图像与图形数字水印技术研究

论文摘要

伴随着网络技术和多媒体技术的飞速发展，数字水印被广泛地应用于版权保护，数据跟踪与监视，多媒体认证等方面。针对不同的应用目的，学者们提出了不同的解决方案及水印算法。本文从数字水印的实际应用出发，围绕着数字水印技术在多媒体认证、数字地图和三维模型版权保护三个方面实际应用中需要解决的问题，并对以上三个方面研究现状进行系统分析与论述的基础上，展开了深入的研究与探讨，提出了如下一些新的水印算法和解决方案： 关于半脆弱水印算法及其在多媒体信息认证方面的应用，本文工作如下： (1) 通过分析MHB算法，发现MHB算法中不仅认证码的生成部分和嵌入部分完全分离，而且嵌入过程按比特位独立进行，各比特的嵌入互不相关，因而攻击者可以改变一个嵌入块不会影响其它的嵌入块，且嵌入部分的改变不影响认证结果。为此，本文对MHB算法进行改进，构造一种互相关策略，不仅使得认证码生成块与嵌入块之间互相关，而且嵌入块与嵌入块之间也是互相关的，实现了一种安全的子块相关半脆弱数字水印算法。理论证明显示改进的算法明显提高了篡改攻击的安全性，且实验结果表明在质量因子Q≥50的JPEG压缩下算法是鲁棒的，对其它恶意攻击具有敏感性。 (2) 针对数字签名在多媒体信息认证方面存在签名容易被删除，有损压缩极易导致签名失效等缺陷，提出将半脆弱水印用于多媒体信息完整性与真实性认证的方案。构建了一个集成加密、信息隐藏和半脆弱水印技术的网络安全交易模型，系统地阐述了模型的组成、认证过程，分析并形式化证明了模型的安全性。同时，探讨了将模型应用于电子商务信息安全交易的可行性。 关于数字地图版权保护方面的应用，本文工作如下： (1) 基于数字栅格地图特有的着色机制和亮度统计特性，实验分析表明可以在地图的直流分量中嵌入比一般自然图像更强的水印信号。据此本文提出分别在离散余弦变换的直流分量和高频分量中重复嵌入有意义的水印信息，有效地解决了直流分量中嵌入水印抗噪声性能差，高频分量中嵌入水印抗几何攻击能力弱的问题。并依据地图固有特性寻找特征点，在提取前对水印地图做基于几何特征的校准预处理，从而全面提高栅格地图水印抗综合攻击性能。 (2) 分析并利用了遥感图像纹理特征和小波分解后的频域统计特性，提出首先将大幅面的遥感图像划分成合适的大小，再对各子块图像作基于双正交7／5小波分解，采用一定策略将二值水印图像嵌入到除低频子带外的其余子带中，并实现盲检测。同时在嵌入过程中，通过对双正交9／7小波视觉模型的扩展，构造

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 信息加密技术
• 1.1.2 信息隐藏技术
• 1.1.3 数字水印技术
• 1.2 数字图像水印技术
• 1.2.1 数字图像水印分类
• 1.2.2 数字图像水印攻击
• 1.2.3 半脆弱数字水印算法
• 1.3 二维矢量数据水印技术
• 1.3.1 二维矢量地图特点与安全
• 1.3.2 二维矢量地图数字水印算法
• 1.4 三维网格模型水印技术
• 1.4.1 三维网格模型水印特点
• 1.4.2 三维网格模型水印算法
• 1.5 亟待解决的问题
• 1.6 论文的主要工作和组织
• 第二章 半脆弱水印技术及应用
• 2.1 研究背景
• 2.1.1 半脆弱水印技术
• 2.1.2 基于半脆弱水印的安全交易
• 2.2 抗JPEG压缩的半脆弱水印算法
• 2.2.1 相关算法性能分析
• 2.2.2 子块相关的半脆弱水印算法
• 2.2.3 实验结果与讨论
• 2.3 基于半脆弱水印的安全交易模型
• 2.3.1 安全交易模型总体设计
• 2.3.2 模型的关键技术
• 2.3.3 模型安全性形式化证明
• 2.4 小结
• 第三章 地图栅格数据水印技术
• 3.1 数字地图版权保护
• 3.1.1 数字地图基本知识
• 3.1.2 数字地图版权保护技术
• 3.2 互补的栅格数字地图水印算法
• 3.2.1 互补水印算法的基本思想和框架
• 3.2.2 栅格地图互补水印算法
• 3.2.3 实验结果与讨论
• 3.4 基于小波变换的遥感图像自适应盲水印算法
• 3.4.1 遥感图像特征分析
• 3.4.2 双正交7／5小波滤波器的提升实现
• 3.4.3 水印图像预处理
• 3.4.4 水印嵌入原理
• 3.4.5 实验结果与讨论
• 3.5 小结
• 第四章 地图矢量数据水印技术
• 4.1 基于双重嵌入机制的鲁棒矢量地图水印算法
• 4.1.1 MQUAD算法分析
• 4.1.2 双重嵌入算法
• 4.1.3 实验结果与讨论
• 4.2 基于B样条的等高线地图小波域盲水印算法
• 4.2.1 相关研究工作
• 4.2.2 水印嵌入域计算
• 4.2.3 水印嵌入原理
• 4.2.4 水印算法
• 4.2.5 实验结果与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 三维几何模型数字水印技术
• 5.1 相关研究工作进展
• 5.2 基于Nielson仿射不变量的三维网格盲水印算法
• 5.2.1 算法的基本思想
• 5.2.2 Nielson仿射不变量
• 5.2.3 水印嵌入与提取算法
• 5.2.4 实验结果与讨论
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 未来研究展望
• 参考文献
• 攻读博士期间主要科研成果
• 攻读博士期间发表的主要论文
• 攻读博士期间主持与参与的主要项目、奖项
• 致谢
• 独创性声明