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1、嘉兴学院南湖学院（ 2009 届）毕业论文（设计）文献综述题目：基于 DCT 变换的水印算法实现专业：计算机科学与技术班级：计科 N052学号：200545229239姓名：郑吒指导教师：贾小军嘉兴学院南湖学院教学事务管理中心一、前言部分数字水印技术近年来得到了较大的发展，基于变换域的水印技术是目前研究的热点。数字水印根据水印的嵌入技术不同可以分为空域数字水印和变换域数字水印。直接在空域中对信号采样点的幅度值做出改变，嵌入水印信息的称为空域水印；对变换域中的系数（离散傅里叶变换系数、 离散余弦变换系数、离散小波变换系数等）做出改变以嵌入水印信息的称为变换域水印。一般来说变换域算法可嵌入的水印数
2、据量大，不可感知性好，安全性高。 本文研究的水印技术便是一种变换域算法，通过对原始图像进行DCT变换，然后加入水印信息来实现。二、主题部分近年来， 随着计算机多媒体技术和因特网技术的迅猛发展，人们可以很方便地传播、贝、存储和处理图像、音频、视频和文本等多媒体信息。与此同时，也引发了各种多媒体信息的传输安全问题和数字产品的版权保护问题。为了解决数字内容的版权保护和信息安全问拷题，近年来提出了加密- 解密、数字签名、数字标签、数字指纹、数字水印等多种技术1 。其中数字水印技术是20 世纪 90 年代出现的一门崭新的技术，它通过在数字产品中嵌入可感知或不可感知的信息来确定数字产品的所有权或检验数字内
3、容的原始性。数字水印技术弥补了加密 - 解密技术不能对解密后的数据提供进一步保护的不足；弥补了数字签名不能在原始数据中一次性嵌入大量信息的弱点；弥补了数字标签容易被修改和剔除的缺陷；弥补了数字指纹仅能给出出版权破坏者信息的局限。数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的重要分支，也是当今网络信息安全和数字媒体版权保护研究的热点。历史上， 水印是在纸上留下轻轻的烙印，这种烙印几乎是看不见的，除非在某种合适的条件下仔细地观察。几个世纪以来水印被用于证明物质材料的真实性，可以将相似的思想用于数字财产的保护。数字水印技术主要运用两个相关领域的技术：密码术和隐写术。密码术被定义为密写的研究， 如通过转换原始信
4、息到一种不容易被观察者看出来的格式来显示秘密消息的内容； 而隐写术是将一个消息隐藏于另一个消息的技术研究，不透露隐藏信息的存在或不让观察者发现消息里包含了一个隐藏信息2。从技术上来讲， 数字水印技术使用的思想主要来源于隐写术而不是密码术。经典的隐写术和数字水印之间主要的不同之处是：隐写术仅仅是企图在其他内容中隐藏一个消息（可能是一个水印），而数字水印还要强调阻止攻击者篡改水印。 Van Schyndel 在 ICIP 94会议上发表了题为“A digital watermark”的文章，它是第一篇在主要会议上发表的关于数字水印的文章，阐明了一些关于水印的重要概念，被认为是一篇具有历史价值的文献
5、3 。许多有关数字内容版权需要解决的问题类似于安全通信中密码术所解决的问题。如在分发传播时， 需要保证数字内容的完整性才能够检测到数字内容是否被修改。安全通信中， 密码术已利用带有密钥的数字签名解决了消息完整性问题。需要保证数字内容与其创建者、分发商或购买者之间的关联， 才能跟踪数字产品的传播。类似于安全通信中密码术所解决的不可否认性问题。 然而，传统的隐秘系统有一个重大缺陷，即不能保证数字内容与秘密信息永久地关联， 加密的数字内容一旦被破解，将无密可言。这就达不到版权保护的最终目的。常规上看， 密码术在通信中是将信息加密隐藏了，同时也提供了附加信息有效地保证了信息完整性和不可否认性。 但密码
