開題報告--基于小波分析的數(shù)字水印加密技術(shù)研究

1、<p>　　綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義</p><p><b>　　1、課題選擇的背景</b></p><p>　　多媒體技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展給人們的工作和生活都帶來了巨大的便利，以數(shù)字媒體為載體的作品如書籍、音樂、圖像和視頻等由于其獲取容易、復(fù)制簡單和傳播快速等優(yōu)點極大地豐富了人們的生活。但同時盜版和侵權(quán)問題也日益嚴(yán)重，嚴(yán)重?fù)p

2、害了原創(chuàng)者和使用著的利益。而字水印技術(shù)作為一種有效的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和數(shù)據(jù)安全維護(hù)的技術(shù)近年來引起了人們的高度重視。</p><p>　　數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的一個重要分支，它的基本思想是將具有特定意義的標(biāo)記（水?。?，利用數(shù)字嵌入的方式隱藏在數(shù)字圖像、音頻、視頻、文檔等數(shù)字產(chǎn)品中，用以證明創(chuàng)作者對其作品的所有權(quán)，并作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù)；同時，通過對水印的檢測和分析保證數(shù)字信息的完整可靠性，從

3、而成為知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字多媒體防偽的有效手段。</p><p>　　2、數(shù)字水印技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　“水印”可以看作是版權(quán)保護(hù)的代名詞。從早期的紙質(zhì)水印到現(xiàn)在的數(shù)字水印，我們可以發(fā)現(xiàn)版權(quán)制度和傳播技術(shù)之間總是存在著微妙的互動關(guān)系。正是中國古代印刷術(shù)的發(fā)明導(dǎo)致了現(xiàn)代版權(quán)制度的建立，雖然最早出現(xiàn)在700年前的人工造紙術(shù)中的水印只是為了識別生產(chǎn)廠商和商標(biāo)，以及區(qū)分紙的規(guī)格、

4、質(zhì)量及重量，但在現(xiàn)今，隨著數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，版權(quán)危機(jī)又重新擺在人們面前，數(shù)字水印的誕生成為必然。</p><p>　　早期的數(shù)字水印技術(shù)是針對數(shù)字圖像的，關(guān)于該技術(shù)的論述首見于Tirkel等人在1993年的一篇文章中。篇文章中首次提出了電子水?。‥lectronic water mark）的說法，其隨后又發(fā)表了一篇題為“A Digital Watermark”的文章，正式提出了“數(shù)字水印”這一術(shù)語。學(xué)術(shù)界

5、在1996、1998、1999年召開了三屆信息隱藏技術(shù)國際研討會。在SPIE和IEEE的一些重要會議上也開辟了相關(guān)的專題。自1998年以來，IEEE的多家刊物都組織了數(shù)字水印技術(shù)的技術(shù)?？?qū)ｎ}報道。政府組織和許多企業(yè)及公司的參與與投入，更使得數(shù)字水印技術(shù)成為當(dāng)前信息科學(xué)中的一個新的研究熱點。</p><p>　　國內(nèi)在數(shù)字水印方面的研究起步稍晚一些，但已引起了信息安全領(lǐng)域研究人員的普遍關(guān)注。1999年12月，我

6、國信息安全領(lǐng)域的何德全院士、周仲義院士、蔡吉人院士與有關(guān)應(yīng)用研究單位聯(lián)合發(fā)起召開了我國第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會。2000年1 月，由國家863計劃智能計算機(jī)專家組織召開了“數(shù)字水印技術(shù)學(xué)術(shù)研討會”，來自國家自然科學(xué)基金委員會、國家信息安全測評認(rèn)證中心、中科院自動化所模式識別國家重點實驗室、中科院計算所CAD開放實驗室、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、國防科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等多家科研機(jī)構(gòu)和高等學(xué)府的專家學(xué)者和研究人員參加了這次會議，充分

7、反映了我國對這一領(lǐng)域研究的高度重視和大量投入。雖然數(shù)字水印在國內(nèi)的應(yīng)用還處于初級階段，但水印公司的創(chuàng)辦使得數(shù)字水印技術(shù)在國內(nèi)不僅僅只停留在理論研究的層面上，從而走上了實用化和商業(yè)化的道路，這樣會更加推動國內(nèi)水印技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為國內(nèi)的信息安全產(chǎn)業(yè)提供有效的、安全的保障。數(shù)字水印技術(shù)在軍事通信、國家信息安全、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)、多媒體及印刷出版領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問

