基于小波分析理论的数字水印算法

论文摘要

随着互联网和多媒体技术、通信技术的迅速发展，数字媒体的版权保护问题日益突出，使得数字水印技术备受人们关注。它是目前解决版权保护问题最有效的手段之一。本文首先介绍了数字水印的基本概念，包括水印的定义、分类和实现等方面。之后文章对小波分析的基本理论和方法进行了简单的介绍，包括多分辨分析的概念、小波的分解与重构算法。特别介绍了小波在数字水印方面的应用，由于小波特有的时频局部化特征，使得对非平稳信号的处理变得相对容易和有效，因此基于小波理论的变换域水印有着不可替代的优势。本文主要研究基于小波分析的鲁棒性数字水印算法。首先，大部分算法中的水印强度都采用固定强度来嵌入水印，无法在不同的区域自适应地调节水印强度，这样会影响水印的可见性和鲁棒性。同时通过研究，我们认为低频和高频子带嵌入是常见的两类算法，这两种方法各有优劣，分别能对抗不同类型的攻击。因此提出了一种可调节水印强度的双水印算法。该算法采用自适应原则，通过计算嵌入位置以及其周边的象素值而确定嵌入强度，并且同时在高频子带和低频子带两次嵌入相同水印。本文中的另一种算法是根据前人文献，提出增强的非嵌入式水印算法。非嵌入式算法并不修改原图，而是通过原图的特征和水印的特征生成一个交第三方保管和公证的密钥。这是一种新颖的水印模式，在满足普通水印的要求之外，还可以对抗诸如法律攻击这样的非技术攻击，有很大的应用前景。从文中比较全面的实验结果可以看到，该算法有超强的抵抗攻击的能力，特别是一定程度上成功抵抗几何攻击。另外，本文还针对常见图像质量的评测标准(如PSNR)和本文实验所需的特点，提出了一种改进的算法，用来表示受攻击图像和所提取水印图像的视觉效果质量。经过数值和图形的两种方式，表明该算法对本文中的实验图像的质量评测是非常有效的。在文章最后，指出了下一步研究的两个方向：对彩色图像的处理和最优小波基的选择，并初步进行了实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 小波的发展历程
• 1.2 小波分析的基本思想和方法
• 1.3 本论文研究内容
• 第二章 数字水印基本原理
• 2.1 数字水印的定义
• 2.2 数字水印的分类
• 2.2.1 从载体上分类
• 2.2.2 从外观上分类
• 2.2.3 从水印加载方法上分类
• 2.2.4 从水印检测方法上分类
• 2.2.5 从特性上分类
• 2.2.6 从使用目的上分类
• 2.3 数字水印的实现和应用
• 2.3.1 数字水印的生成技术
• 2.3.2 数字水印的嵌入和提取
• 2.3.3 数字水印的应用现状
• 2.4 数字水印的发展方向
• 第三章 多分辨分析与小波理论
• 3.1 多分辨分析
• 3.2 对MRA的分析
• 2（R）的子空间直和分解关系'>3.2.1 确定了L²（R）的子空间直和分解关系
• 3.2.2 不同子空间中函数间的关系
• j结构'>3.2.3 由MRA明确的W_j结构
• 3.2.4 小波空间的性质
• 3.2.5 由MRA所确定的滤波器
• 3.3 小波分解与重构算法
• 3.3.1 正交小波分解与重构
• 3.3.2 二维小波分解与重构算法
• 3.4 小波理论在数字水印中的应用
• 第四章 数字水印的算法设计
• 4.1 数字水印的设计要求
• 4.2 基于小波分析的数字水印
• 4.2.1 小波变换和数字图像处理
• 4.2.2 小波域水印特点
• 4.2.3 基于小波变换的水印结构
• 4.2.4 水印算法总结
• 4.2.5 对数字水印的攻击
• 4.3 一种自适应的双水印嵌入算法
• 4.3.1 自适应算法的意义和作用
• 4.3.2 双水印嵌入算法的意义和作用
• 4.3.3 嵌入算法描述和实现
• 4.4 一种增强的非嵌入式强壮水印算法
• 4.4.1 一种非嵌入式水印的介绍
• 4.4.2 对引用文献算法的改进
• 第五章 算法测试的实验结果
• 5.1 对图像质量的评价标准
• 5.2 双水印嵌入算法效果
• 5.3 非嵌入式水印算法效果
• 5.3.1 图像压缩攻击
• 5.3.2 图像加噪攻击
• 5.3.3 图像剪切攻击
• 5.3.4 图像模糊化攻击
• 5.3.5 图像表达攻击
• 5.3.6 其他攻击
• 5.3.7 虚检率测试
• 5.3.8 测试小结
• 5.4 进一步的讨论
• 5.4.1 对彩色图像的操作
• 5.4.2 对小波函数的选择
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果