6、术不能够将秘密信息嵌入到消息内容当中。所以说单单密码术是不能够保证数字内容被再次非法分发传播和随意篡改。为了保证对数字内容版权的进一步保护，需要扩展密码技术并将附加秘密信息嵌入到数字内容当中。解决该问题的技术称为数字水印技术 4 。数字水印是不可见的或几乎不可察觉的，数字水印技术可应用到数字视频、数字音频和数字图像等多媒体文档中。所谓数字水印技术， 就是将代表数字媒体著作权人身份的特定信息、 用户指定的标志或序列码等， 按照某种方式嵌入被保护的信息中， 在产生版权纠纷时， 通过相应的算法提取出该数字水印，从而验证版权的归属，确保媒体著作权人的合法利益，避免非法盗版的威胁。被保护的信息是任何一种
7、数字媒体，如软件、图像、音频、视频或一般性的电子文档等。数字水印是嵌在数字产品中的数字信号，水印的存在要以不破坏原数据的欣赏价值、使用价值为原则。近几年来， 图像、音频、视频等多媒体的数字水印技术发展很迅速， 国内外许多大学和科研机构都热衷于数字水印技术的研究，提出了许多算法和解决方案，取得了很大的进步，有些数字水印技术已经应用于商业目的。图像数字水印技术大体上可分为时空域和变换域数字水印技术。时空域数字水印技术中，嵌入图像的水印信息不经过任何变换，直接嵌入图像像素上。时空域的数字水印技术主要是基于改变图像数据统计特性的水印算法。如文献 5提出的patchwork算法，它是基于统计的数字水印嵌
8、入方案，该算法首先随机选择N 对像素点，在增加一点亮度的同时，相应降低另一点的亮度值，从而隐藏水印信息。变换域的数字水印技术是将图像和水印变换到不同的域（小波变换域、频率变换域、离散傅立叶变换域、离散余弦变换域等）上实现水印的嵌入。文献6还提出了基于人类视觉模型（HVS）的水印技术。音频水印技术主要集中于研究低比特位编码、相位编码、 基于扩展频谱编码和回声隐藏等四个方面 7 。低比特位编码音频数字水印技术基本思想是首先将水印编码成二进制串，然后用这些二进制串替换每个样本点的最不敏感的比特位，这就在音频信号中嵌入水印信息。低比特位编码水印技术是最简单的数字音频水印技术。 从信噪比方面来说相位编码
9、是最有效的编码方案之一， 因为实验显示人不可能感觉到由于平滑的相位改变甚至信号模式戏剧性地改变而引起生隐忧和不同。相位编码水印技术中，隐藏的水印信息用特定的相位或相位谱中的相位变化来表示。 如果音频信号被分解为许多节， 水印信息通常仅嵌在首节中， 并且要满足两个条件， 一是每节之间的相位差异需要保存； 二是嵌入水印信息的最后一个相位谱应该是光滑的， 否则，突然的相位改变会引起听觉上的感知。 基于扩展频谱编码水印技术基本思想是通过将加密数据扩展到尽可能大的频谱上而加密信息流。许多扩展频谱技术适于音频信号的信息隐藏。 回声隐藏是通过插入回声而隐藏信息的方法。插入的回声延迟应该小于听觉可感知的限度。
10、 另外还有基于人类听觉模型（ HAS）的水印技术。 视频水印技术方面8 ，Arena等人提出了将水印直接嵌入在MPEG-2 比特流域中， 避免了将水印嵌入在像素域中所必需的视频码流解码与再编码的繁琐运算；Su 等人提出了一个依赖于内容的空间嵌入视频水印方案，该方案基于两个基本思想：统计不可见性和设置内容同步；Mobasseri 等人提出了一个应用直接序列扩展频谱模型的视频水印方案；Jianhao Meng等人提出了一种在MPEG-1 和MPEG-2 压缩视频流中嵌入可视水印的方案。可见水印不同于不可见水印，它是通过在图像表面半透明的显示版权信息来防止盗版。北京邮电大学戴元军博士提出了一种改进的
11、基于扩展频谱的 MPEG视频水印方案，将水印信息嵌入到视频流中I 帧的色度的 DCT 的直流系数中，不需要完全解码，大大减少了运算的复杂度，提高了实用性。数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的重要分支，它除应具备信息隐藏技术的一般特点外，还有着其固有的特点。数字水印技术基本特征主要有3,8 ：（ 1）鲁棒性：指不因多媒体文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。（ 2）不可见性：利用人类视觉系统或听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。（ 3）不可检测性：指隐藏载体与原始载体具有一致的特性。（ 4）自恢复性：由于经过一些操作或变换后，可能
