图像数字水印与性能评估技术研究

论文摘要

随着数字技术和互联网的发展,各种形式的多媒体数字作品(图像、视频、音频、文本等)纷纷发表在网络上,其版权保护和完整性认证成为需要解决的问题。为了对数字信息产品进行有效的版权保护和完整性认证,数字水印(digital watermarking)技术应运而生。数字水印技术就是通过在原始数据中嵌入秘密信息——“水印”来证实该数据的所有权及对数字化信息的完整性进行认证。根据数字水印的隐藏位置,可将其划分为空域数字水印和变换域数字水印。空域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息,而变换域数字水印则是在DCT变换域或小波变换域上隐藏水印。本文主要是对以图像为载体的数字水印技术进行深入、系统的分析研究,同时对图像数字水印性能评估方法进行了探讨。论文工作主要包括:1、空域图像水印技术。空域图像水印技术是指在图像的空间域中嵌入水印的技术。最有代表性的三种算法是用水印信息代替图像最低有效位(LSB)的LSB算法、Van Schyndel图像水印算法和Bender等人提出的Patchwork算法。本文深入分析了这三种空域图像水印算法,应用Matlab6对这三种算法进行了仿真实验及结果分析。针对这三种算法的水印容易被非法提取的不足,提出了一种改进的空域图像水印算法,仿真实验及结果分析表明该算法增强了水印信息的安全性。2、DCT域图像水印技术。与空域图像水印相比,DCT域图像水印对压缩、滤波和其他一些数字处理具有更强的稳健性,同时又与常用的图像压缩标准JPEG兼容,因而得到了广泛的重视。简单分块的DCT图像水印算法、基于门限的分块DCT图像水印算法和全局DCT (Cox)图像水印算法是最典型的三种DCT域图像水印算法。本文深入分析了这三种DCT域图像水印算法,应用Matlab6对这三种算法进行了仿真实验及结果分析。针对这三种算法水印容量较小的不足,提出了一种改进的DCT域图像水印算法,仿真实验及结果分析表明该算法具有较大的水印容量。3、图像水印的性能评估。本文引入了两个定量描述视觉质量的技术指标PSNR(PeakSignal to Noise Ratio,峰值信噪比)和sim(相似度)。设计实现了水印评估原型系统,应用该原型系统分别对本文改进的空域图像水印算法和DCT域图像水印算法生成的图像水印在受到几何变形攻击和图像增强攻击后进行了性能评估,对仿真实验数据进行了相关分析,比较了空域水印算法与DCT域水印算法的抗攻击能力。4、在分析现有水印性能评估方法的基础上,提出了一种基于应用场景的数字水印评估方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 信息隐藏技术
• 1.2.1 信息隐藏模型
• 1.2.2 信息隐藏技术分类
• 1.2.3 信息隐藏的具体应用
• 1.2.4 信息隐藏的研究现状
• 1.3 研究目标、内容及贡献
• 1.4 论文结构安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 数字水印与 Matlab 仿真技术
• 2.1 数字水印技术
• 2.1.1 数字水印模型
• 2.1.2 数字水印的分类
• 2.1.3 数字水印的性能要求
• 2.1.4 数字水印的研究内容
• 2.1.5 数字水印的研究现状
• 2.2 Matlab 仿真技术
• 2.2.1 Matlab 仿真技术的优点
• 2.2.2 与数字水印相关的Matlab 函数
• 2.3 本章小结
• 第三章 图像水印算法研究
• 3.1 空域图像水印算法研究
• 3.1.1 LSB 图像水印算法
• 3.1.2 Van Schyndel 图像水印算法
• 3.1.3 Patchwork 图像水印算法
• 3.1.4 改进的空域图像水印算法
• 3.2 DCT 域图像图像水印算法
• 3.2.1 简单分块的DCT 域图像水印算法
• 3.2.2 基于门限的分块DCT 域图像水印算法
• 3.2.3 全局DCT 域图像水印算法
• 3.2.4 改进的DCT 域图像水印算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 图像数字水印性能评估研究
• 4.1 数字水印攻击分类
• 4.2 水印性能评估原型系统的设计与实现
• 4.3 水印性能评估原型系统运行结果分析
• 4.4 基于应用场景的数字水印评估方案
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 进一步工作
• 参考文献
• 附录
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