一种半色调图像数字水印技术Word文档格式.docx

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数字水印技术能够将具有特定意义的标记（水印），隐藏在数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中，用以证明制作者对其作品的所有权，同时通过对水印的检测和分析来保证数字信息的完整可靠性。

半色调图像作为有着广泛应用背景的特殊媒介，其数字水印的研究对于保护半色调产品的版权，防止产品被非法拷贝和篡改有着切实的意义。

论文用计算机仿真软件MATLAB完成了对灰度图像的半色调化处理和在半色调图像中嵌入水印，并对嵌入水印后的半色调图像进行水印攻击测试来检测水印的鲁棒性。

关键词：

半色调图像；

数字水印技术；

MATLAB。

TheDigitalwatermarkingtechnologyofHalftoneimage

ABSTRACT

Halftonetechnologyhasextensiveapplicationbackgroundsonlowresolutiondevices,suchaslaserandinkjetprinters,faxmachinesandlow-costliquidcrystaldisplays.Manymobiledevicesalsousethehalftonetechnique,suchascellularmobilephoneandPDA.Halftoneimageasoneoftheimportantmeansinthefuturedecadesofdisseminatinginformation,iswidelyusedinnewspapers,magazines,identitycards,thecurrency,checksandconfidentialdocumentsindustry.BecausetheIntemetnetworkisanopennetworkarchitecture,securitytechnologyofdigitalinformationtransmissionisveryimportant,suchasdigitalwatermarkingtechnology.Markerscanbedigitalwatermarkingtechnologyhasaspecificmeaning（watermark）,hiddeninthedigitalimage,sound,documents,books,videoandotherdigitalproducts,toprovetheproducerownershipoftheirworks,atthesametime,thewatermarkdetectionandanalysistoensuretheintegrityofthereliabilityofdigitalinformation.Halftoneimageasaspecialmediahasawideapplicationbackground,researchofthedigitalwatermarkingforhalftoneproductcopyrightprotection,topreventtheproductfrombeingillegallycopiedandtamperedwithrealsignificance.

ThecompletionofthegrayimageofthehalftoneprocessingandembeddedinthehalftoneimagewatermarkingusingcomputersimulationsoftwareMATLAB,andthewatermarkattacktesttodetecttherobustnessofwatermarkingforhalftoneimagewatermarking.

Keywords:

halftoneimage;

digitalwatermarkingtechnology;

MATLAB.

前言

近年来，随着电子信息技术和互连网技术的飞速发展，多媒体数据（图形图像、音频、视频等）的数字化为多媒体信息的存储、复制和传播提供了极大地便利，电子信息表达的准确性和效率被显著提高，数字信息间的共享及交流达到了空前的深度和广度，它的传播形式更加多样化。

由于任何事物都具有两面性，多媒体数据的数字化也不例外，它的这种便利性引起众多安全问题，如日常生活中，学生几乎人人拥有一台mp3或mp4，或手机，或笔记本等各种不同形式的电子设备，这些设备里面存储的歌曲基本都是从Internet上直接下载获得，而这种从Internet上非法复制及传播盗版音乐作品的行为使得歌曲作者的利益受到极大的侵害。

所以，数字多媒体的版权保护及内容认证等在内的多媒体信息安全问题已成为当今数字世界中亟待解决的议题。

除了与传统作品版权保护相类似的法律和管理手段外，还应该针对多媒体数据本身的特点为之提供技术上的保护。

密码技术是信息安全技术领域的主要传统技术之一，但是此方法有两大缺点：

一是加密后的文件因不可理解性从而妨碍信息的传播；

二是一旦被解密后，文件就不再受保护。

另一种信息安全的传统手段——数字签名技术，它需要在原始数据中加入大量的数字签名，这种方法影响了数字多媒体的适用性。

因此，数字水印（DigitalWatermarking）技术的研究就是在这种应用要求下迅速发展起来的。

数字水印技术为实现有效的信息版权保护提供了一条崭新的思路，成为数字信息安全研究领域的一个热点话题，已得到重视并逐渐形成完善的理论和技术，在实际中也得到了广泛的应用。

半色调技术是指用少量的色彩将一幅连续色调图像（如灰度图像和彩色图像）量化为一幅二值图像或是只有少数几种色彩的彩色图像，并且量化后图像的视觉效果和原始图像相似的技术。