12、会使原图产生较大的破坏，如果只从留下的片断数据仍能恢复隐藏信号，而且恢复过程不需要宿主信号， 这就是所谓的自恢复性。现有国外的研究成果中，R. Agrawal910的方法以主键的HASH值作为定位标志，对数值型属性的LSB 位嵌入，按一定规则将特定位置的数值置为1 或 0。算法基于数据的概率特性，嵌入到关系数据中的编码没有特定含义，仅与数值本身有关，很难直接通过水印内容证明版权的所有者。R. Sion 11121314等提出针对数值型属性操作的方法，在可用性规则限定下修改数据的分布特性，成组嵌入水印信息。对数值的改变虽然在允许误差范围内，但改变了数据的分布特性，隐蔽性能不够好，嵌入过程的计算量
13、较大；文献 13 在提取水印时还需要使用嵌入图（ Embedding map），没有实现“全盲”提取。文献14利用主键定位对任意类型属性实现嵌入， 由水印码元计算某个属性的取值，对原始值进行替换以嵌入，虽没有改变数据的分布特性，但属性本身的值发生了变化，可能影响数据正常使用。Y.Li提出利用索引嵌入水印的方法 1516 ，通过改变关系数据各“索引对”之间的顺序嵌入水印。水印的嵌入不改变数据的物理位置， 也没有改变关系数据本身的值，数据没有失真， 几乎不影响数据的使用。但由于索引是关系数据内容之外的附加信息，若对关系表作重新索引或删除索引，则水印信息完全丢失，鲁棒性不够好。国内对数据库水印研究比
14、较少，主要有： 牛夏牧教授在文献9-14 的算法上作了改进 19 ，通过主键对数据分组，嵌入了有实际意义的信息。张勇博士，采用李德毅教授的云模型思想，将图像信息转换成水印云滴嵌入到关系数据中1718，提取时将原始版权图像与云滴进行相似性比较，属于非盲水印。 张勇博士提出的可逆关系数据水印方法 20 ，取关系数据末尾部分的差值，再利用小波变换方法展开，嵌入水印信息。本文提出一种基于DCT（离散余弦）变换的水印算法研究，并使用MATALB来实现水印算法， 通过研究与动手实现，来掌握新的工程工具的使用方法，并从中培养自己解决工程技术问题的能力。三、总结部分数字水印技术是近年来国际学术界兴起的一个前沿
15、研究领域。它与信息安全、 信息隐藏、密码学和隐写术等均有密切关系。特别是在网络技术和应用迅速发展的今天，数字水印技术的研究更具现实意义。当前，数字水印技术有几个缺点4 。首先，水印技术不足以禁止攻击者为了自己的利益处理水印数据对象。第二，没有相应的水印技术标准，公众还不能接受水印作为内容版权保护的合法形式。第三，还有许多与水印和因特网内容相关的法律性问题没有解决。 所以说数字水印技术作为保护数字内容版权的手段还不成熟，但是没有克服不了的困难， 也许在不久的将来，数字水印将名副其实地成为版权保护的有力手段。数字水印技术下一步的研究主要是提高现有水印算法的鲁棒性和安全性，从而发现更好的水印算法，增
16、强其在法庭上提供证据的可信赖性及增加其在商业上的应用。另外还要增加对其他非多媒体数字水印技术的研究，如关系数据库的非数值型属性数字水印技术等。四、参考文献1 王秋生 . 变换域数字水印嵌入算法研究 D. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2001.23 易开祥，石教英 . 数字水印技术研究进展 J.中国图象图形学报， 2001， 6(2):111-117.4 Elizabeth Ferrill, Matthew Moyer. A Survey of Digital WatermarkingDB/OL. Feb. 25, 1999.5 W.Bender, D.Gruhl, N.Morimoto, A.L
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