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2005 届优秀毕业论文[设计]集(第五册理学院)
Collection Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (VOLUME V School of Science)

一种小波图像数字水印的技术分析及编程实现

(理学院数学系数学与应用数学专业李杰)
(学号:2001144034)

摘要:本文通过对基于离散小波变换理论的 24 位位图图像水印嵌入与恢复算法进行了较系
统的分析研究,进而,通过编程实现了鲁棒型与易损型混合互补的水印嵌入、提取、检测的可视化
系统,在反复的实验的基础上给出了提高鲁棒性与安全性的若干优化参数策略,最后,通过多种常
见图像处理攻击和噪声干扰测试,验证了上述策略的有效性。
关键字:数字水印,离散小波变换,人类视觉系统,鲁棒性,易损性
教师点评: 李杰同学阅读了许多有关小波图像数字水印的文献资料,对该领域技术动态有了
较具体的了解;分析并编程实现了一种小波数字水印嵌入与提取算法;通过数值实验,总结出了一
些提高水印鲁棒性与安全性的策略,是一篇较优秀的本科毕业论文。(点评教师:徐晨,教授)

引言
相对于保护数字信息内容为目的的现代密码学技术,水印技术则是一种信息隐藏技术
(Information Hiding Technology)。本文在既有的成熟理论基础上,在 MATLAB 环境下编程实现了
一套集数字图像版权认证和侵权判别于一体的混合水印系统,该系统有如下功能特点:
(1) 实现了大容量 24 位位图水印嵌入,以便嵌入更多的信息。
(2) 可根据图像固有特征动态决定隐藏区域,并采用多参数嵌入设置,多密钥恢复机制。
(3) 两套水印恢复系数,可根据不同类型和程度的攻击选择恢复方式,使水印覆盖面更宽,
鲁棒性更强;并通过易损型水印的恢复能够对篡改区域精确定位。
(4) 提供相似度与信噪比等检验标准,使判别更客观。

一、数字水印技术综述
数字水印(Digital Watermarking)应用背景
随着计算机通信技术的迅速发展,多媒体存储和传输技术的进步为信息的存储提供了快速、高
效、方便的途径,然而,这也使得侵权盗版者能以更为低廉的成本复制、篡改和传播未经授权的数
字成品。如何顺应数字化的潮流,又能有效保护信息安全和利于版权所有者的合法权益的维护,越
来越受人们的重视。
从数字信号处理的角度看,嵌入数字信号中水印信号可以视为在强背景下迭加一个弱信号,只
要迭加的水印信号强度低于人的视觉系统 HVS(Human Visual System)或人类听觉系统 HAS(Human
Auditory System)的感知门限,人就无法感知到水印信号的存在。HVS 受视觉系统的空间、时间、
频率特性的影响,因此,通过对原始信号作一定的调整,就有可能在不改变视觉效果的情况下嵌入
一些水印信号。
尽管水印信号具有一定的能量,但分布到信道中任一频率上的能量是难以检测到的。水印的检
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李杰:一种小波图像数字水印的技术分析及编程实现

测则是一个在有噪信道中进行弱信号检测的问题。
水印技术的两大基本任务就是水印的嵌入和与之相配套的水印提取与识别。
数字水印特点
(1) 稳健性:指抗拒各种信号处理操作和恶意攻击,在掩体对象不产生明显降质的前提下,
不导致水印信息丢失的能力。信号处理操作包括:传输过程中的信道噪声、各种形式的滤波、增强、
有损压缩、几何变换、D/A 或 A/D 转换等。所谓的恶意攻击包括:篡改、伪造、去除水印等。需
要指出的是,稳健性只是用于版权保护的水印所必须具有的特征,而对于以保护数据完整性为目的
的数字水印来说,脆弱性(易损性)则是其最重要的特征。
(2) 不可检测性:指嵌入水印后的数据与原始载体数据具有一致的特性。如具有一致的统计
噪声发布等,以便使攻击者无法判断其中是否含有隐藏信息。
(3) 不可感知性(不可见性):指向数字作品中嵌入的数字水印,是利用人类视觉或听觉系统
的特性,经过一系列隐藏处理,隐藏对象必须没有明显降质现象,而嵌入的水印不会引起人的感知。
不可感知性是相对于被保护数据的使用而言的,事实上,虽然目前已有的大多数水印方案是不可见
的,但也存在着用于版权声明的可见水印方案。
(4) 隐藏位置的安全性:指必须将水印信息隐藏于掩体对象的内容之中,而非文件头等易被
替换或修改的地方。
(5) 无歧义性:恢复出的水印或水印判决的结果应该能够确定地表明所有权,不会发生多重
所有权的纠纷。
(6) 计算有效性:水印处理算法及其检测算法