基于混沌理论的多功能图像数字水印算法研究

论文摘要

在信息社会中，信息已经成为社会发展的重要资源，信息安全也成为21世纪国际竞争的重要战场。为了保护一个国家的政治利益和经济利益，各国政府都非常重视信息和网络安全，信息安全已经成为一个全球性的研究课题。在当今网络社会中，多媒体信息安全尤其显得重要。数字图像作为多媒体信息的主要代表，由于它具有容易复制、容易篡改的特性，保护数字图像的版权和对数字图像真实性的认证已经成为迫切需要解决的两大问题。鲁棒数字图像水印技术和脆弱数字图像水印技术分别为解决上述问题提供了有效途径。而混沌与信息加密和数字水印技术之间有着天然的联系。鉴于以上各种原因，本文研究了数字图像的多功能水印技术，主要工作如下：第一，探讨了数字水印技术基本原理，从水印的分类、图像水印原理、水印的算法设计、水印的攻击与评价和水印的应用领域等方面，进行了全面探讨。探讨了混沌理论及其在数字水印技术领域的应用，包括混沌的概念，混沌序列的产生方法和性质；混沌序列用于生成{0，1}二值水印序列的方法，混沌系统用于水印置乱、加密预处理的方法。并提供了一个应用混沌序列调制水印的实例。第二，提出了一种基于混沌的图像版权保护兼内容认证水印算法。将经过混沌置乱的二值图像水印嵌入宿主图像块的DCT最低频交流系数中，以实现对图像进行版权保护的目的；由混沌系统生成的半脆弱水印被嵌入图像块的DCT次低频交流系数中，以达到对图像进行内容认证的目的。两种水印的提取都不需要原始图像，按照水印的鲁棒性和脆弱性进行实验模拟，结果表明了本方案良好的有效性。鲁棒水印对许多善意和恶意的攻击都具有良好的鲁棒性；而脆弱水印对常规善意处理攻击具有一定程度的鲁棒性，而对内容篡改的恶意攻击具有脆弱性，具有篡改定位检测能力。第三，提出了一种基于混沌的图像版权通知兼版权保护水印算法，并着重考虑了水印的安全性。探讨了可见水印嵌入方法和安全性，提出了用三维复杂Liu混沌系统产生可见水印嵌入系数的方法，实现可见水印空域嵌入。探讨了离散小波变换(DWT)的特性，提出将版权保护水印嵌入图像分块小波变换中频系数的一种方法，并利用二维广义Arnold混沌映射进行水印置乱变换。对提出的算法进行实验仿真，验证了算法的有效性。算法能同时实现版权通知和版权保护功能。大大增加了可见水印的安全性和非法消除难度；使非法用户很难消除可见水印，也不能提取不可见水印；但合法用户能完全消除可见水印。不可见水印具有抗非法提取的安全性。消除可见水印后的恢复图像质量较高，即不可见水印对载体图像影响小。不可见水印具有较强的抵抗常规图像处理的鲁棒性。最后，分析了当前数字水印研究中存在的问题，指出了进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 混沌理论在信息安全中的应用现状
• 1.2.2 图像数字水印研究现状
• 1.3 本文的研究思路与主要工作
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 数字水印技术与混沌理论概述
• 2.1 数字水印技术概述
• 2.1.1 数字水印的分类
• 2.1.2 数字图像水印的基本原理
• 2.1.3 数字水印算法
• 2.1.4 数字水印的攻击与评价
• 2.1.5 数字水印应用领域
• 2.2 混沌理论概述
• 2.2.1 混沌的定义和特征
• 2.2.2 Logistic混沌序列
• 2.2.3 混沌序列在数字水印技术中的应用
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于混沌的图像版权保护兼内容认证水印算法
• 3.1 引言
• 3.2 数字水印的嵌入与检测原理
• 3.2.1 数字水印的嵌入
• 3.2.2 数字水印的检测
• 3.3 一种用于图像版权保护和内容认证的双水印新算法
• 3.3.1 DCT变换与混沌映射
• 3.3.2 双水印的嵌入与提取算法
• 3.3.3 实验仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于混沌的图像版权通知兼版权保护水印算法
• 4.1 引言
• 4.2 三维混沌系统和小波变换
• 4.3 多功能水印算法的描述
• 4.3.1 水印的嵌入过程与方法
• 4.3.2 可见水印的消除与不可见水印的提取
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 版权通知水印的消除
• 4.4.2 版权保护水印的提取
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文