一种基于DCT的数字水印算法开题报告.doc

1、毕 业 设 计（论 文）任 务 书一、设计（论文）的教学目的通过本课题的设计,培养学生综合运用科学知识解决实际问题的能力,培养学生独立思考和独立工作、调查研究、查阅文献和资料及撰写论文的能力。深化和拓展学生在数字水印技术方面的知识视野，使学生加深对数字水印领域的知识和理解，掌握数字水印算法的嵌入和提取以及鲁棒性测试，锻炼和提高学生运用matlab工具进行水印技术测试的能力。培养学生以后对工作的责任感。提高个人素质，能和团队合作完成大型项目的开发。二、设计（论文）的主要内容基于简单离散余弦变换数字水印的实现及对水印鲁棒性的基础探讨(1) 数字水印技术的发展历程与当前国际数字水印技术的发展现状及前

2、景研究。(2) 基于离散余弦变换（DCT）数字水印的定义、特点及算法流程。(3) MATLAB工具研究图形的优势及使用MATLAB工具数字水印的流程。（4）运用Stirmark4.0对数字水印的鲁棒性进行简单测试。三、设计（论文）的基本要求1、设计者必须发挥独立思考、独立操作、独立编程、独立分析问题的能力；2、收集和查询数字水印技术的研究背景及有关技术资料；3、熟悉matlab编程语言；4、掌握离散余弦变换的特点及其在水印中的应用；5、设计数字水印的嵌入与提取算法与实现，并进行鲁棒性分析；6、撰写毕业设计说明书（或毕业设计论文），不少于20000字。四、进度安排序号论 文（设 计）各 阶 段

3、内 容起止日期1查阅资料及开题1.203.12系统分析与设计阶段3.23.163系统实施、调式阶段3.174.174论文写作阶段（完成论文初稿）4.185.125毕业设计说明书编写和审阅及打印5.135.28五、主要参考文献1 孙圣和/陆哲明/牛夏牧, 数字水印技术及应用M,科学出版社，20042 赖志国/余啸海，Matlab图像处理与应用M，国防工业出版社，20043 施健，基于DCT域的数字图像水印研究D，吉林大学，20044 姚敏，数字图像处理，机械工业出版社，2008 5 王颖/肖俊/王蕴红，数字水印原理与技术，科学出版社，20076 原岛博，图象信息压缩(薛培鼎,徐国鼐译)M，科学出

4、版社，20047 Mohamed F. MansourCanonical transformations of the discrete cosine transform J. Signal Processing，2007Vol.87; No.6P135513628 Chiou-Ting Hsu，Ja-Ling Wu Hidden Digital Watermarks in ImagesJ. IEEE Transactions on Image Processing，1999Vol.8,no.1P58689 杨文泉/陆阳，基于离散余弦变换图象水印算法的研究J，计算机工程与应用,200310 李

5、廷洪/聂东/王群,一种基于DCT 的静态图像的数字水印算法J,内蒙古大学学报(自然科学版)，2004Vo l.35 No.49 施健，基于DCT域的数字图像水印研究D，吉林大学，200410 姚敏，数字图像处理，机械工业出版社，20082011届学生毕业设计(论文)材料（二）学 生 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 书课题名称一种基于DCT的数字水印算法姓 名XXX学 号院 系专 业指导教师XXX 讲师2011年3月1日设计（论文）题目一种基于DCT的数字水印算法课题的根据：1）说明本课题的理论、实际意义 2）综述国内外有关本课题的研究动态和自己的见解20世纪80年代，索尼和菲利浦公司首

6、次提出了数字媒体版权保护的方案SCMS(Serial copy management system)，数字水印技术也是在继数字隐藏技术后提出的一种数字媒体版权保护方案，发展到现在不仅仅局限于版权保护，也延伸到商务交易中的票据防伪、声像数据的隐藏标识和篡改提示、隐蔽通信及其对抗等领域。随着电子政务的广泛应用，其安全性问题也日益突出，电子政务所涉及的相当多的信息都带有机密性，除黑客攻击病毒感染等来自网络的安全威胁外，也易受到来自系统应用的假冒用户登录、非法篡改等数据安全的威胁。我国现有的电子政务网络基础设施和系统安全解决方案大多是通过防火墙、入侵检测、漏洞扫描、网络隔离等技术和设备来保障系统的安全

