩像信惠來認(rèn) 識和判斷搴物，解決實際問題。程許多場合里，沒有任何其它形斌比圖像所傳送的信息更 豐富和真切。 因為圖像在社會生活霉科研嶷產(chǎn)活動是非常照要的，所以在數(shù)字水印研究領(lǐng)域中，圖 像數(shù)字水印已經(jīng)成為了廣大科研人員研究的主要方向和熏點，現(xiàn)有的數(shù)字水印算法大部分 郄是針對瘸像數(shù)字承霹的。本文蹶設(shè)詩瓣簿法就是圖像數(shù)字表露舞法，以數(shù)字囂像提為羧 體進行數(shù)字水印的嵌入。 在餮豫處理孛，豢愁強像分淹索弓l 辮豫、獲發(fā)霉豫、r g b 鬻像幫二篷整繯囂靜類鱉。 索引圖像包括一個數(shù)據(jù)矩陣x 和一個色圖陣m a p 。矩陣冗素值指向m a p 中的特定顏色向 豢。二值瀚豫為一個數(shù)搖弼簿，每個像素其麓取o 或l 。獲廢囂像為數(shù)據(jù)矩陣l ，若灰度鞠 像的大小為m n ，則i 為一m n 矩陣，l 中的數(shù)據(jù)代表了顏色灰度值，矩陣中的元素是 o 一2 5 5 之聞的值，可戩題d o u b l e 炎型、8 位或1 6 位無符號的整數(shù)類型。r g b 圖像即彩德 圖像，若r g b 圖像魄大小為m x n ，貝4 對應(yīng)的矩陣為m n 3 維矩降，矩陣中每個元豢 為一個數(shù)組，數(shù)組的元素定義了像素的紅、綠、蔽顏色值，也是o 一2 5 5 之間的值，r g b 數(shù)鰓可以是d o h b l e 類型、8 位或1 6 寢無符號豹整數(shù)類型。 從灰度圖像和彩色圖像所對威的矩陣的維數(shù)就可以餐出灰度圖像比較簡單，只有一個 第玨頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 通遂，彩爨強緣較力復(fù)雜，膏r 、