图像脆弱数字水印和数字隐写的几个关键技术研究

论文摘要

信息时代的到来使我们的社会和日常生活发生了深刻的革命性变化。计算机网络技术、通信技术和多媒体技术的快速发展和广泛应用,使网络信息的安全与保护问题日益成为亟待解决的关键问题。在这样的时代背景下,信息隐藏技术作为版权保护和隐蔽通信等的主要手段,近年来成为国际信息安全领域一个新的研究热点。针对保障网络信息传递中图像内容的真实性、完整性和保密性的需求,结合科研项目的研究需要,本论文致力于研究以图像为载体的脆弱数字水印技术和数字隐写技术。首先分析了现有的用于图像精确认证的脆弱水印算法,从提高算法的安全性角度出发,利用混沌映射高度的随机性和对初值的极端敏感性,提出了一种安全的混沌脆弱水印算法。该算法实现了基于图像内容生成的水印信息与图像内容的随机交错分布,加强了算法的安全性。仿真结果表明算法能够精确检测和定位对图像内容的恶意篡改,同时水印图像具有极好的不可见性,并且提取水印不需要原始图像。从保证秘密信息的不可见性角度出发,研究应用于隐蔽通信的图像隐写算法,指出秘密信息的不可见性是保证算法安全性的前提条件。结合人眼视觉模型,构造了一种基于混沌映射的DCT域自适应图像隐写算法,利用人眼视觉模型导出的恰可见差异阈值调节嵌入秘密信息的强度和位置,实现了不可见性和鲁棒性之间的最佳折衷,仿真结果验证了算法的有效性。从提高图像隐写算法的安全性角度出发,针对SPA隐写分析算法对传统LSB隐写算法攻击的有效性,理论分析了F1替换和F-1替换对图像统计量的影响作用,推导了可以抵抗SPA分析的F1替换和F-1替换的理想嵌入比例关系。在此基础上提出了一种抵抗SPA分析的图像隐写策略,并实现了基于误差校正的图像隐写算法。仿真实验结果表明,该算法能够有效抵抗SPA隐写分析,安全性高。同时,具有对载体图像修改少,嵌入秘密信息的载体图像视觉质量好,提取秘密信息简单等特点。在分析现有的迭代混合图像隐藏算法性能的基础上,构造了一种新的基于小波对比度的迭代混合图像隐藏算法。该算法将各图像块的小波对比度绝对值之和作为视觉敏感性的测度,选取适合嵌入秘密信息的图像块,最后以迭代混合的方式将混沌置乱后的秘密图像嵌入这些图像块。仿真结果表明该算法在实现大容量信息隐藏的同时,载密图像仍具有很好的视觉质量。最后,从提高图像隐藏算法的隐藏容量角度出发,将迭代混合的思想扩展应用到整数小波变换域,实现了一种新的自适应迭代混合图像隐藏算法。该算法采用整数小波变换,克服了传统小波变换域图像隐藏算法存在的边界误差和舍入误差问题,同时充分考虑人眼视觉特性,有效协调了不可见性和鲁棒性之间的矛盾。实验结果表明算法隐藏容量大,同时具有好的不可见性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 信息隐藏技术概述
• 1.2.1 信息隐藏技术的分支
• 1.2.2 信息隐藏技术的性能要求
• 1.2.3 信息隐藏技术的应用
• 1.2.4 信息隐藏技术的国内外研究动态
• 1.3 数字水印技术
• 1.3.1 数字水印的概念和基本框架
• 1.3.2 数字水印的分类
• 1.3.3 数字水印的研究现状
• 1.4 数字隐写技术
• 1.4.1 数字隐写的基本概念和模型
• 1.4.2 数字隐写和数字水印的区别与联系
• 1.4.3 数字隐写的研究现状
• 1.5 本文的工作思路、主要贡献与论文内容组织
• 第2章 用于图像认证的混沌脆弱水印算法
• 2.1 引言
• 2.2 用于图像精确认证的脆弱水印技术的发展
• 2.3 图像变换
• 2.3.1 离散余弦变换
• 2.3.2 小波变换
• 2.4 混沌动力系统概述
• 2.4.1 混沌的由来
• 2.4.2 混沌动力学概述
• 2.4.3 混沌的特征
• 2.4.4 几种典型的混沌系统
• 2.5 基于混沌的图像脆弱水印算法
• 2.5.1 块不相关技术
• 2.5.2 水印的生成和嵌入过程
• 2.5.3 水印的提取和篡改检测
• 2.5.4 算法性能分析
• 2.5.5 仿真实验结果
• 2.6 本章小结
• 第3章 结合人眼视觉模型的DCT域图像隐写算法
• 3.1 引言
• 3.2 人眼视觉模型
• 3.2.1 离散余弦变换域视觉模型
• 3.2.2 离散小波变换域视觉模型
• 3.3 结合混沌映射的DCT域自适应图像隐写算法
• 3.3.1 基于Logistic映射的图像块选择
• 3.3.2 秘密信息的嵌入和提取
• 3.3.3 实验结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 抗SPA隐写分析的图像隐写算法
• 4.1 引言
• 4.2 针对LSB隐写的隐写分析方法回顾
• 4.3 SPA隐写分析原理
• 4.4 统计特性分析
• 1替换的统计分析'>4.4.1 对F₁替换的统计分析
• -1替换的统计分析'>4.4.2 对F_-1替换的统计分析
• 4.5 抵抗SPA隐写分析的图像隐写策略
• 4.6 基于误差校正的图像隐写算法
• 4.6.1 载体图像预处理
• 4.6.2 秘密信息嵌入和提取算法
• 4.6.3 实验结果和分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 利用迭代混合的图像隐藏算法
• 5.1 引言
• 5.2 图像迭代混合的基本原理及其性能分析
• 5.2.1 图像迭代混合基本原理
• 5.2.2 对现有算法的性能分析
• 5.3 秘密图像预处理
• 5.4 利用小波对比度的空域迭代混合图像隐藏算法
• 5.4.1 小波对比度
• 5.4.2 秘密信息的嵌入和提取过程
• 5.4.3 实验结果和讨论
• 5.5 基于IWT的自适应迭代混合图像隐藏算法
• 5.5.1 载体图像的整数小波变换及子带的选取
• 5.5.2 图像小波域恰可见差异的计算
• 5.5.3 秘密信息的嵌入和提取过程
• 5.5.4 仿真结果和讨论
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表、录用和完成的论文
• 攻读博士学位期间参与的科研项目