基于小波变换的双数字水印技术研究与实现

论文摘要

随着计算机和网络技术的迅速发展,数字多媒体信息在变得容易获得的同时,也更容易遭受非法复制、伪造、篡改、侵权等攻击,而传统的基于密码学的安全措施对这些攻击显得力不从心,出于对数字产品本身及其所有者利益的保护,人们提出了数字水印技术。本文提出了一种基于小波变换的双数字水印技术,在图像的不同频带中分别自适应量化嵌入版权水印和认证水印,该双水印技术能对恶意的篡改做出准确的定位。本文使用的水印信息是由载体图像生成、基于图像内容的水印图像。首先对基于图像内容的水印进行相关度分析,然后进行位扩展生成版权水印,这样处理的优点在于可以使水印信息失真降至最低程度,同时提供一定程度的信息冗余,即一个比特的水印信息由多个比特的序列携带,冗余度愈大,水印抗攻击的能力愈强;接着对版权水印进行置乱变换,使攻击者无法解读嵌入的水印,进一步增加水印系统的安全性,而且置乱变换可以分散错误比特的分布,提高数字水印的视觉效果,增强数字水印的鲁棒性;最终生成嵌入到载体图像中的版权水印。对基于图像内容的水印进行Hash变换,进而生成认证水印,由Hash变换的性质可知,Hash变换后的认证水印将对图像的篡改非常敏感。本文定义了一种新的纹理特征表述方法,根据此纹理特征自适应定量地确定量化步长,进而提出了一种兼顾透明性和鲁棒性的量化方案嵌入水印信息。预处理完后的版权水印以块量化方法,结合邻域信息,嵌入到小波域的中高频子带。而认证水印则以单系数量化方法嵌入小波域的另一中高频子带。实验结果表明,本文提出的双水印算法具有较好的透明性,而且版权水印能够较好地抵抗叠加噪声、JPEG压缩、滤波、几何剪切、替换、旋转、降低对比度等,包括常规图像处理和恶意攻击的常见攻击,认证水印则在抗适度压缩、轻度加噪、滤波等合法失真的同时对剪切、替换等恶意攻击又十分敏感,具有一定的半脆弱性且能对恶意篡改区域做出准确判定。因此本文所提出的双水印算法在同时实现数字图像的版权保护和内容真实性认证方面是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 本文研究的目的和意义
• 1.3 数字水印技术的国内外研究现状
• 1.4 本文的工作及章节安排
• 第2章 数字水印的相关理论研究
• 2.1 数字水印原理
• 2.1.1 数字水印技术和密码术、信息隐藏技术的区别与联系
• 2.1.2 数字水印系统的基本模型
• 2.1.3 数字水印的基本特征
• 2.1.4 数字水印的分类
• 2.2 数字水印系统的功能模块
• 2.2.1 数字水印生成技术
• 2.2.2 数字水印嵌入技术
• 2.2.3 数字水印恢复技术
• 2.2.4 数字水印攻击技术
• 2.3 数字水印典型算法分析
• 2.3.1 空间域水印
• 2.3.2 变换域水印
• 2.4 小波变换与图像处理
• 2.4.1 二维小波变换与图像的多分辨率分解
• 2.4.2 图像的小波系数分析
• 2.4.3 本文所选用的小波基函数
• 2.5 提高水印技术敏感性的策略
• 2.5.1 用Rijndael加密算法来构造Hash函数
• 2.6 提高水印技术鲁棒性的策略
• 2.6.1 图像置乱
• 2.7 本章小结
• 第3章 版权保护与鲁棒性数字水印
• 3.1 算法的实施分析
• 3.1.1 人类视觉系统对数字图像的感知特性
• 3.1.2 选择小波域作为水印嵌入区域的基本思想
• 3.1.3 量化水印原理及量化步长的自适应确定
• 3.1.4 嵌入频带的选取
• 3.1.5 水印信息的选择
• 3.2 本文所提算法
• 3.2.1 版权水印的嵌入
• 3.2.2 版权水印的提取
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 水印算法的性能测试指标
• 3.3.2 隐蔽性分析
• 3.3.3 鲁棒性分析
• 3.3.4 性能分析
• 3.3.5 与其他算法的性能比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 图像认证与脆弱性数字水印
• 4.1 图像认证背景介绍
• 4.2 认证水印技术
• 4.2.1 用于图像认证的数字水印系统框架
• 4.2.2 认证水印的基本攻击
• 4.3 盲检测的半脆弱性数字水印
• 4.3.1 认证水印信息的生成
• 4.3.2 认证水印的嵌入
• 4.3.3 认证水印的检测
• 4.4 实验结果与安全性分析
• 4.4.1 实验结果
• 4.4.2 性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 双数字水印技术
• 5.1 双水印背景介绍
• 5.2 多重水印的研究现状
• 5.3 双重水印嵌入顺序方案
• 5.3.1 实现多重水印技术难点及要求
• 5.3.2 双重水印嵌入方案
• 5.4 双水印嵌入算法
• 5.5 双水印的提取及认证
• 5.5.1 双重水印的提取
• 5.5.2 图像认证
• 5.6 实验结果与性能分析
• 5.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 个人简历