基于变换域的数字图像鲁棒水印技术研究

论文摘要

随着信息成为现代社会发展的重要资源,信息安全在国家的政治、经济和军事等关键领域中扮演着越来越重要的角色。各国政府都非常重视信息和网络的安全性问题,信息安全已经成为国际竞争的重要战场,从而也使其成为一个全球性的研究课题。网络社会中,多媒体信息的交流达到了前所未有的深度和广度,多媒体数据作为信息的主要载体之一,其安全性显得尤为重要。随着一批强大的多媒体处理工具的出现,数字图像作为多媒体信息的主要代表,可以轻而易举地被复制和篡改。因此,数字图像的版权保护和数字图像真实性的认证己经成为迫切需要解决的两大问题。数字水印技术作为信息安全领域的一个崭新研究方向,是一种可在开放的网络环境下实现信息隐藏与跟踪的新型技术。水印的嵌入不会影响原始数据的质量和使用,水印信息还可以通过相关技术提取出来,这一优点是常规加、解密系统所欠缺的。其中,数字图像鲁棒水印技术为解决图像的版权保护问题提供了强有力的技术手段。本文在详细介绍数字图像水印技术的基础上,分析了几种典型数字图像水印算法的特点,在满足水印不可见性的条件下对鲁棒水印算法的安全性和抗几何攻击能力进行了研究,主要完成了以下几个方面的工作:(1)为增强水印系统的安全性,提出了基于复合混沌序列的小波域扩频水印算法。给出了一种复合混沌序列的生成方法,将复合混沌序列作为扩频码序列并生成扩频水印,利用量化的方法在图像载体小波域中频带系数中嵌入扩频水印,有效提高了水印的鲁棒性和安全性,同时实现了水印的盲提取。(2)针对现有基于奇异值分解(SVD,singular value decomposition)水印算法的不足之处,提出了一种基于SVD和几何矫正的抗RST攻击水印算法。嵌入水印时,通过遗传算法搜索区间上量化步长的最优解,将水印量化嵌入到载体图像每个分块中的最大的奇异值中;提取水印时,引入了几何不变矩和离散傅立叶变换来估计测试图像的几何变换参数,之后应用这些参数对图像进行矫正,再利用提取算法恢复出水印。奇异值的稳定性和几何参数估计的有效性增强了水印算法抗几何攻击的性能。(3)在对数字水印技术和版权管理技术分析的基础上,提出了一种基于鲁棒水印的数字图像版权保护系统。对版权保护系统的体系结构和系统模型进行了设计,描述了购买数字内容和鉴定数字作品的工作流程,并在MATLAB平台上对版权服务中心进行了GUI设计与实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 数字水印研究现状
• 1.3 论文研究内容及组织
• 第二章 数字图像水印技术概述
• 2.1 数字水印技术
• 2.1.1 数字水印系统基本框架
• 2.1.2 数字水印应用领域
• 2.1.3 数字水印技术的要求
• 2.2 数字图像水印技术
• 2.2.1 数字图像水印分类
• 2.2.2 数字图像水印评价标准
• 2.2.3 常见的数字图像水印攻击方法
• 2.2.4 影响数字图像水印性能的因素
• 2.3 数字图像水印典型算法
• 2.3.1 时域和频域数字图像水印算法
• 2.3.2 基于混沌的数字图像水印算法
• 2.3.3 抗几何攻击的数字图像水印算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于复合混沌序列的小波域扩频水印算法
• 3.1 扩频水印技术
• 3.2 混沌扩频码序列
• 3.2.1 复合混沌序列生成方法
• 3.2.2 复合混沌序列性能分析
• 3.3 小波域扩频水印算法
• 3.3.1 水印嵌入位置选择
• 3.3.2 水印系统嵌入器部分
• 3.3.3 水印系统检测器部分
• 3.4 实验结果及分析
• 3.4.1 实验环境
• 3.4.2 实验结果
• 3.4.3 结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于SVD 和几何矫正的抗RST 攻击水印算法
• 4.1 奇异值分解在水印算法中的应用
• 4.1.1 奇异值分解
• 4.1.2 基于SVD 的图像水印算法
• 4.2 几何变换参数估计
• 4.2.1 缩放和平移参数估计
• 4.2.2 旋转角度估计
• 4.3 水印系统
• 4.3.1 水印嵌入算法
• 4.3.2 水印提取算法
• 4.3.3 量化步长对水印性能的影响
• 4.3.4 水印性能优化
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 实验环境
• 4.4.2 遗传算法优化实验
• 4.4.3 水印性能实验
• 4.4.4 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 鲁棒水印在数字图像版权保护系统中的应用
• 5.1 数字图像版权保护系统分析
• 5.1.1 系统对数字水印的性能要求
• 5.1.2 系统功能分析
• 5.2 数字图像版权保护系统设计
• 5.2.1 系统功能模块
• 5.2.2 系统体系结构
• 5.2.3 数据库设计
• 5.2.4 系统基本模型
• 5.3 数字图像版权保护系统工作流程
• 5.3.1 数字内容的购买
• 5.3.2 数字作品的鉴定追踪
• 5.4 版权服务中心的实现
• 5.4.1 版权服务中心模块设计
• 5.4.2 各模块在GUI 中的功能实现
• 5.4.3 版权服务中心运行结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 下一步展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