彩色图像数字水印技术研究

论文摘要

随着计算机网络和通信技术的飞速发展,包括数字图像在内的数字媒体得到了广泛的应用,但随之而来出现了一系列数字媒体的信息安全问题。一方面网页上处处可见图像,复制、编辑、非法散布数字图像在信息时代成了轻而易举的事情;另一方面,数字图像处理技术的成熟,使得伪造、篡改图像成为可能。数字图像的版权保护和内容认证问题变的日益突出,迫切需要解决这些问题。传统的加密系统可以起到保护作用,但是数据一旦被解开,就完全置于解密人的控制之下,原创作者没有办法追踪作品的复制和二次传播,加密技术的安全性也受到质疑。数字水印技术应用而生,成为实现数字产品版权保护与信息完整性验证的有效方法,目前已成为信息安全领域的一个研究热点。在研究了数字水印技术的基本理论和算法基础之上,对彩色图像的数字水印技术做了较深入的研究和分析。主要体现在以下几个方面:数字水印技术的研究情况,包括数字水印提出的应用背景和技术背景,国内外研究现状和数字水印的应用;数字水印的基本理论:包括数字水印技术的模型、针对图像的数字水印攻击技术、数字水印的特性及其图像数字水印的鲁棒性和不可见性研究;并且研究了现有数字水印算法,包括空间域算法和变换域算法。在此基础上本文着重做了两个方面的工作。第一是提出了一个基于小波变换和奇异值分解的彩色图像水印算法。结合人类视觉系统将一个灰度图像嵌入到彩色图像的蓝色分量中,很好地实现了水印的不可见性,实验中用信噪比说明了水印嵌入到蓝色分量比嵌入到其它颜色分量中可以更好地保持原始图像的感知质量。实验证明该方案对JPEG压缩和中值滤波等处理有较好的鲁棒性。第二个工作是提出了一个同时实现彩色图像版权保护和内容认证的数字水印方案。结合人类视觉系统在图像的绿色分量中嵌入版权信息,实现版权保护,在蓝色分量中嵌入二值图像,实现内容认证。与其它此类方案相比,通过与原始信息的相同位百分比计算,版权保护水印对JPEG压缩、高斯噪声等攻击抵抗力强;实验表明内容认证水印能更有效地刻画攻击和定位篡改;版权保护水印嵌入位置随机选取,内容认证水印经过Arnold变换置乱,使得方案的安全性加强。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数字水印的研究现状
• 1.2.2 数字水印的应用领域及发展前景
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文结构
• 第2章 数字水印技术的基础理论
• 2.1 数字水印简介
• 2.2 数字水印的一般模型
• 2.3 数字图像水印系统的基本要求
• 2.4 图像数字水印的攻击技术
• 2.5 图像数字水印测试
• 2.5.1 含水印图像质量评价
• 2.5.2 图像数字水印鲁棒性测试
• 2.6 图像的相关知识
• 2.7 MATLAB编程工具介绍
• 2.8 本章小节
• 第3章 图像数字水印算法
• 3.1 图像数字水印算法发展状况
• 3.2 算法的理论基础
• 3.2.1 小波分析
• 3.2.2 奇异值分解
• 3.2.3 离散余弦变换
• 3.2.4 人类视觉系统
• 3.3 基于离散小波变换和奇异值分解的水印算法描述
• 3.3.1 水印嵌入过程
• 3.3.2 水印提取过程
• 3.3.3 实验分析
• 3.4 小结
• 第4章 面向版权保护和内容认证的水印方案
• 4.1 引言
• 4.2 数字水印信号的形式
• 4.3 面向版权保护和内容认证的彩色图像水印算法
• 4.3.1 版权保护水印的嵌入和提取
• 4.3.2 内容认证水印的嵌入和提取
• 4.4 实验分析
• 4.4.1 算法的不可见性分析
• 4.4.2 版权保护水印的攻击实验
• 4.4.3 内容认证水印的攻击实验
• 4.5 算法的安全性实现
• 4.5.1 水印信息的安全
• 4.5.2 水印嵌入位置的保密性
• 4.6 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 附录B 水印程序