基于变换域的数字图像水印的研究与实现

论文摘要

近年来,随着计算机和网络通讯技术的发展,各种形式的数字产品被公开的在互联网上应用和传输,这给人们带来便利的同时也给一些不法分子带来了可乘之机,比如在数字产品未经授权者允许的情况下,对其进行篡改和恶意攻击等。数字水印技术是一种版权保护和安全性认证的重要手段,本文主要研究基于变换域的水印算法的一些改进与实现,并与原始的变换域水印算法进行比较和总结。主要工作有下面几点：1.提出一种DCT变换域的鲁棒数字水印算法。首先对水印图像进行Arnold置乱,然后将置乱后的水印图像和载体图像分别进行分块DCT变换,为了嵌入的水印具有较强的鲁棒性,把水印的每个分块嵌入到四个相邻的分块载体图像中,并按照奇数块和偶数块分别将水印嵌入到DC直流分量和AC交流分量的中频系数中,实现水印的完全嵌入。实验结果表明该算法具有较好的鲁棒性和不可见性。2.提出一种基于分块奇异值分解的数字水印算法。首先用仿射变换对水印图像进行置乱加密,再进行奇异值分解。对于载体图像,先进行分块奇异值分解,提取出每一个小块中最大的奇异值构成一个新矩阵,继续对其进行奇异值分解,将水印信息按照不同的强度嵌入到对角矩阵中,得到一个嵌入水印的图像,然后再用逆变换提取水印信息。本算法充分考虑了水印的不可见性、抗扰动性、抗几何变换、水印嵌入量等信息,因此在图像的奇异值中嵌入水印对几何攻击具有很好的鲁棒性。3.提出一种基于分块SVD和分块DCT变换的水印算法。首先对水印图像进行Arnold置乱和SVD变换；然后对载体图像进行分块SVD变换,提取出每块的第一个奇异值组成新矩阵,将新矩阵进行分块DCT变换,取出变换系数中DC分量组成新的集合,再将水印信息奇异值按照不同强度嵌入到DC集合中,最后进行相关逆变换得到嵌入水印的图像。此算法较其它算法有更好的稳健性和鲁棒性,并且综合了置乱变换的安全性、离散余弦变换的信息集中能力、奇异值分解的稳定性好等特点进行设计的,可以用相似度函数和峰值信噪比作为衡量嵌入水印后的不可见性和视觉特性的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外关于数字水印技术的研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 算法的特点
• 1.5 本文的章节安排
• 第二章 数字水印技术概述
• 2.1 数字水印技术的概念
• 2.2 数字图像水印的基本模型
• 2.2.1 水印嵌入过程的模型
• 2.2.2 水印的提取和检测模型
• 2.3 数字水印的特点和分类
• 2.3.1 数字水印的特点
• 2.3.2 数字水印的分类
• 2.4 典型的数字水印算法的介绍
• 2.4.1 空域水印算法
• 2.4.2 变换域水印算法
• 2.4.3 压缩域水印算法
• 2.4.4 NEC水印算法
• 2.5 数字水印攻击与检测方法
• 2.5.1 水印攻击
• 2.5.2 水印检测
• 2.6 数字水印算法的的性能评估
• 2.6.1 水印容量的评估
• 2.6.2 不可见性评估
• 2.6.3 鲁棒性评估
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于DCT变换和Arnold置乱的水印算法
• 3.1 引言
• 3.2 数字水印的置乱技术
• 3.2.1 幻方变换
• 3.2.2 Arnold变换
• 3.2.3 亚放射变换
• 3.2.4 Logistic混沌映射
• 3.3 分块DCT变换
• 3.4 水印算法的基本结构和算法描述
• 3.4.1 水印算法的思想和基本结构
• 3.4.2 水印算法的算法描述
• 3.5 水印的嵌入与提取
• 3.5.1 嵌入水印的算法描述
• 3.5.2 提取水印的算法描述
• 3.6 实验结果分析
• 3.6.1 不可见性验证
• 3.6.2 剪切攻击验证
• 3.6.3 涂改攻击验证
• 3.6.4 JPEG压缩攻击验证
• 3.6.5 添加白噪声验证
• 3.6.6 实验结果对比与分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于奇异值分解和亚放射变换的改进水印算法
• 4.1 引言
• 4.2 奇异值分解的相关技术
• 4.2.1 奇异值分解的定义
• 4.2.2 奇异值分解的特性
• 4.2.3 奇异值分解的应用
• 4.3 水印算法的的基本原理和算法描述
• 4.3.1 算法的基本原理
• 4.3.2 算法描述
• 4.4 水印的嵌入与提取
• 4.4.1 嵌入过程描述
• 4.4.2 提取过程描述
• 4.5 实验结果分析
• 4.5.1 不可见性验证
• 4.5.2 JPEG压缩攻击验证
• 4.5.3 各种噪声攻击
• 4.5.4 剪切攻击
• 4.5.5 涂改攻击
• 4.5.6 旋转攻击
• 4.5.7 实验结果比较与分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 一种改进的基于SVD和DCT的水印算法
• 5.1 引言
• 5.2 水印算法的基本原理和算法描述
• 5.2.1 水印算法的基本原理
• 5.2.2 水印算法描述
• 5.3 水印图像的嵌入和提取过程
• 5.3.1 嵌入过程描述
• 5.3.2 提取过程描述
• 5.4 实验结果分析
• 5.4.1 水印容量分析
• 5.4.2 安全性分析
• 5.5 水印算法攻击实验分析
• 5.5.1 不可见性验证
• 5.5.2 剪切攻击验证
• 5.5.3 噪声攻击验证
• 5.5.4 涂改攻击验证
• 5.5.5 JPEG压缩攻击验证
• 5.5.6 实验结果分析
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 本文的主要内容
• 进一步的研究工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