8、題 </p><p><b>　　基本內(nèi)容</b></p><p>　　各種形式的水印信號可統(tǒng)一表示為</p><p>　　其中表示維數(shù)為d的水印域，d=1,2,3，分別對應(yīng)為音頻、靜止圖像和視頻水??；U表示水印信號的值域，可以是二值或?qū)崝?shù)。水印的基本框架可以為六元組（X，W，K，G，E，D）表示。</p><p>　　

9、其中X表示所要保護(hù)的數(shù)字產(chǎn)品的集合；</p><p>　　W表示水印信號的集合；</p><p>　　K表示水印密匙空間；</p><p>　　G表示利用密匙K和待嵌入水印的數(shù)字作品X共同生成水印的算法，即；</p><p>　　E表示將水印W嵌入數(shù)字作品的水印嵌入算法，即；</p><p>　　D表示水印檢測算法，即

10、</p><p>　　其中0表示沒有水印，1表示水印存在。</p><p>　　常用的實現(xiàn)數(shù)字水印的算法可分為兩大類：空間域數(shù)字水印和變換域數(shù)字水印。而常見的變換域數(shù)字水印實現(xiàn)算法主要有離散余弦變換DCT、小波變換DWT、付氏變換FT或FFT及哈達(dá)馬變換Hadamard Transform等。數(shù)字水印系統(tǒng)設(shè)計主要有三部分組成：水印生成、水印嵌入和水印檢測。由于基于小波變換的數(shù)字水印具有良好

11、的時頻和空頻特性，能充分的利用人類視覺特性實現(xiàn)水印嵌入，故我們選用小波變換，利用某種小波函數(shù)將水印圖像嵌入原圖像，而水印圖像我們又要利用加密、偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器或混沌理論加密來更好的保密信息，之后并對水印進(jìn)行檢測。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計的主要流程圖：</p><p><b>　　擬要解決的主要問題</b></p><p>　　1、如何利用加

12、密、偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器或混沌理論產(chǎn)生混沌序列及矩陣，實現(xiàn)對水印的加密生成二值灰度圖像；2、選擇何種小波變換實現(xiàn)水印的嵌入，使得到水印圖像更安全、穩(wěn)定、可靠；3、在matlab中通過編程驗證設(shè)計的正確性，并得出實驗結(jié)果。</p><p>　　研究步驟、方法及措施 </p><p><b>　　研究的步驟</b></p><p>　　學(xué)習(xí)小波分析變換的

13、基本理論，了解不同函數(shù)所實現(xiàn)的功能</p><p>　　學(xué)習(xí)數(shù)字水印技術(shù)的基本知識，了解并掌握其基本框架，分類和各種實現(xiàn)方法等，尤其是基于小波變換的數(shù)字水印的實現(xiàn)</p><p>　　學(xué)習(xí)MATLAB的基本知識、軟件工具的簡單應(yīng)用，掌握如何利用MATLAB編程實現(xiàn)基于小波變換的數(shù)字水印</p><p><b>　　2.研究方法</b></

14、p><p>　　本文將運用仿真分析法，依據(jù)現(xiàn)有的理論體系和問題需要，對數(shù)字圖像水印加密技術(shù)進(jìn)行研究，利用MATLAB仿真軟件對基于小波變換的數(shù)字水印加密進(jìn)行仿真分析，通過有步驟的操作，完成水印圖像的加密和嵌入，以及最后的檢測。</p><p><b>　　研究工作進(jìn)度 </b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計初、前期(2011年2月～2011年3月)

15、</p><p>　　確定畢業(yè)設(shè)計題目，查閱相關(guān)參考資料，弄清數(shù)字水印和小波分析變換基本概念、分類及構(gòu)成要素，確立初期設(shè)計方案，完成開題報告；</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計中期(2011年4月～2011年5月)</p><p>　　掌握基于小波分析的數(shù)字水印的基本原理，翻譯外文資料，完善設(shè)計方案并撰寫論文初稿；</p><p>　　第三階段(