7、，这在一定程度上可以保证电子政务信息系统的安全，但仍存在着安全漏洞，我们在电子政务的建设中，除了必要的网络安全技术外，还必须重视对数字信息安全认证的问题。数字水印技术为上述问题提供了一个有效的解决方案，是目前多媒体信息安全研究领域的一个热点。该技术采用信息处理技术把版权信息、认证信息等秘密信息，即水印，嵌入到原始数据中去，但不影响原内容的价值和使用，水印信息可以是产品的序列号、版权所有者的标志等认证信息。通过特定的算法恢复和检测被嵌水印后，可有效地分析信息失真的情况，判断信息是否被篡改，为版权所有者提供信息被盗版的有利证据。因此，一个实用的数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和不可见性。所

8、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。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：（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。（

9、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。由于数字水印技术在信息安全和经济上的重要地位，国际上在数字水印方面的研究虽然刚开始不久，但是发展较为迅速，世界各国的科研机构、大学和商业集团都积极地参与或投资支持此方面的研究。IBM公司、日立公司、NEC公司、Pioneer电子公司和Sony公司等五家公

10、司还宣布联合研究基于信息隐藏的电子水印。数字水印技术在国内的起步较晚，但随着信息交流的加快和水印技术的迅速发展，国内的一些研究单位已逐步从技术跟踪转向深入系统地研究，各大研究所和高校也纷纷投入到数字水印的研究中去。由于DCT变换域数字水印鲁棒性强、.隐蔽性好的特点，所以它具有良好的抗干扰能力，是目前研究最多的一种数字水印。本论文通过基于离散余弦变换（DCT）数字水印的研究与实现，对数字水印技术的发展与趋势及对现阶段国际主流数字水印技术的应用有更加深入的了解。离散余弦变换的数字水印算法主要通过MATLAB工具来实现，同时在实现DCT变换域数字水印的基础上运用Stirmark4.0对水印鲁棒性和安

11、全性进行深一步的探讨。目前，离散余弦变换（DCT for Discrete Cosine Transform）数字图像水印的研究从结构层次上可分为基础理论研究、应用基础研究和应用技术研究3个层次：基础理论研究：主要针对感知理论、信息隐藏及其数字水印模型、理论框架等。应用基础研究：主要方向是针对声音、图像和视频等多媒体信号，研究相应的数字水印隐藏算法和检测算法，以及能够抵抗仿射变换、滤波、重采样、色彩抖动和有损压缩的鲁棒的数字水印技。应用技术研究：以实用化为主要目的，研究各种多媒体格式的DCT数字图像水印算法。今后DCT域数字图像水印技术的研究仍将着重于顽健性、真伪鉴别、版权证明、网络快速自动验

12、证以及声频和视频水印等方面，并将与数据加密技术紧密结合，特别是顽健性和可证明性的研究。课题的主要内容: 1、 数字水印技术的算法分类：（1）空域算法 空域算法是指数字水印嵌入和提取的过程全部在空间域中完成，不需要进行频率域的变换。（2）变换域算法 变换域算法是指在嵌入和提取水印的过程中，需要进行频率域变换操作的算法。进行频率域变换的目的是增强水印算法的健壮性，使得图形在有损压缩和滤波后仍能很好的提取出水印信息。 DCT变换域方法DWT变换域方法（3）压缩域算法 充分考虑JPEG、MPEG和VQ技术的结构和特性（4）生理模型算法 人的生理模型包括人类视觉系统HVS（Human Visual Sy

13、stem）和人类听觉系统HAS（Human Auditory System）2、 DCT变换域方法：一维离散余弦变换既可以有定义直接计算，也可以采用快速离散余弦变换（FDCT）算法来实现。FDCT有两种算法：一种是利用FFT的快速算法，另一种是基于代数分解的快速算法。由于二维离散余弦变换的可分离性，二维DCT可以用一维DCT来实现。3、 离散余弦变换的MATLAB实现：MATLAB是当前在国内外十分流行的工程设计和系统仿真软件包。它是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一人方便的、界面友好的用户环境。

14、MATLAB提供了dct2函数和idct2函数用于进行二维DCT和二维IDCT的计算。4、 数字水印鲁棒性的探讨： Stirmark 是一个水印技术的测试工具，给定嵌入水印的图像，Stirmark 生成一定数量的修改图像，这些被修改的图像被用来验证是否水印能检测出。Stirmark也提出了一个过程来联合不同的检测结果和计算在0和1之间的一个全面的分数。 Fabien Petitcolas在剑桥大学读博士期间研发了Stirmark，因为在1997年第一次公布，Stirmark在水印领域引起了广泛的兴趣，现在变成了最广泛使用的数字水印技术评测工具。运用Stirmark4.0工具对处理过后的数字水印

