基于小波域易碎水印的图像认证方法研究

论文摘要

图像认证技术是对数字图像的感知内容进行认证的一门技术。近年来,随着互联网技术和多媒体技术的迅速发展广泛应用,基于数字多媒体作品的信息传递和交流达到了前所未有的深度和广度;然而,数字多媒体信息在传输过程中会遭到各类无意或有意的篡改攻击,这使得人们对数字多媒体的完整性、内容的真实性产生怀疑。所以,数字多媒体的知识产权保护和真实性、完整性认证等问题成为人们关注的焦点。数字图像比声音、文字等蕴涵更多的信息量,因而在多媒体信息中占有举足轻重的地位。因此,对图像的认证和完整性保护是尤为必要的。一般情况,图像的认证可分两类:基于数字签名的认证和基于水印系统的认证。基于数字签名的方法虽然对图像的有效性鉴定、安全传输具有适用性,但加密的方法一方面易引起攻击者破译的兴趣,另一方面完全抹杀了图像的视觉特征。而数字水印,属于信息隐藏技术,即将信息隐藏于数字化媒体中,来实现隐蔽传输、存储、标注、身份识别、版权保护等功能。用于图像鉴定的水印则强调的是一种数据完整性和有效性的标注功能以及对数据破坏和攻击的定位能力。与传统的基于数字签名的数据认证相比,基于数字水印的认证方法的主要优点在于不需要额外附加认证信号,而且水印可以离散地分布到数字媒体的各个部分,提高了攻击难度,因而增加了安全性。本文主要针对基于数字水印的图像认证方法进行了研究。易碎水印作为图像认证水印的一种,主要用于对图像的精确认证。针对医学图像的特殊性,在经典算法的基础上,提出了一种基于提升格式的整数小波变换和Hash函数敏感性相结合的易碎水印方法。整数小波变换能够在图像分解和重构过程中,使得图像损失为零,提高水印图像的质量。通过在小波树结构上嵌入水印信息,可在时频域上定位篡改的区域。MD5算法构造的Hash函数的运用提高了水印安全性和水印检测的能力。通过实验表明本算法对篡改具有高度敏感性,且整个认证过程还需密钥完成检测,安全性很高,认证过程计算简单且准确性很高,可以作为一种医学图像鉴定的有效方法。鉴于有时我们并不满足于仅仅知道图像是否被修改,追求的是如何去恢复它们被修改前的真正面目以及它们被修改的动机,进而提出了基于可恢复性水印的图像认证方法。与传统方法相比,它采用基于小波变换的SPIHT编码算法生成压缩图像,一方面提高了压缩效率,在同等的嵌入容量时,使水印含有更多图像信息,从而提高了图像恢复质量;另一方面由于SPIHT编码算法是内嵌编码,实现了可调的嵌入强度。最后通过实验验证了本文算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 图像认证水印算法的历史发展和研究现状
• 1.2.1 用于图像精确认证的易碎水印
• 1.2.2 用于图像模糊认证的半易碎水印
• 1.2.3 用于图像认证的可逆水印算法
• 1.3 本文的主要工作与内容安排
• 1.3.1 主要工作
• 1.3.2 内容安排
• 第二章 基于数字水印的图像认证技术
• 2.1 图像认证技术
• 2.1.1 基于数字签名的图像认证方法
• 2.1.2 基于数字水印的图像认证方法
• 2.1.3 两者比较
• 2.2 基于数字水印的图像认证算法设计策略
• 2.2.1 认证水印的基本框架和系统要求
• 2.2.2 认证水印算法
• 2.2.3 性能评价
• 第三章 基于Hash函数敏感性的医学图像精确认证
• 3.1 引言
• 3.2 已有算法的限制
• 3.3 算法设计思想
• 3.4 基于图像内容的认证水印算法描述
• 3.4.1 认证水印的嵌入
• 3.4.2 水印算法的认证过程
• 3.5 实验结果及分析
• 3.6 小结
• 第四章 基于小波域内嵌编码的自嵌入水印算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于SPIHT编码的自嵌入水印算法的设计思想
• 4.3 基于SPIHT编码的自嵌入水印算法
• 4.3.1 SPIHT编码算法
• 4.3.2 水印的生成和嵌入
• 4.3.3 水印的提取与检测
• 4.4 应用于一般图像的实验结果及分析
• 4.5 应用于医学图像的实验结果及分析
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 未来展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表和完成的论文
• 致谢