16、2011年5月～2011年6月)</p><p>　　用MATLAB仿真軟件編程對具體實例進(jìn)行仿真實驗，分析仿真結(jié)果，證明設(shè)計方案的正確性；</p><p>　　第四階段(2011年6月)</p><p>　　總結(jié)前幾個階段的工作，撰寫并完成畢業(yè)設(shè)計論文，繪制圖紙，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計論文答辯；</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)&l

17、t;/b></p><p>　　1 楊福生. 小波變換的工程分析與應(yīng)用. 北京：科學(xué)教育出版社，1999.2</p><p>　　2 鐘樺，張小華，焦李成. 數(shù)字水印與圖像認(rèn)證——算法及應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.8 </p><p>　　3 王朔中，張新鵬，張開文. 數(shù)字密寫和密寫分析——互聯(lián)網(wǎng)時代的信息戰(zhàn)技術(shù). 北京：清華大學(xué)出版

18、社，2005.4</p><p>　　4 飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心. 小波分析理論與MATLAB 7 實現(xiàn). 北京：電子工業(yè)出版社，2005.3</p><p>　　5 丁文霞，杜先鋒. 基于視頻序列的數(shù)字水印算法研究. 哈爾濱：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工程碩士學(xué)位論文，2009.4</p><p>　　6 劉彥偉. 基于小波變換的圖像數(shù)字水印技術(shù)論文. 北京：北

19、京交通大學(xué)，2010</p><p>　　7 王炳錫，彭天強(qiáng)．信息隱藏技術(shù)[M]．北京：國防科技出版社，2007</p><p>　　8 劉九芬、黃達(dá)人.數(shù)字水印中的雙正交小波基中[J].山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2002</p><p>　　9 王吉林.一種基于離散小波變換的數(shù)字水印算法[J]. 鹽城工學(xué)院學(xué)報，2010</p><p&g

20、t;　　10 周熠.圖像數(shù)字水印中的小波變換技術(shù)研究[J]. 計算機(jī)與數(shù)字工程， 2004</p><p>　　11 張愛輝，杜先峰，任震霖．抗幾何攻擊的數(shù)字圖像水印算法綜述．微計算機(jī)應(yīng)用，2009年第3期</p><p>　　12 張愛輝，杜先峰，任震霖．?dāng)?shù)字水印在圖像內(nèi)容認(rèn)證中的應(yīng)用．科技信息，2008年第36期</p><p>　　13 任震霖，張愛輝，杜先峰

21、．淺談文本數(shù)字水印技術(shù)．科技信息，2008年第36期</p><p>　　14 彭玉華. 小波變換與工程應(yīng)用. 北京：科學(xué)教育出版社，1999.9</p><p>　　15 徐佩霞，陳功憲.小波分析與應(yīng)用實例. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001</p><p>　　16 李世雄. 小波變換及應(yīng)用. 大連：東北財經(jīng)大學(xué)出版社，1997</p>&

22、lt;p>　　17 趙紅怡，胡婧.基于人眼視覺的小波變換數(shù)字水印算法. 北方工業(yè)大學(xué),信號與信息處理專業(yè)，碩士學(xué)位論文，2008.5</p><p>　　18 占履軍， 張海志，胡曉暉. 基于小波分析的圖像數(shù)字水印處理. 現(xiàn)代計算機(jī)，2010.7</p><p>　　19 I. Cox, M. Miller, J. Bloom and Chris Honsinger, "D

23、igital Watermarking", J. Electron. Imaging 11, 414 (2002); doi:10.1117/1.1494075</p><p>　　20 Kundur, D. Hatzinakos, D.，Digital watermarking using multiresolution wavelet decomposition. Proceedings of t

24、he 1998 IEEE International Conference on:2969 - 2972 ,1998</p><p>　　21 Hsu Chiou -Ting ,Wu Ja Ling. Hiding digital watermarking in image. IEEE Trans. On Image Processing,1999,8(1):58-68</p><p>　

25、　22 Hartung F and Kutter M. Multimedia watermarking technologys. Proceedings of the IEEE, 1999,87(7):1079-1107</p><p><b>　　六、指導(dǎo)教師意見 </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師簽字： </b></p>

26、;<p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　系級教學(xué)單位審核意見：</p><p>　　審查結(jié)果： □ 通過 □ 完善后通過 □ 未通過 </p><p><b>　　負(fù)責(zé)人簽字：</b></p><p><b>　　年 月 日<