基于小波包变换的非对称数字水印研究

论文摘要

数字技术和互联网的发展为各种形式的数字作品的传播提供了便利,但同时数字作品极易被理想复制的特性也容易被盗版者利用。数字水印技术是当前版权保护的重要手段之一。然而,已有的数字水印方案绝大多数都是对称体制的,由于安全问题而不能提供公开检测,限制了数字水印技术的推广和应用。非对称水印方案是解决对称水印安全问题的一种有效途径。目前对于非对称数字水印技术的研究仍处于起步阶段,还有待进一步研究。本文分析了数字水印技术的一般原理、典型算法、常见的攻击方法及评估方法,并重点研究了非对称数字水印技术;对小波包分析理论和图像去噪理论进行了研究,给出了一种基于最优小波包基的模极大值图像去噪改进方法,并利用该去噪方法对含水印图像进行复原滤波,从而得到水印信号的估计,实现了水印的盲检测;鉴于队列置乱变换良好的置乱效果和密钥空间的无穷性,提出了一种基于队列置乱的加权非对称水印方案,通过以加权和的方式嵌入两个互不相关且检测性能互补的水印信号来实现非对称检测,其中秘密水印是公开水印的置乱版本。利用上述去噪方法进行水印检测,并对水印的鲁棒性和检测的可靠性以及方案的安全性进行了分析和测试;最后设计并实现了一种基于多水印思想的非对称水印方案,采用双极性抖动量化的方法在小波包域嵌入多个不同版本的水印,根据信噪比自适应地确定量化步长,通过公开一个版本水印的嵌入信息,实现公开检测。本文所设计的两种非对称水印方案,均可实现水印的公开检测和盲提取,水印验证方便,并且由公钥无法推知私钥,具有较高的安全性;能够防止水印伪造,可进行盗版追踪,版权认证过程效率高;在小波包域自适应嵌入水印,扩大了水印的嵌入空间,改善了水印的透明性和稳健性。基于最优小波包基的模极大值图像去噪改进方法,简化了计算过程,提高了计算速度,并可较好地保留图像的细节信息,得到原始图像的较好逼近。实验证明,本文所设计的两种方案具有可靠的检测性能,对常见的图像处理攻击具有较好的鲁棒性,系统能够提供最小安全性,满足非对称数字水印的基本要求,具有一定的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景和目的
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文工作
• 1.4 本文结构
• 第二章 数字水印技术
• 2.1 数字水印技术的一般原理
• 2.1.1 数字水印的概念及特性
• 2.1.2 数字水印系统基本模型
• 2.1.3 数字水印的分类
• 2.1.4 数字水印的应用
• 2.2 典型水印算法
• 2.3 常见的攻击方法
• 2.4 数字水印的评估方法
• 2.5 非对称数字水印技术
• 2.5.1 非对称数字水印基本模型及特点
• 2.5.2 典型非对称数字水印方案
• 2.5.3 常见的对非对称水印系统的攻击
• 2.6 小结
• 第三章 小波包分析理论与水印估计
• 3.1 小波分析理论
• 3.1.1 连续小波变换及其离散形式
• 3.1.2 多分辨分析
• 3.1.3 小波的分解与重构
• 3.2 小波包分析理论
• 3.2.1 小波包的概念
• 3.2.2 图像的小波包分解
• 3.2.3 最优小波包基的选择
• 3.3 基于小波包分析的图像去噪和水印估计
• 3.3.1 图像去噪和水印估计
• 3.3.2 一种改进的小波包图像去噪方法
• 3.4 小结
• 第四章 基于队列置乱的加权非对称水印方案
• 4.1 基于队列变换的置乱技术
• 4.1.1 图像置乱技术
• 4.1.2 队列置乱变换算法
• 4.1.3 队列置乱变换的周期性
• 4.1.4 基于队列变换的图像置乱及恢复
• 4.1.5 队列置乱变换的安全性
• 4.1.6 队列置乱变换在本文中的应用
• 4.2 一种基于队列置乱的加权非对称水印方案
• 4.2.1 嵌入水印的生成
• 4.2.2 水印的嵌入
• 4.2.3 水印的检测与提取
• 4.2.4 安全性能分析
• 4.2.4.1 减去攻击下的水印检测与提取
• 4.2.4.2 穷举攻击
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 无攻击下水印的检测与提取
• 4.3.2 鲁棒性攻击实验
• 4.3.3 减去攻击下水印的检测和提取
• 4.4 小结
• 第五章 一种基于多水印思想的非对称水印方案
• 5.1 水印的生成
• 5.2 水印的嵌入
• 5.3 公钥和私钥的选取
• 5.4 水印的提取
• 5.5 安全性能分析
• 5.6 实验结果及分析
• 5.6.1 公私钥检测响应
• 5.6.2 公私钥鲁棒性测试
• 5.7 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果