可逆数字水印技术的研究

论文摘要

近年来,数字水印作为一种新兴的信息安全技术,被广泛应用于数字信息的版权保护和认证等领域。在水印的嵌入过程中原始载体会产生变形。尽管这种变形是轻微的,但这种变形在医学图像、军事图像、遥感图像等领域几乎是不可接受的。因此,设计出一种能在提取出机密信息之后,可无损恢复原始图像的可逆水印算法具有重要的意义。本文取得的研究成果和创新点主要表现在以下几个方面:1.利用差分扩张和差分平移产生一种新的可逆水印算法。按照一定的顺序扫描图像得到一个灰度序列后,该算法计算序列中任意两个相邻像素之间差分,将差分大于K-1的向右扩张,差分小于-K的向左扩张,介于-K、K-1之间的差分用来隐藏信息（K是由用户根据嵌入容量所选择的一个正整数）,并通过适当调整图像灰度使得嵌入信息后差分的改变均匀分布在两个像素上,保证了较好的图像质量。该算法在保持较高峰值信噪比基础上,能够嵌入更多的信息。2.利用图像均值我们提出了一种可用于半脆弱认证的鲁棒可逆水印算法。该算法利用了鲁棒的统计量——图像均值,通过计算相邻两个图像子块均值的差分,根据差分的范围,将差分进行不同程度地平移来嵌入水印;再根据差分的平移量分别调整两个子块的各个像素,以保证算法的可逆性。同时该算法利用分块直方图调整来避免像素的溢出。对常见图像和三类医学图像（CT、超声波、X光图像）进行仿真实验,发现该可逆水印算法对JPEG压缩具有良好的鲁棒性,并且具有较好的图像质量。3.提出一种基于坐标的二维矢量地图可逆水印算法。将二维矢量地图中顶点坐标由浮点数转化为整数,然后利用他们之间的相关性,通过调整地图中的顶点坐标进行水印嵌入。同时通过适当调整顶点的坐标使得嵌入水印后差分的改动均匀分布在两个坐标上,保证了较低的数据扰动。与Wang的算法相比,该算法在保持较低的变形的基础上,能够嵌入更多的水印信息。4.提出一种适用于SVG图形的可逆水印算法。对于SVG格式的矢量图形,‘path’数据中的折线段嵌入水印的方式与矢量地图中嵌入水印的方式相差不大,而对于由控制顶点所确定Bezier曲线,为保持曲线之间的连续性,需要固定图形中二次Bezier曲线和三次Bezier曲线的控制顶点中的起点和终点。因此我们对于不同的曲线类型采用不同的水印嵌入方式,在保持连续性的同时,使得水印具有可逆性。5.利用网格顶点坐标之间的差分来嵌入可逆水印。为了增加水印的鲁棒性,将差分进行分类,并根据水印的不同,将差分进行不同程度的平移,使得模型在没有受到任何攻击的情况下,可以提取水印,并恢复原始模型;而在模型经过加噪、平滑以及轻微旋转等攻击下,水印仍然可以正确提取,但是原始模型已经不可恢复。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目次
• 插图
• 表格
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 数字图像水印技术
• 1.3 矢量图形的数字水印技术
• 1.4 三维几何模型数字水印
• 1.5 亟待解决的问题
• 1.6 论文的主要工作和组织
• 第二章 数字图像的可逆水印
• 2.1 研究背景
• 2.2 数字图像的可逆水印技术
• 2.3 基于差分扩张和差分平移的可逆水印算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 具有鲁棒性的可逆水印
• 3.1 研究背景
• 3.2 可抵抗JPEG压缩的可逆水印
• 3.3 多重数字水印算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 矢量图形的可逆水印
• 4.1 研究背景
• 4.2 二维矢量地图可逆水印
• 4.3 SVG矢量图形的可逆水印算法
• 4.4 本章小结
• 第五章 三维模型的可逆水印
• 5.1 研究背景
• 5.2 三维模型的可逆水印
• 5.3 新的可逆水印算法
• 5.4 具有一定鲁棒性的三维模型可逆水印算法
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 今后研究工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果
• 作者简历
• 致谢