因为人眼具有低通滤波特性，所以在观测半色调图像时，人眼会模糊图像像素点之间不连续的部分，使得半色调图像看起来和连续色调图像视觉效果相似。

由于半色调技术中使用较少的颜色数来表现物体，因此存储物体图像所占用的空间不大，而且传送图像时速度较快。

本文简要介绍了灰度图像的半色调技术，如抖动法、误差扩散法、直接二元搜索法等。

同时还简要介绍了数字水印技术的相关知识，包括数字水印技术基本概念与特性、数字水印模型、数字水印的分类及应用和对数字水印水印系统的性能评价。

论文利用计算机仿真软件MATLAB完成了对灰度图像的半色调化和在半色调图像中嵌入水印，并对嵌入水印后的半色调图像进行水印攻击测试来检测水印的鲁棒性。

本论文在仿真实验中对灰度图像的半色调化处理采用了误差扩散法，对水印的嵌入和提取采用了基于离散余弦变换（DiscreteCosineTransform，DCT）的水印算法。

论文最后对半色调图像数字水印技术的研究作了总结，对应用前景和发展方向进行了讨论。

第1章绪论

1.1研究背景和研究意义

数字水印（DigitalWatermarking）技术是指在数字媒体中嵌入与媒体的作者、版权和使用许可相关的信息，这些信息被称为数字水印，亦称电子水印，它通常是不可见或不可觉察的，并且是很难被破坏掉的。

水印嵌入过程本质是在宿主数据中（如图像、音频、视频等）嵌入第二个数据信息，该过程也不会影响原始数字媒体的正常使用。

含水印的数字载体通过一些计算操作可以检测或提取出水印信息，用以进行多媒体数据的版权保护。

数字水印是信息安全及隐藏技术中一个重要研究方向。

半色调技术应用于印刷领域已有一个多世纪，应用在数字输出设备上也有40多年，数字半色调技术具有重要的理论意义和应用价值。

数字半色调技术是指用少量的色彩将一幅连续色调图像（灰度或彩色图像）量化为一幅二值图像或者是只有少数几种色彩的彩色图像，而且结果图像的视觉效果与连续色调图像相似的技术。

该技术主要利用人眼的低通特性，当在一定距离下观察图像时，人眼将图像空间上接近的部分视为一个整体，使得半色调图像局部平均灰度近似于原始图像的局部平均灰度值。

半色调技术是针对打印输出的方法，而半色调数字水印技术则是在打印输出的过程中隐藏信息编码的技术，它与传统的图像数字水印有着不同的意义。

半色调数字水印技术在打印的图像和文档作品中包含水印信息，这些信息以不易被察觉的形式随图像和文档作品一起传播，用以证明创作者对作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据，同时通过对水印的检测和分析来保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效方式。

半色调图像作为有着广泛应用背景的特殊媒介，其数字水印的研究对于保护半色调产品的版权，防止产品被非法拷贝及篡改有着重要的意义。

由于数字水印技术在数字媒体信息版权保护方面的重要作用，全球支持或开展此项研究的政府机构和研究部门很多。

如包括美国财政部、美国版权工作组、美国洛斯阿莫思国家实验室、美国海陆空军研究实验室、欧洲电信联盟、德国国家信息技术研究中心、日本NIT信息与通信系统研究中心、麻省理工学院、南加利福尼亚大学、普渡大学、剑桥大学、瑞士洛桑联邦工学院、微软公司、朗讯贝尔实验室、以公司等机构,同时,BIM、日立、NEC、Pinoeer和snoy五家公司还宣布联合研究基于信息隐藏的电子水印。

1996年5月,第一届国际信息隐藏学术研讨会在英国剑桥牛顿研究所召开,至今该研讨会己举办了四届。

另外,在EIEE和SPEI等一些重要国际会议上也开辟了与数字水印相关的专题。

欧洲己有几项较大的工程项目如VIVA和ACTS中都有关于数字水印方面的专项研究。

用于半色调图像的数字水印算法，可查阅到的资料并不多。

不过在国外很多政府机构和研究部门已经开始这方面的研究。

如美国财政部委托麻省理工学院媒体实验室，探究在彩色打印机和复印机输出的图像中加入数字水印，通过实时地从扫描票据中判断水印的有无，快速辨识真伪；

在日本IBM东京研究室提出了用数据隐藏（DataHiding）鉴定数字化照片的来源，证实数字照片的完整性，判断照片是否被篡改以及定位篡改的地方；

瑞士AlpVision公司专为打印文档设计的SafePaper软件可嵌在MicrosoftWord软件中，是专为打印文档设计的安全产品，它将水印信息隐藏到纸的背面，以此来证明文档的真伪。

该公司研究的LabelIt软件，具有能够在任何扫描的图片中隐藏若干字符的技术。

这些字符隐藏在扫描的图像中，即使图像格式被改变，字符的标记也不会消失，而且是完全不可见的。

目前,国内已有不少研究机构及大学正在从事信息隐藏和数字水印方面的研究。

1999年底,第一届全国信息隐藏学术研讨会（CIHW）在北京电子技术应用研究所召开,至今己成功的举办了五届,在很大程度上推动了国内水印技