基于图像和视频的数字水印技术研究

论文摘要

数字多媒体技术的迅速发展,使多媒体信息的存储、复制和传播变的容易,极大的改善了人类的物质文化生活,人们可以通过互联网和CD-ROM方便快捷地获得多媒体信息的同时也为出于不同用途的盗版、非法存取、复制、篡改和传播提供了便利,而且对模拟信息的每一次拷贝都会存在不同程度上的失真,由此就引发出数字产品的版权保护问题和数字信息传输的安全问题。如何有效保证信息安全和数字媒体版权所有者的合法权益成为学术界和产业界共同关心和亟待解决的问题。数字水印技术就在这样的背景下产生的,并已经成为当前进行数字产品版权保护的主要方法。数字水印技术就是通过一定的算法将信息嵌入到被保护的作品中,以此证明版权归属或侵权行为,它已经成为多媒体信号处理领域中的一个研究热点,也是信息安全技术领域的一门重要学科。本论文对图像和视频数字水印技术进行了研究,并提出了几个具体水印方案,主要包括以下几个方面:首先对数字水印技术的原理、框架、特性、分类和攻击方法做了归纳和阐述,并对目前通用的对水印算法的性能评价标准进行了介绍和分析,为下一步研究具体算法奠定了基础。其次,通过对小波变换的基本原理、定义及应用的分析,尤其是小波的多分辨率分析的思想的结合,提出一种基于DWT的图像盲水印算法,该算法选择二值图像作为水印。首先将原始图像进行二级Haar小波变换得到其中高频细节子带系数LH2, HH2和HL2,通过对三组系数相同位置点的数值比较来嵌入水印,利用MATLAB对该算法进行仿真实验,该水印算法能够很好的保持图像质量,而且对常见的压缩、剪切、噪声、旋转等攻击具有不错的抗攻击性,实现了水印的盲提取。然后,针对RGB彩色视频本文提出了基于提取连续帧的独立特征分量嵌入水印的算法,嵌入方案是将图像水印方案拓展到视频领域中,而提取方法通过主分量分析PCA和独立分量分析ICA两种方法,对RGB视频连续帧图像的亮度图像进行特征提取比较,得到ICA分析方法优于PCA方法。然后分别以提取的静态分量和运动分量为载体嵌入水印,通过对这两种方案的仿真实验对比,可以看出两者应对不同攻击时鲁棒性的不同,但两者的抗MPEG攻击方面有待进一步研究。数字水印技术作为一门新兴的技术,尽管经过近几年的快速发展,取得了很多突破的进展,而且越来越多的学者开始关注该领域的研究,但仍然有很多亟待解决的问题以及未触及的研究课题,对于成熟的数字水印的数学模型、统一的水印性能评价标准、包括水印的应用系统的标准都没有一个有效的解决方案。论文最后对数字水印技术进行了总结并对该领域的发展进行了展望。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 数字水印研究现状与趋势
• 1.3 论文的主要内容和结构组织
• 第二章 数字水印技术
• 2.1 数字水印系统的基本原理和框架
• 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 数字水印的攻击方法
• 2.4 数字水印的性能评价
• 2.5 小结
• 第三章 基于DWT 的图像数字水印技术
• 3.1 小波变换理论
• 3.1.1 小波变换的发展历史
• 3.1.2 小波变换的定义
• 3.1.3 离散小波变换
• 3.2 小波变换应用
• 3.2.1 小波多分辨率分析
• 3.2.2 图像的二维小波分解
• 3.2.3 小波在图像处理中的应用
• 3.3 一种基于Haar 小波的图像水印算法
• 3.3.1 小波选取及嵌入位置选择
• 3.3.2 水印嵌入算法
• 3.3.3 水印提取算法
• 3.3.4 仿真结果及分析
• 第四章 基于RGB 视频连续帧的盲水印算法
• 4.1 视频水印
• 4.1.1 视频水印的特点
• 4.1.2 视频水印分类
• 4.2 RGB 视频连续帧特征提取
• 4.2.1 RGB 彩色模型
• 4.2.2 视频连续帧特征提取
• 4.3 基于PCA 的连续帧特征提取
• 4.3.1 主分量分析的原理
• 4.3.2 PCA 特征提取
• 4.4 基于ICA 的连续帧特征提取
• 4.4.1 独立分量分析的原理
• 4.4.2 ICA 数学模型
• 4.4.3 ICA 的约束条件和不确定性
• 4.4.4 ICA 估计时的条件分析
• 4.4.5 快速定点ICA 算法
• 4.4.6 ICA 的特征提取
• 4.5 一种基于RGB 的视频盲水印算法
• 4.5.1 仿真实验
• 4.5.2 分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的工作
• 5.2 展望
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文
• 致谢