论文摘要
近年来,随着互联网的快速发展和普及,数字图像、数字音频和数字视频等数字媒体的传播变得越来越方便快捷,使得产品的所有权问题已经成为严重的社会问题。数字水印作为一种版权保护技术应运而生并迅速发展起来,成为信息安全和多媒体信号处理领域一个新的研究热点。数字水印技术的性能指标主要有安全性、鲁棒性和不可见性等。根据所基于的域,数字水印算法主要可分为空域和变换域算法两大类。空域算法鲁棒性比较差,水印容易丢失,而变换域算法,如离散余弦变换（DCT）和离散小波变换（DWT）,可以将嵌入水印的能量分布到空域的所有像素上,并可与国际图像压缩标准相兼容,因此,变换域算法具有很好的鲁棒性和应用前景。本论文首先介绍了数字水印的研究背景、意义、主要用途、工作原理、分类、性能指标、攻击类型、算法评价、国内外研究现状和论文的结构安排,以及傅里叶变换、余弦变换、小波变换、Arnold变换和矩阵的奇异值分解等本论文中用到的数字水印的数学基础知识;然后在充分调研相关文献的基础上,以静止图像作为研究对象,研究了四种基于变换域的数字图像水印算法;最后对论文的工作进行了总结,并展望了下一步的工作。完成了如下四项主要工作:（1）一种基于离散余弦变换和Arnold变换的数字图像水印算法的研究许多研究表明,Arnold变换可消除图像像素的空间相关性,有效地提高水印的鲁棒性,并具有变换简单、时空效率高、变换后的像素总个数和直方图不变等特点,在数字水印技术领域具有较广泛的应用。本论文将离散余弦变换和Arnold变换的优点有机结合,研究了一种基于离散余弦变换和Arnold变换的数字图像水印算法。算法简单、易于实现且水印提取时不需要载体图像,并具有较好的安全性、鲁棒性和不可见性。仿真结果验证了算法的有效性及抗JPEG压缩、低通滤波、剪切和噪声干扰等能力。（2）一种基于混沌的双重变换域数字图像扩频水印算法的研究许多研究表明,将扩频通信的思想用于水印算法的研究,能够提高水印的安全性和鲁棒性。混沌信号对初值具有敏感依赖性,可将初值作为嵌入和提取水印的密钥,也被广泛用于数字水印技术研究。此外,将离散小波变换和离散余弦变换结合用于数字水印算法的研究,能够有效地提高水印的鲁棒性。本论文将扩频通信、混沌、离散小波变换和离散余弦变换的优点有机结合,研究了一种基于混沌的离散小波和离散余弦双重变换域数字图像扩频水印算法。仿真结果表明,算法切实可行,不仅具有较好的安全性、鲁棒性和不可见性,而且在水印的提取过程中不需要载体图像。（3）一种基于Block-SVD的小波域彩色图像数字水印算法的研究近年来,矩阵的奇异值分解（SVD）作为一种强有力的数值分析技术,具有稳定性好,即经过处理后,奇异值不会有太大变化;包含矩阵固有的代数性质等特性,当载体图像尺寸比较大时,可以采用分块奇异值分解提高时空效率,因此,奇异值分解被广泛用于数字水印技术研究中。本论文将Arnold变换、离散小波变换和分块奇异值分解的优点有机结合,研究了一种基于Arnold变换和分块奇异值分解的小波域彩色图像数字水印算法。算法嵌入和提取水印时间较短,且采用灰度图像作为水印,增加了嵌入的信息量。仿真结果表明,算法具有较好的安全性和不可见性,不仅可以抵抗一些常规攻击如叠加噪声、JPEG压缩和锐化等,而且对于一些几何攻击如旋转、缩放和平移等也具有较好的鲁棒性。（4）一种基于奇异值分解的双重变换域数字图像水印算法的研究随着数字水印研究的兴起,变换域水印算法成为当今研究的热点。将离散小波变换和离散余弦变换结合用于数字水印算法的研究,能够有效地提高水印的鲁棒性。本论文将奇异值分解、离散小波变换和离散余弦变换的优点有机结合,研究了一种基于奇异值分解的离散小波和离散余弦双重变换域数字图像水印算法。仿真结果表明,算法具有较好的水印不可见性,不仅可以抵抗一些常规攻击如叠加噪声、JPEG压缩和锐化等,而且对于一些几何攻击如旋转、缩放和平移等也具有较好的鲁棒性。综上所述,本论文研究的四种基于变换域的数字图像水印算法均具有较好的安全性、鲁棒性和不可见性,在版权保护方面具有一定的应用价值。
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