用于圖像認(rèn)證的半脆弱水印算法研究

摘要
因特網(wǎng)的出現(xiàn)以及計算機(jī)、掃描儀和打印機(jī)的廣泛使用使得數(shù)字化多媒體數(shù)據(jù)的獲取、交換和傳輸變得異常簡單。但是通過網(wǎng)絡(luò)傳播數(shù)據(jù)也使有惡意的個人或團(tuán)體在沒有得到數(shù)據(jù)文件所有者許可的情況下能肆意地復(fù)制和傳播有版權(quán)保護(hù)的文檔。數(shù)字水印技術(shù)則為這種問題提供了一個潛在的解決方案。

論文研究的方向–半脆弱(Semi-fragile)數(shù)字水印,是數(shù)字水印（Digital Watermarking）的一個重要分支。論文首先介紹了水印技術(shù)的通用概念和方法，然后介紹了半脆弱水印的幾種常見算法，在此基礎(chǔ)上提出了一種能抗幾種典型攻擊的半脆弱算法。本算法實現(xiàn)分成四個部分，水印預(yù)處理，水印嵌入，水印檢測，攻擊檢測。通過實驗可以看出，算法能有效實現(xiàn)圖像認(rèn)證的功能。算法用Matlab6.5實現(xiàn)仿真。
最后，對半脆弱水印技術(shù)所存在的問題和未解決的難題進(jìn)行了思考，并對其之后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 版權(quán)保護(hù) 數(shù)字水印 半脆弱 Matlab

ABSTRACT
第一章 緒論
計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，大大地方便了人們獲取信息和交流信息。由于數(shù)字化信息以多種形式在網(wǎng)絡(luò)上迅速便捷地傳輸，政府、企業(yè)及個人都逐漸把網(wǎng)絡(luò)作為主要的通信手段，大量重要文件和個人信息以數(shù)字化形式存儲和傳輸，電子商務(wù)則通過網(wǎng)絡(luò)為我們提供了各種服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)與信息安全問題變得越來越重要。

傳統(tǒng)的信息加密方法可以加密文本信息，保證其傳輸?shù)陌踩?，但如果要對圖像、視頻和聲音等多媒體信息進(jìn)行加密，則基于密碼學(xué)的傳統(tǒng)加密方法就比較困難了，隨著計算機(jī)處理能力的快速提高，這種通過不斷增加密鑰長度來提高系統(tǒng)密級的方法變得越來越不可靠。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的發(fā)展，信息已經(jīng)不僅僅局限于文本，許多信息是圖形圖象和視頻格式，需要認(rèn)證和版權(quán)保護(hù)的聲像數(shù)據(jù)也越來越多。此外，在軍事領(lǐng)域，人們可能需要將一幅作戰(zhàn)地圖隱藏在一幅藝術(shù)作品中。這些應(yīng)用需求正是數(shù)字水印技術(shù)要解決的問題。

1.1 課題研究意義
1.1.1 使用數(shù)字水印的必要性
數(shù)字水印（Digital Watermarking）技術(shù)是通過一定的算法將一些標(biāo)志性信息直接嵌入到多媒體內(nèi)容當(dāng)中，但不影響原內(nèi)容的價值和使用，并且不能被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。其中的水印信息可以是作者的序列號、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等，可用來識別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發(fā)行人、合法使用人對數(shù)字產(chǎn)品的擁有權(quán)。嵌入數(shù)字多媒體作品中的數(shù)字水印須具有以下特性：

（1）不可見性或隱蔽性：不易被察覺，不會引起原來數(shù)字作品明顯的圖像質(zhì)量下降，即看不到數(shù)字水印的存在；

（2） 魯棒性：即當(dāng)被保護(hù)的信息經(jīng)過某種改動后，比如在傳輸、壓縮、濾波，圖像的幾何變換如平移、伸縮、旋轉(zhuǎn)、剪裁等處理下，數(shù)字水印不容易被破壞；

（3）安全性：加入水印和檢測水印的方法對沒有授權(quán)的第三方是保密的而且不可輕易被破解，即使被黑客檢測到了也不能讀出（數(shù)字水印需要加密）。

因特網(wǎng)的出現(xiàn)以及計算機(jī)、掃描儀和打印機(jī)的廣泛使用使得數(shù)字化多媒體數(shù)據(jù)的獲取、交換和傳輸變得異常簡單。但是通過網(wǎng)絡(luò)傳播數(shù)據(jù)也使有惡意的個人或團(tuán)體在沒有得到數(shù)據(jù)文件所有者許可的情況下能肆意地復(fù)制和傳播有版權(quán)保護(hù)的文檔。數(shù)字水印技術(shù)則為這種問題提供了一個潛在的解決方案。數(shù)字水印是往多媒體數(shù)據(jù)（如圖像、聲音、視頻信號等）中添加某些數(shù)字信息以達(dá)到版權(quán)保護(hù)等作用。如果沒有魯棒性（Robustness）的要求，水印與信息偽裝技術(shù)上的處理本質(zhì)上是完全一致的。典型數(shù)字水印系統(tǒng)模型：

圖1.1 水印信號嵌入模型

圖1.2 水印信號檢測模型

圖1.1為水印信號嵌入模型，其功能是完成將水印信號加入原始數(shù)據(jù)中；圖1.2為水印信號檢測模型，用以判斷某一數(shù)據(jù)中是否含有指定的水印信號〔2〕。
數(shù)字水印主要用于：阻止非法復(fù)制（間接的）、確定所有權(quán)（作者、發(fā)行人、分發(fā)商、合法的最終用戶）、確定作品的真實性和完整性（是否偽造、被篡改）、證實收件人、不可否認(rèn)的傳送、法庭證據(jù)的驗證、贗品甄別、識別文件來源與版本、Web網(wǎng)絡(luò)巡邏監(jiān)視盜賊、廣播監(jiān)控〔1-2〕 。