数字图像处理论文：混沌数字水印技术的原理和发展状况

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混沌数字水印技术的原理和发展状况

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。

关键词：数字水印、应用领域、发展前景 一、数字水印技术的概念、特性

（一）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。

（二）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。

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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。 二、数字水印技术的数学原理

定义1 对于N

A iI

N

矩阵有N个标量 (i=1、2、3…N)满足:

i

0则称这一组 i

为矩阵A唯一的特征值.

1的向量Vi

定义2 如果存在这样一个N

,有:AVi

iVi

则称Vi为A的与特征值 i对应的一个特征向量. A一共有N个特征向量.

定义3 (矩阵奇异值分解) 矩阵的奇异值分解(Singular Value

R

m n

Decomposition,简称SVD）是矩阵所固有的特征，设矩阵A

rank(A) r,r n

，

，那么矩阵

A

的奇异值分解定义如下：

A UDV

T

10

u,u, ,u m 12

00

u1, um R

m n

0

T

v,v, v n 12

r

m n

v1, vn R

n n

jujvj

j 1

r

其中，U和V是正交矩阵，其列

向量分别为ui和vi；U，V分别称为矩阵A的左奇异矩阵和右奇异矩

i(i阵；D是对角阵；

1, ,r)称作矩阵A

的奇异值，此处是AAT或AAT

方

根

，

满

足

的特征值

i

的正平

1 2 r

r 1 m 0。矩阵奇异值具有很好的稳

定性，当矩阵A有微小振动时，其奇异值的改变不会大于振动矩阵的

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2－范数。若矩阵奇异值经过归一化处理，则可实现奇异值的比例不变性。另外，矩阵奇异值还具有旋转不变性，因此，奇异值能有效地反映矩阵的特征，在图像处理中能表现图像的代数特性。矩阵SVD分解在一定程度上可以用来进行图像压缩.对于图像分解得到的奇异值矩阵 ,将其较小的一些对角元清为0,再进行SVD反变换即可完成图像的有损压缩.

SVD

方法的基本原理是将水印嵌入到图像矩阵的奇异值中。在水

印的嵌人过程中对图像矩阵Amn的奇异值分解，得到两个正交矩阵U、

V

及一个对角阵S。水印W

R

m n

被叠加到矩阵S上，对新产生的矩阵

1

1

S W

进行奇异值分解，得到U、S和V

1

(S W

U1S1V1)，其中常数

T

调节水印的叠加强度。然后将矩阵U、S和VT相乘，得到处理

1

后的包含水印的图像A。即如果矩阵A和W分别表示原始图像矩阵和水印，那么通过以下的四个步骤得到水印图V： 1）将图像矩阵A进行奇异值分解A

USV

T

S W

2) 读取水印图像W，将其迭加到对角阵S上得到新矩阵S,3) 将新矩阵S,进行奇异值分解S,4)得到含水印的图像

US1V

T

U1S1V1

T

A

1

1

在水印的检测过程中，如果给出矩阵U、S、V和可能损坏的水印图像A ，那么通过简单的逆过程就可以提取出可能已经失真的水印W ，即：

1) 可能损坏的水印图像A 进行奇异值分解A

US1V

T

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2) 计算中间矩阵D 3) 获得水印图像W

U1S1V1

1(D

T

S)

计算提取的水印与原水印的相似系数，作为二者的相似程度, 相似系数越接近1就越相似。 三、数字水印技术的应用领域

数字水印技术作为一种有效的数字产品所有权保护技术，它有着巨大的应用市场。数字水印技术主要应用于以下5个方面。

1)数字作品的版权保护。 2)电子商务的发展。 3)商务交易中的票据防伪。 4)音像数据的隐藏标识和篡改保护。 5)数字指纹。

五、数字水印技术的发展前景

数字水印的研究以计算机科学、密码学、通讯理论、算法设计和信 …… 此处隐藏：1571字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……