基于DCT的数字水印技术的图像识别
摘要：
随着信息技术，特别是网络技术的发展与普及，信息的传输、存储、发布等过程都面临着安全问题、版权保护问题和认证问题等，而数字水印就是解决这些问题的一种有效的技术手段。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。数字水印是利用数字作品中普遍存在的冗余数据和随机性，把标识版权的水印信息嵌入到数字作品中，从而可以起到保护数字作品的版权或其完整性的一种技术。
关键词：数字水印；DCT变换；Matlab程序
一、数字水印技术的概念、特性
1.1数字水印技术的基本概念
数字水印技术是指用信号处理的方法，在数字化多媒体数据中嵌人某些能证明版权归属或跟踪侵权行为的数字信息，如作者签名、日期、公司的商标或随机序列等，用以证明作者的版权，并可作为解决版权冲突、起诉非法侵犯的证据，从而有效地保护作者的合法利益。 1.2数字水印的特性
1)嵌人有效性。水印作品是输入到检测器后能检测出水印的作品。根据此定义，水印系统的有效性是指嵌入器的输出被水印化的概率。
2)不可感知性。不可感知性是针对不可见水印而言的。该特性要求经过嵌入算法加入水印处理后的产品，即使采用统计的方法也不能提取或确定水印的存在。 3)虚警率。虚警是指在实际不含水印的作品中检测出水印。虚警率是指在给定的检测次数中，虚警发生的次数。
4)鲁棒性。鲁棒性是指经过常规信号处理操作后，水印算法仍能检测到水印的能力。
5)安全性。安全性是指所采用水印的嵌入算法依赖于水印嵌入时所使用的密钥，而不是依赖于对所采用算法的保密。
6)易恢复性。这主要是针对一些实时性要求较强的用途(如视频水印的验证等)提出的。只要拥有正确的水印算法和密钥，就能很容易地从隐藏载体中提取出水印信息，而不必耗费大量时间做水印鉴定。 1.3数字水印的定义和基本特点
目前虽有许多文献讨论有关数字水印技术的问题，但数字水印始终没有一个明确统一的定义。Cox等把水印定义为“不可感知地在作品中嵌入信息的操作行为”；杨义先等认为“数字水印是永久镶嵌在其它数据（宿主数据）中具有鉴别性的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性”。我个人认为后一种说法更为确切一些，因为可见水印是可以感知到的，但它的存在并不影响宿主数据
的可用性，嵌入的水印同样可以起到鉴别的目的。
不同的应用对数字水印的要求不尽相同，一般认为数字水印应具有如下特点：
(1) 不可见性。在宿主数字媒体中嵌入一定数量的附加信息后，不能引起明显的将质现象，隐藏的数据不易觉察，即无法人为的看见或听见。
(2) 稳健性。数字水印必须对施加于宿主媒体的变化或操作具有一定的免疫力，不能因为某种变换操作导致水印信息的丢失，即水印被迫坏，从而失去商用价值。常用的变换操作有：信道噪声、滤波、有损压缩、重采样等。
(3) 安全性。数字水印应该能够抵抗各种蓄意的攻击，同时应很难被他人复制和伪造。
(4) 有效性。水印提取算法应高效，提取出的水印应能唯一标识版权所有者。 (5)抗窜改性。 与抗毁坏的鲁棒性不同,抗窜改性是指水印一旦嵌入到载体中,攻击者就很难改变或伪造。鲁棒性要求高的应用，通常也需要很强的抗窜改性，在版权保护中,要达到好的抗窜改性是比较困难的。 1.4 数字水印技术的一些局限
1.不知道能够隐藏多少位。尽管非常需要知道指定大小载体信息上可以隐藏多少比特的水印信息，但这个问题还没有得到圆满解决。事实上，对给定尺寸的图像或者给定时间的音频，可以可靠隐藏信息量的上界，目前还不清楚。对图像水印，只能说目前使用的算法可以隐藏几百比特位的水印信息。
2.还没有真正健壮的盲图像水印算法。对图像水印鲁棒性还是个问题，目前还没有能够在经过所有普通图像处理变换后，仍能幸免的盲水印算法。尤其是能够抵抗几何处理的攻击，被认为是很难实现的目标。
3. 所有者能去除标记。迄今为止提出的所有盲图像水印，实际上都是可逆的。已知水印的准确内容!以及水印的嵌入和检测算法，则总能在没有严重损坏资料的前提下，使水印不可读取。目前还不清楚这个缺点在将来还是否存在；同时在设计版权保护系统时，必须考虑如下问题：一旦水印内容已知，则有可能去除水印或者部分水印。此外，迄今为止提出的水印算法，其可逆性使人们提出极大的疑问，即设计能够抗篡改的健壮公开水印技术是否可能？事实上，如果允许任何人读取水印，则任何人只要知道水印嵌入算法，就可以消除水印。
二．基于DCT的数字水印技术的图像识别
2.1.数字水印的一般模型如图所示：
水印信息 嵌 入 过 程 原始图像 含 水 印 信 号
如上图所示，频域法检测水印的原理是将原始信号与待检测信号同时 进行变换域变换，比较两者的区别，进行嵌入水印的逆运算，得出水印信息。如果是可读的水印，那么就此结束，如果是不可读水印，如高斯噪声，就将得出的水印与已知水印作比较，由相关性判断，待检测信号含不含水印，故水印的检测有两个结束点。
2.2可实现数字水印技术的高效实用工具——MATLAB （1）Matlab的应用： 1.数字水印技术
a.集成了DFT、DCT、DWT等函数有丰富的小波函数和处理函数，这不仅方便了研究人员，而且使源程序简洁明了、易于实现。
b.强大的数学运算功能。能够方便、高效地实现音频、视频中的大量矩阵运算。提供了图像处理工具箱、小波分析工具箱、数字信号处理工具箱。 c.用来编制跨数字图像处理技术、数字信号处理等多学科的数字水印技术是非常好的选择。MATLAB与目前最强大的编程工具——Visual C++具有良好的接口。 （2）图像分析处理
Matlab的ImageProcessingToolbox提供了大量用于图像处理的工具函数，利用这些函数，可以分析图像数据，获取图像细节信息，并且设计相应的滤波算法，滤出图像数据所包含的噪声。当然，滤波器的设计是通过Matlab产品提供的交互式工具完成的，这些工具还能够完成选取图像区域，测量图像误差和获取、统计像素信息等功能。