15、图像进行剪切(Cropping)、水平翻转(Flip)、旋转(Rotation)、旋转-尺度(Rotation-Scale)等一系列操作来评价数字水印图像的鲁棒性。研究方法：1、 资料搜集：对数字水印技术的发展历史和现阶段国际水印技术的主流研究进行深入了解，明确各个算法的优缺点，定位研究方向。2、 理论研究：全面深入了解离散余弦（DCT）变换算法的定义及特点，熟悉变换的原理及流程。3、 编程实践：运用MATLAB工具实现DCT变换，数字水印的嵌入，数字水印的检测等系列操作。运用Stirmark4.0对处理后的数字水印图像进行鲁棒性测试，对基于离散余弦变换 的数字水印算法的鲁棒性进行简单探讨。完

16、成期限和采取的主要措施：1、 1月20日-3月1日 查找相关内容并在老师的指导下完成毕业设计开题报告。2、 3月2日-3月20日 从网络和图书馆广泛阅读文献资料，全面熟悉数字水印的内容及了解数字水印的研究背景和应用领域。3、 3月21-4月初 深入了解基于离散余弦变换（DCT）的数字水印技术，包括离散余弦变换的定义及特点，了解离散余弦变换算法的内涵与实际。4、 4月初-5月初 编写DCT变换、数字水印的嵌入、数字水印的检测等程序代码，并使用MATLAB工具实现数字水印的操作。5、 5月初-5月中旬 利用Stirmark4.0对所做的数字水印进行鲁棒性测试，对基于离散余弦变换的数字水印鲁棒性进行

17、探讨。 6、 5月中旬-5月底 整理论文文档，完成毕业论文的编写及交由指导老师审阅、修改，定稿并打印主要参考资料：1 孙圣和/陆哲明/牛夏牧, 数字水印技术及应用M,科学出版社，20042 赖志国/余啸海，Matlab图像处理与应用M，国防工业出版社，20043 施健，基于DCT域的数字图像水印研究D，吉林大学，20044 姚敏，数字图像处理，机械工业出版社，2008 5 王颖/肖俊/王蕴红，数字水印原理与技术，科学出版社，20076 原岛博，图象信息压缩(薛培鼎,徐国鼐译)M，科学出版社，20047 Mohamed F. MansourCanonical transformations of

18、 the discrete cosine transform J. Signal Processing，2007Vol.87; No.6P135513628 Chiou-Ting Hsu，Ja-Ling Wu Hidden Digital Watermarks in ImagesJ. IEEE Transactions on Image Processing，1999Vol.8,no.1P58689 杨文泉/陆阳，基于离散余弦变换图象水印算法的研究J，计算机工程与应用,200310 李廷洪/聂东/王群,一种基于DCT 的静态图像的数字水印算法J,内蒙古大学学报(自然科学版)，2004Vo l.

19、35 No.4指导教师意见： 签名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时间地点与会人员姓 名职务(职称)姓 名职务(职称)姓 名职务(职称)会议纪要： 主持人：记录人： 年 月 日指导小组意见 负责人签名： 年 月 日院系意见 负责人签名： 年 月 日1， 什么是数字水印技术？有何特点？数字水印技术是一种信息安全技术 ,是在数字信息中加入不可见的标记 ,从而实现数字产品的版权保护。其基本特征有：鲁棒性、安全性和不可见性1、 数字水印测试基准程序主要有哪些？Stirmark 4.0：Stirmark 是一个水印技术的测试工具，给定嵌入水印的图像，Stirmark 生成一定数量的修改图像，这些被修改的图像被用来验证是否水印能检测出。 Checkmark 1.2：Checkmark 是一个数字水印技术测试基准工具，运行在UNIX 或Windows系统下 、Matlab环境中，其提供一个有效的评价数字水印技术的工具。Checkmark 包括了一些在Stirmark没有提到的攻击。而且，该评测攻击考虑到应用。 Optimark：Optimark 是一个静态图像水印算法测试基准工具，是由希腊Aristotle 大学信息学系人工智能和信息分析实验室发展的。2、 数字图像水印的应用领域？ 版权保护； 加指纹； 标题与注释； 篡改提示； 使用控制。