数字水印最优化检测器设计与研究

论文摘要

随着数字产品在因特网上广泛的应用和传播,世界各地的人们可以很方便的在网络上传送、获取或交换信息,保护数字产品版权和完整性认证的问题显得越来越重要。但传统的加密技术只能在传输过程中对信息进行有效的保护,不能满足其他新的保护需求。作为传统加密方法的有效补充方法,数字水印技术可以更好的实现对数字产品的版权保护。数字水印技术是通过某种嵌入算法将数字水印嵌入到原始数字产品中,再通过水印提取或水印检测过程来确认数字产品中是否含有已知的数字水印。但是水印在受到一些恶意攻击或不知道嵌入算法的情况下提取是很困难的,即使提取出来也可能已经无法辨识了。这时就需要采用水印检测技术来进行检测,判决水印的存在与否,而这又涉及到了如何提高检测性能,降低错误率的问题。本文围绕着人类视觉特性、检测理论和检测阈值分析检测器的算法设计,对其进行了一些有益的探索研究,并把纠错编码理论运用到了数字水印算法中。研究内容主要分为两部分:第一部分对数字水印检测技术进行了较为详细的研究。1、在具体分析研究了相关检测和渐近优化检测的基础上,利用回归分析和曲线拟合方法对基于广义高斯模型的渐近优化水印检测算法进行了改进,提出了优化形状参数估计的方法,在一定程度上使该检测算法更加有效和快捷的同时,使检测数据更具客观性。2、数字水印系统由于其设计的特点,难以杜绝错误率的产生,而检测阈值对虚警率和漏警率的影响是比较明显的,其值的选取往往是根据经验人为设定。本文对水印检测器的检测输出进行了统计分析,然后根据渐近优化水印检测的特点,推导出使该检测器总错误率在理论上达到最低的检测阈值确定的算法。在检测水印时,自适应得出理想的检测阈值,提高了检测性能。第二部分为纠错编码理论与数字水印技术结合的研究。由于纠错编码技术常用于随机序列与二值图像以提高数字水印算法的鲁棒性,而它们所含的信息量较少,故本文对Turbo码的编译码结构和性能特点进行了分析研究,将Turbo码应用到灰度图像水印算法中。利用其低误码率和灰度图像的特点,在小波域将Turbo码应用于灰度图像水印中,研究了其灰度值的Turbo码编码,提出一种基于Turbo码的数字水印算法,增强了算法的稳健性,各种攻击实验证明在不同码率的Turbo码作用下图像的鲁棒性都有了很大的提高。本文设计的所有算法,包括水印生成、嵌入、检测、攻击、提取、验证均在MATLAB7.0环境中进行。实验证明以上算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字水印技术的应用及系统评估
• 1.2.1 数字水印技术的应用
• 1.2.2 数字水印系统的评估
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要的工作
• 1.5 本文的组织结构
• 第二章 数字水印系统
• 2.1 数字水印系统基本模型
• 2.2 基于通信系统的数字水印模型
• 2.2.1 数字水印基本模型
• 2.2.2 基于带有附加信息的水印模型
• 2.2.3 作为复用通信的水印模型
• 2.3 数字水印的基本特点
• 2.4 数字水印系统的水印选取和算法设计
• 2.4.1 水印的选取
• 2.4.2 嵌入算法的选择
• 2.5 常见的对水印系统的攻击
• 第三章 数字水印检测技术
• 3.1 非盲检测与盲检测
• 3.2 检测中的错误分析
• 3.2.1 虚警错误和漏警错误
• 3.2.2 接收端工作特性曲线
• 3.3 常用数字水印检测方案
• 3.3.1 基于相关的水印检测算法
• 3.3.2 基于统计决策理论的检测算法
• 第四章 基于参数自回归的渐近优化水印检测器研究
• 4.1 渐近优化水印检测器
• 4.1.1 相关检测器
• 4.1.2 渐近优化水印检测器
• 4.1.3 检测性能比较
• 4.2 参数回归分析
• 4.2.1 曲线拟合和回归分析
• 4.2.2 最小二乘法
• 4.3 基于参数自回归的渐近优化水印检测器研究
• 4.4 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于阈值自适应的渐近优化水印检测器研究
• 5.1 检测阈值选取的统计分析
• 5.1.1 相关检测输出的统计分布
• 5.1.2 渐近优化水印检测输出的统计分布
• 5.2 基于阈值自适应的渐近优化水印检测器分析
• 5.3 仿真实验与结果
• 5.3.1 水印嵌入和检测
• 5.3.2 实验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于Turbo码的数字水印技术研究
• 6.1 Turbo码的编译码结构
• 6.1.1 Turbo码的编码结构
• 6.1.2 Turbo码的译码结构
• 6.2 Turbo码的译码算法与特点
• 6.2.1 Turbo码的译码算法
• 6.2.2 Turbo码的性能特点
• 6.3 基于Turbo码的数字水印系统设计
• 6.3.1 水印图像的编码
• 6.3.2 水印信息的嵌入和提取
• 6.4 实验结果
• 6.4.1 水印的不可见性
• 6.4.2 抗攻击能力的测试
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果