自适应及抗几何攻击图像水印算法研究

论文摘要

随着网络和多媒体技术的飞速发展,多媒体内容的保护成为迫切需要解决的问题。数字水印作为信息安全的一个重要手段,较好地弥补了传统加密和数字签名的弊端,在信息安全领域具有举足轻重的作用。针对水印的不可见性和鲁棒性之间的矛盾问题,本文提出了一种自适应的图像水印算法,较好的解决了水印系统中的不可见性和鲁棒性的矛盾问题；针对常规水印算法抗几何攻击能力较弱的问题,本文提出了一种基于图像统计特性的抗几何攻击图像水印算法。1.提出了一种自适应的奇偶量化水印算法。水印采用有意义的二值图像水印,在嵌入前对其进行Arnold置乱；基于Watson视觉模型,临界感知差异(JND)由图像DCT域的敏感度、亮度掩蔽和对比度掩蔽特性生成；然后将临界感知差异(JND)与JPEG量化表提供的量化值通过一全局常数调节生成量化步长；最后将水印以奇偶量化的方式,自适应地嵌入到比对比度掩蔽小的DCT域中频系数上。因为采用了奇偶量化的方法嵌入水印,所以在提取水印时,不需要原始载体图像；对水印图像进行Arnold置乱,增强了算法的安全性。经过实验验证,自适应的奇偶量化水印算法不仅对常规的信号处理操作有较强的鲁棒性,而且能够抵抗一定程度的剪切和缩放攻击,水印容量也比较可观。相对于常规的量化水印算法,自适应的奇偶量化水印算法对压缩强度较大的JPEG压缩和高斯噪声的鲁棒性更强。2.提出了一种基于图像统计特性的抗几何攻击水印算法。在一段固定的亮度值区间,随机地增加或者减少某个亮度值前后的两个亮度值的像素个数,使3个连续亮度值的像素个数满足某种关系来嵌入水印；在相同的亮度区间,判断3个连续亮度值的像素个数是否满足某种关系,从而提取水印。实验结果表明,算法对旋转、缩放、平移、较大面积的剪切、组合几何攻击以及常规信号处理都有较强的鲁棒性。算法的缺点是对JPEG压缩攻击的鲁棒性较弱,水印容量较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状及热点
• 1.3 本文内容安排
• 1.4 小结
• 第2章 数字水印技术理论研究
• 2.1 数字水印的概念
• 2.2 数字水印的特性和分类
• 2.2.1 数字水印的特性
• 2.2.2 数字水印的分类
• 2.3 数字水印的攻击类型与对策
• 2.4 数字水印的应用领域
• 2.5 小结
• 第3章 数字图像水印算法分析
• 3.1 数字图像水印概述
• 3.1.1 空域水印算法
• 3.1.2 变换域水印算法
• 3.2 自适应图像水印
• 3.2.1 人类视觉系统
• 3.2.2 常见自适应水印算法分析
• 3.3 抗几何攻击图像水印
• 3.3.1 几何失真
• 3.3.2 盲检测的抗几何攻击水印算法
• 3.4 小结
• 第4章 自适应奇偶量化图像水印算法
• 4.1 算法的相关理论知识
• 4.1.1 DCT变换
• 4.1.2 Watson感知模型
• 4.1.3 JPEG量化表
• 4.1.4 Arnold变换
• 4.2 水印的嵌入与提取
• 4.2.1 水印的预处理
• 4.2.2 水印的嵌入
• 4.2.3 水印的提取
• 4.2.4 算法缺陷及其改进
• 4.3 改进算法仿真结果与分析
• 4.4 小结
• 第5章 基于图像统计特性的抗几何攻击水印算法
• 5.1 常见的基于图像直方图的水印算法
• 5.2 灰度图像的直方图特性
• 5.3 水印嵌入与提取
• 5.3.1 嵌入规则
• i为‘1’的方法'>5.3.2 嵌入水印比特w_i为‘1’的方法
• i为‘0’的方法'>5.3.3 嵌入水印比特w_i为‘0’的方法
• 5.3.4 水印提取
• 5.4 仿真结果与分析
• 5.5 小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录