基于小波包的遥感图像半脆弱性数字水印
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摘要
摘 要
随着计算机网络技术和数字多媒体的迅速发展，图像、视频等数字化
的产品非常普遍，带给了人们丰富、及时、便利的大量信息，但同时引发
出数字信息安全问题和数字产权的安全问题。如何在网络环境中实施有效
的版权保护和信息安全手段，已经引起学术界、企业界以及政府部门的广
泛关注。
传 统 的 信 息 安 全 加 密 方 法 有 很 大 的 局 限 性 ， 数 字 水 印 (Digital
Watermarking)技术的提出为解决数字化信息的版权问题提供了新的有效
的方法，半脆弱性数字水印技术不仅保护媒体中的水印不被篡改或去掉，
同时还能抵抗一些正常的处理(如压缩)，有的水印方法还能确定出被篡改
的位置或性质。
本文的研究分为四个部分：第一，提取水印：针对不同分辨率的遥感
影像采用二进小波提取边缘特征作为零水印；第二，水印置乱：对水印图
像采用一种改进的新置乱算法，该算法由仿射变换推导得来，具有很强的
信息隐藏性，并且算法简单；第三，水印嵌入：对不同分辨率的多光谱遥
感影像采用正交小波包对 R、G、B 三个波段进行分解，然后根据不同的
图像在 R、G、B 三个波段的敏感程度，在不同的小分解系数中嵌入不同
强度的水印，在水印嵌入过程中产生两个个私有密钥，以备后面检测时使
用；第四，半脆弱性水印的检测验证。验证内容包括：根据上述得到的密
钥先验证图像是否存在水印，若存在水印，则进一步提取出水印，并根据
压缩、加噪和剪切、涂改等方法来验证本文算法的鲁棒性，并确定遥感图
像中被篡改的位置。
With the development of computer network technology and digital
multimedia, which supply information for us timely, at the same time the
question on security of digital information and authenticity are brought
forward. How to bring into effect measure of protect authenticity and security
information has paid great attention by academe, enterprise, government.The
conventional means of information security have their characteristic of
localization, Semi-fragile digital watermarking technology supply new
effective means for protect authenticity and information security, digital
watermarking not only ensure the watermark is not tampered or get rid of ,but
also resist some normal processing, for example: compression, some
watermarking means has the capacity of located the tamper.
The method four departments: Firstly, generate watermarking, extracting
edge characters from different resolution RS images with dyadic wavelet as
the zero watermarking; secondly, scramble watermarking, scrambling the
image based on a new method which was deduced from affine transformation
and not only had better information cryptic character, but also was easily
computed; thirdly, embed watermarking, the R,G,B bands of different
resolution multi-spectral image was decomposed by orthogonal wavelet
packet，then embedded different intensity of watermarking in sub-bands
wavelet packet coefficients separately, and during the course of embedding
watermarking two private keys were generated; at last, inspect semi-fragile
watermarking, which includes inspecting whether the image included the
watermarking by using the keys attained form the course of embedding
watermarking, and if it was a marked image, then extracted watermarking, at
last validated the degree of robustness by compressing, cutting, altering and
adding noises to it, and located the tamper parts of the image.
