基于置乱处理和几何归一化的数字水印算法研究

论文摘要

数字水印是一种全新的信息安全技术,它通过将不可见信息嵌入到数字化媒体中,然后通过对它的检测来对图像的使用情况进行跟踪,从而实现信息隐藏、存储、版权保护等功能。目前数字水印已成为多媒体版权认证和完整性保护的有效手段。本文以静止图像为研究对象,针对现阶段水印算法抗裁剪和几何攻击性能差的特点,给出了一种基于置乱处理和几何归一化的盲水印算法。文章首先介绍了置乱处理,并重点分析了衡量置乱度的方式。接着讨论图像的几何归一化处理,提出了一种自定义的归一化算法,并做了仿真实验。最后本文结合以上两点,给出了一种在小波域嵌入的盲水印算法,并做了大量实验,证明了该算法具有良好的可见性和鲁棒性。全文分为六个部分:首先介绍了本文的研究背景,数字水印算法的研究现状,和数字水印的基本原理。接着介绍了置乱处理,并重点讨论了最优置乱度的选取问题,通过实验得出结论:基于局部特性的置乱处理优于基于位置变化的置乱处理。之后主要讨论几何归一化技术,分析了一种基于几何矩的归一化方法,然后提出了一种自定义的归一化算法,并给出了详细的数学推导。在讨论了置乱和归一化处理后给出了本文的水印算法:先对图像实施归一化处理,然后根据区域不变质心理论,提取出归一化图像的重要部分,然后将经过置乱处理的水印嵌入到图像重要部分的小波系数中。水印的提取不需要原图像和水印图像,因此该算法属于全公开水印算法。末尾给出了算法的实现以及在遭受攻击情况下的实验,通过大量实验验证算法对各种攻击,特别是裁剪和几何攻击的稳健性。接着将本文算法与其他一些算法进行比较,证明本文的算法具有良好的透明性和鲁棒性,仿真实验的末尾给出了算法在保护数字地图方面的应用。最后是全文的总结和对水印技术发展的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的选题背景
• 1.2 图像数字水印的研究现状
• 1.3 信息隐藏与数字水印技术
• 1.3.1 数字水印的定义
• 1.3.2 数字水印的基本原理
• 1.3.3 水印攻击
• 1.4 本文的研究内容及章节安排
• 第二章 水印编码技术
• 2.1 数字图像置乱技术
• 2.1.1 数字图像置乱
• 2.1.2 数字图像置乱算法
• 2.2 Arnold变换
• 2.2.1 Arnold变换的周期性
• 2.2.2 二维广义Arnold混沌映射及置乱处理
• 2.2.3 快速Arnold反变换
• 2.3 最优置乱度分析
• 2.3.1 基于位置移动的置乱度分析
• 2.3.2 基于图像局部像素值方差的置乱度分析
• 2.4 实验与分析
• 第三章 图像的几何归一化处理
• 3.1 图像的几何变换
• 3.1.1 图像的表示方式
• 3.1.2 图像的几何变换
• 3.2 基于几何矩的图像归一化处理
• 3.2.1 图像的几何矩及其物理意义
• 3.2.2 一种基于几何矩的归一化算法
• 3.3 一种自定义几何归一化算法
• 3.3.1 几何归一化本质
• [M,d]的构造'>3.3.2 T_[M,d]的构造
• 3.4 归一化图像重要区域的提取
• 3.5 实验与分析
• 第四章 水印算法
• 4.1 小波变换理论
• 4.1.1 离散小波变换
• 4.1.2 小波图像分解
• 4.2 小波变换与数字水印
• 4.3 一种小波域的盲水印算法
• 4.3.1 水印的嵌入
• 4.3.2 水印的提取
• 第五章 算法的仿真实验
• 5.1 本文算法的仿真实验
• 5.1.1 水印的嵌入和提取
• 5.1.2 对常规攻击的抵抗实验
• 5.1.3 对几何攻击的抵抗实验
• 5.1.4 实验结论
• 5.2 与同类型的算法的比较
• 5.2.1 普通攻击
• 5.2.2 裁剪攻击
• 5.2.3 几何攻击
• 5.2.4 实验结论
• 5.3 本文算法在数字地图版权保护中的应用
• 5.3.1 彩色图像的水印嵌入
• 5.3.2 与GeoMedia的接口解决方法
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果