可逆水印与图象保护技术研究

论文摘要

随着通信网络和数字技术的蓬勃发展,数字多媒体已被广泛应用于众多领域。其上承载的信息在传播与使用过程中很容易被拦截、窃听、复制、篡改、伪造或删除。这些行为破坏了多媒体信息的保密性、完整性、可信性和可用性,为此多媒体信息安全问题亟待解决。多媒体包括文本、图形、图象、音频和视频等。本文以图象为主要研究对象,重点研究了当前数字水印领域的一个热点:可逆水印,并就如何保护图象的完整性、所有权、机密性进行了较为深入的研究。主要包括以下内容和创新点。(1)大容量可逆水印它的主要研究目标是构造信息隐藏量大且失真小的算法。本文提出了四种大容量可逆水印:○1针对二值位置图对现有可逆水印算法有效信息隐藏量的影响,提出了一种易压缩二值位置图,它通过降低辅助信息量,间接地增大有效信息隐藏量,实验表明它对现有许多采用二值位置图标记信息嵌入位置的算法具有良好的效果;○2针对基于象素对差值扩展可逆水印一次作用于宿主图象时,仅利用一个方向上小差值象素对隐藏水印信息的不足,提出了基于块差值扩展的可逆水印,它将宿主图象分块,充分利用横向与纵向的小差值,将其扩展嵌入信息,在同等失真下,取得了更大的信息隐藏量;○3提出了一种基于排序与去噪的可逆水印。它首先将图象分块,然后依据图象局部平滑度值对象素块进行稳定的升序排序,滤去所选象素块内的噪声差值,利用广义差值扩展法依序向各象素块嵌入信息,该算法未使用二值位置图,消除了其对信息隐藏量的影响,取得了良好的效果;○4提出了一种精确预测算子,该算子细分预测模板边缘类型,并采用合理的估值规则,具有较高的精度。构造了基于精确算子预测误差扩展的可逆水印,它一次作用于宿主图象最大可获得近1bpp的信息隐藏量,在同等信息隐藏量时,引起的失真小于同类算法。(2)基于可逆水印的图象完整性认证在研究大容量可逆水印算法的基础上,提出了一种图象完整性认证算法。若图象未被篡改(即认证通过),擦除认证信息与恢复信息之后,宿主图象可以完全复原;若检测到图象篡改,可以定位篡改,在一定程度上能够区分认证信息篡改与恢复信息篡改,并具有一定的自修复能力。(3)基于二次采样和离散余弦变换的鲁棒水印对基于二次采样和离散余弦变换(DCT)的水印进行了鲁棒性增强。当包含水印的宿主媒体被噪声污染或经过有损压缩等信号处理时,现有算法的鲁棒性较差,主要原因有两点:○1阈值条件在水印提取阶段会部分失效;○2对所有符合水印嵌入条件的DCT系数对,不加区分地采用单一的水印嵌入方法。本文采用自适应的水印嵌入方法,并去除了阈值条件的约束,使算法的鲁棒性和水印嵌入量都有明显改善。(4)高效兼容JPEG2000码流的图象加密针对图象媒体数据量大、冗余度高等特点,本文提出了两种兼容JPEG2000码流的高效选择加密算法,选取量化系数重要位平面编码流所在数据包,综合采用随机变长步长、异或运算和随机循环移位三种方法对包内数据加密。它们具有高效、完全兼容JPEG2000码流及不影响压缩性能的优点,能分别满足高、低两种保密等级应用的需求。与现有同类算法相比在效率上有明显提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 基础知识与研究现状
• 1.2.1 数字水印
• 1.2.1.1 数字水印基本原理
• 1.2.1.2 数字水印系统性能指标
• 1.2.1.3 数字水印分类
• 1.2.1.4 数字水印的主要用途
• 1.2.1.5 数字水印面临的攻击类型
• 1.2.1.6 数字水印方案测评系统介绍
• 1.2.1.7 数字水印研究现状
• 1.2.2 多媒体加密
• 1.2.2.1 直接加密
• 1.2.2.2 部分或选择加密
• 1.2.2.3 混合加密
• 1.3 论文主要研究内容及组织
• 第二章 大容量可逆水印算法研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 可逆水印研究现状
• 2.1.2 可逆水印分类
• 2.1.3 可逆水印用途
• 2.1.4 小结
• 2.2 一种易压缩二值位置图
• 2.2.1 易压缩二值位置图生成规则
• 2.2.2 易压缩二值位置图有效性分析
• 2.2.3 实验结果及分析
• 2.3 基于块差值扩展的可逆水印
• 2.3.1 象素对差值扩展法
• 2.3.2 基于块差值扩展可逆水印的基本思想与内容
• 2.3.3 实验结果及分析
• 2.4 基于排序与去噪的广义差值扩展可逆水印
• 2.4.1 象素块平滑度近似度量
• 2.4.2 适合隐藏信息象素块选取
• 2.4.3 信息隐藏及提取
• 2.4.4 实验结果及分析
• 2.5 基于边缘检测和预测误差扩展的可逆水印
• 2.5.1 基于边缘检测的预测算子
• 2.5.2 基于精确算子预测误差扩展的可逆水印
• 2.5.3 实验结果及分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于可逆水印的图象完整性认证
• 3.1 引言
• 3.2 基于大容量可逆水印的图象认证
• 3.2.1 恢复信息隐藏块匹配算法
• 3.2.2 恢复信息与认证信息的隐藏及完整性认证
• 3.2.3 实验结果及分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于二次采样和DCT 变换的鲁棒水印
• 4.1 引言
• 4.2 一种基于二次采样和DCT 变换的鲁棒水印
• 4.2.1 算法主要思想与内容
• 4.2.2 算法分析与实验结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 兼容JPEG2000 码流的高效选择加密算法
• 5.1 密码学基本知识
• 5.1.1 私钥密码
• 5.1.2 公钥密码
• 5.1.3 混沌密码
• 5.2 兼容JPEG2000 码流的选择加密算法
• 5.2.1 JPEG2000 简介
• 5.2.2 算法主要内容
• 5.2.2.1 一种兼容JPEG2000 码流的高效高保密选择加密算法
• 5.2.2.2 一种兼容JPEG2000 码流的高效低保密选择加密算法
• 5.2.3 算法安全性分析
• 5.2.4 实验结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 研究总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间已发表或已投论文