随着计算机网络技术和数字多媒体的迅速发展，图像、视频等数字化
的产品非常普遍，带给了人们丰富、及时、便利的大量信息，但同时引发
出数字信息安全问题和数字产权的安全问题。如何在网络环境中实施有效
的版权保护和信息安全手段，已经引起学术界、企业界以及政府部门的广
泛关注。
传 统 的 信 息 安 全 加 密 方 法 有 很 大 的 局 限 性 ， 数 字 水 印 (Digital
Watermarking)技术的提出为解决数字化信息的版权问题提供了新的有效
的方法，半脆弱性数字水印技术不仅保护媒体中的水印不被篡改或去掉，
同时还能抵抗一些正常的处理(如压缩)，有的水印方法还能确定出被篡改
的位置或性质。
本文的研究分为四个部分：第一，提取水印：针对不同分辨率的遥感
影像采用二进小波提取边缘特征作为零水印；第二，水印置乱：对水印图
像采用一种改进的新置乱算法，该算法由仿射变换推导得来，具有很强的
信息隐藏性，并且算法简单；第三，水印嵌入：对不同分辨率的多光谱遥
感影像采用正交小波包对 R、G、B 三个波段进行分解，然后根据不同的
图像在 R、G、B 三个波段的敏感程度，在不同的小分解系数中嵌入不同
强度的水印，在水印嵌入过程中产生两个个私有密钥，以备后面检测时使
用；第四，半脆弱性水印的检测验证。验证内容包括：根据上述得到的密
钥先验证图像是否存在水印，若存在水印，则进一步提取出水印，并根据
压缩、加噪和剪切、涂改等方法来验证本文算法的鲁棒性，并确定遥感图
像中被篡改的位置。
With the development of computer network technology and digital
multimedia, which supply information for us timely, at the same time the
question on security of digital information and authenticity are brought
forward. How to bring into effect measure of protect authenticity and security
information has paid great attention by academe, enterprise, government.The
conventional means of information security have their characteristic of
localization, Semi-fragile digital watermarking technology supply new
effective means for protect authenticity and information security, digital
watermarking not only ensure the watermark is not tampered or get rid of ,but
also resist some normal processing, for example: compression, some
watermarking means has the capacity of located the tamper.
The method four departments: Firstly, generate watermarking, extracting
edge characters from different resolution RS images with dyadic wavelet as
the zero watermarking; secondly, scramble watermarking, scrambling the
image based on a new method which was deduced from affine transformation
and not only had better information cryptic character, but also was easily
computed; thirdly, embed watermarking, the R,G,B bands of different
resolution multi-spectral image was decomposed by orthogonal wavelet
packet，then embedded different intensity of watermarking in sub-bands
wavelet packet coefficients separately, and during the course of embedding
watermarking two private keys were generated; at last, inspect semi-fragile
watermarking, which includes inspecting whether the image included the
watermarking by using the keys attained form the course of embedding
watermarking, and if it was a marked image, then extracted watermarking, at
last validated the degree of robustness by compressing, cutting, altering and
adding noises to it, and located the tamper parts of the image.
引文
参考文献
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社,2002:7
85
燕山大学工学硕士学位论文
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
本人研究课题为“基于小波包的遥感影像半脆弱性数字水印”，在读期
间发表的论文情况如下：
1王文君,秦其明,陈思锦. 一种基于特征的遥感影像融合新方法.遥感技
术与应用,(已录用)
2 王文君,陈思锦,秦其明. 基于双正交小波的多分辨率遥感图像数据融合.
现代电子技术,2004,5:31-35
3 QinQiming, Wang Wenjun ,Chen Sijin.The Application of Dyadic Wavelet
In the RS Image Edge Detection. 第 24 届亚洲国际遥感会议.釜
山,2003:1024-1027
4 陈思锦,秦其明,王文君.基于小波多分辨分析的遥感图像 Brovey 改进算
法,解放军测绘学报,(已录用)
参加的科研项目：北京大学遥感所秦其明教授主持的自然科学基金项
目(N0.40071061)和国家 103 主题 863 项目(2001AA13511)。
1 A.Tirkel, G.Rankin, S.R.Van, et al. Electronic Watermark. Proc.
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5 钟 桦 , 刘 芳 . 自 适 应 空 域 易 损 水 印 . 计 算 机 研 究 与 发
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燕山大学工学硕士学位论文
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
本人研究课题为“基于小波包的遥感影像半脆弱性数字水印”，在读期
间发表的论文情况如下：
1王文君,秦其明,陈思锦. 一种基于特征的遥感影像融合新方法.遥感技
术与应用,(已录用)
2 王文君,陈思锦,秦其明. 基于双正交小波的多分辨率遥感图像数据融合.
现代电子技术,2004,5:31-35
3 QinQiming, Wang Wenjun ,Chen Sijin.The Application of Dyadic Wavelet
In the RS Image Edge Detection. 第 24 届亚洲国际遥感会议.釜
山,2003:1024-1027
4 陈思锦,秦其明,王文君.基于小波多分辨分析的遥感图像 Brovey 改进算
法,解放军测绘学报,(已录用)
参加的科研项目：北京大学遥感所秦其明教授主持的自然科学基金项
目(N0.40071061)和国家 103 主题 863 项目(2001AA13511)。