鲁棒数字水印算法的研究和比较
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说明：
摘 要：本文讨论两种算法，第一种是基本LSB（Least significant bit）——最低有效位算法。如果用8比特的二进制来表示灰度图像的每一个像素值，所有像素的最低位构成的位平面显现随机性，而且改变最低位不会对视觉效果产生明显影响。因此考虑用水印信息直接代替数字图像的最低位。第二算法是基于小波变换数字图像水印盲算法。先将载体图像进行小波变换；为了保证水印图像的不可见性，选择将水印嵌入到高频分量。在嵌入水印图像时，本算法用到了扩频技术的思想，嵌入的并不是水印序列本身，而是根据密钥KEY生成的随机序列。通过计算相关度实现不使用原载体图像就能提取水印的盲算法。实现对两种算法优缺点和应用的场合的比较。而且通过仿真实验结果对比，讨论两种算法的对几种攻击的抵抗能力。
关键词： 数字图像水印 LSB 小波变换 扩频技术
Abstract: Digital watermarking has been proposed as a solution to the problem of copyright protection of multimedia documents in networked environments. It makes possible to embed a watermarking (such as identification data, serials number, text or image etc) to multimedia documents allowing copyright protection, secret communication, document authentication and so on. This paper implement tow algorithm schemes. First is the LSB(Least significant bit). In this scheme we can replace the least digit of digital image with watermarked information. Second, a discrete wavelet transform(DWT) based digital image watermarking blind scheme has been realized applying the spread spectrum technology, which is not embedded watermarking sequence itself directly, but the random sequence according to a KEY. Through calculation of the correlation, the embedded watermarking was successfully extracted blindly without original vector images. The advantage, the disadvantage and the application occasion of these two schemes were compared. Last, the diversity of robustness against some styles of attack between them were presented by the means of the experiment result.
Key words: Digital Watermarking; LSB; Wavelet Transform; Spread spectrum Technology
1 前言
随着通信、计算机和网络技术的飞速发展，数字图像的高速传输、处理和存储已成为现实，但是由于网上的数字图像很容易被截获、复制及篡改，这严重侵犯了单位或个人的知识产权。为解决这一问题，近几年国际上提出了一种全新的信息安全技术，即数字水印技术，并广泛应用于图像、视频和音频等数字媒体。由于它在版权保护、真伪鉴别、秘密通信和隐含标注等领域有着广泛的应用前景，因此它将成为一个非常重要的研究领域。
1 前言1
1.1 本课题研究的背景及意义1
1.2 数字图像水印的发展历史及其发展趋势1
1.2.1 数字图像水印的研究历史1
1.2.2 发展趋势3
1.3 论文组织及整体安排3
2 数字图像的水印技术研究4
2.1 数字图像水印技术及其通用模型4
2.2 数字图像水印的基本特征6
2.3 数字图像水印的性能分析8
2.4 数字图像水印的应用9
2.5 小结9
3 LSB水印算法与基于小波变换的扩频水印算法9
3.1 LSB水印算法9
3.2 小波的定义11
3.2.1 小波函数11
3.2.2 连续小波变换11
3.3 离散小波变换12
3.3.1 离散小波函数12
3.3.2 离散小波变换12
3.4 扩频技术的基本原理及在水印中的应用13
3.5水印嵌入14
3.6 水印检测15
3.7 小结16
4 算法比较分析16
4.1 算法回顾16
4.2 算法比较16
4.3 应用比较17
5 实验结果分析18
5.1 水印嵌入与提取比较18
5.2 算法性能比较20
6 总结26
参考文献27
英文摘要28
附录29
致谢38
仲恺农业工程学院毕业论文(设计)成绩评定表39
参考文献：
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作者点评：
鲁棒数字水印算法的研究和比较
本文主要讨论了两种水印算法。
LSB（最低有效位）也称为最不显著位，它是载体信息用二进制表示时的最低位。空域水印算法中最简单和具有代表性的方案是用水印信息代替载体作品信息的最低有效平面或者多个平面，这时的水印信息通常是二值比特序列。LSB算法实现容易，但鲁棒性方面差，水印嵌入位置确定，容易受到攻击。本文讨论的算法属于比较原始的算法，水印（二进制序列）嵌入的位置在图像像素（二进制表示）最低位，在实际应用中，还可以用水印信息替换多个平面（通常采用第四位以下平面），还可以用一个随机序列来随机替换要替换的位平面，从而使得位平面的位置不再固定，以加强安全性。
对于第二种介绍的水印算法，从信息论的角度，将载体图像看作信道，水印看作信号，设计了基于小波变换的扩频水印算法。水印信号经过伪随机序列调制频率被扩展后嵌入图像的小波变换域，当大部分频带被干扰，水印信号还可以由其他小部分频率信息恢复，而且水印信号的抽取不需要原始载体图像。此算法相对来说较为复杂，但鲁棒性好，抵抗攻击能力强，可以应用于版权保护，隐藏标识等一般场合，也可以应用于认证，机密信息传输等场合。
从实验结果可看出，这两种算法对不同的攻击所表现出来的鲁棒性不同，在实际应用中要根据需要来选取。但从总体上来说，小波算法的鲁棒性要比LSB算法要好。