图像的数字水印算法研究

论文摘要

随着信息时代的到来,Internet热潮席卷全球,电子商务(EC)、电子政务等的蓬勃发展,信息安全成为人们日益关注的焦点。传统的加密方法可以解决一定程度上的安全问题,但计算技术的飞速发展提供了强有力的工具,使得密码破译能力越来越强,因此,常规密码的安全性受到了极大挑战。仅通过增加密钥的长度,来增强加/解密系统的机密等级已经不再是唯一可行的方法。数字水印技术作为新一代的信息安全技术,它将水印信息隐藏到多媒体载体中以保护数字媒体的版权、所有权或证明媒体的真实可靠性。本文围绕静止图像的数字水印算法的设计展开研究,提出了若干基于空域及变换域的水印算法。论文包括八章。第一、二章是基础部分。第一章介绍了数字水印的研究意义,水印的历史,国内外发展状况及其应用领域,最后介绍了本文的主要研究工作。第二章系统概述了数字水印的基本特性、分类,水印系统的基本框架及水印的攻击方法和相应的对策。第三章至第七章分别详细介绍了几种图像水印算法,主要内容包括:1.空域算法一般计算简单,信息隐藏量大,早期的水印算法都是空域的。本文提出了一种基于模运算的空域盲水印算法。利用取模运算,将水印嵌入到随机地,不可逆地计算出来的位置中去,且一个像素允许嵌入多个比特。该方案的隐藏效果很好,水印的提取无需原始图像。2.由于图像的几何仿射变换会破坏嵌入和提取过程中水印的同步,因此如何抵抗几何攻击是数字水印技术中的一个难题。本文提出了一种能抵抗图像几何变换进攻的空域水印算法。该算法利用几何矩对图像进行归一化,然后计算归一化图像中的某个参数的值。再用StirMark对原始图像进行各种几何攻击,同时计算遭受攻击后的归一化图像中的该参数。适当设计水印,使得该参数在某个范围内变动。对于某个图像而言,若其归一化图像中该参数的值处于预定的变动范围内,则认为该图像中嵌入了水印;反之,则认为图像中没有水印。此算法简单,而且实现了盲检测。3. CDMA码分多址通信系统是利用相互正交的Walsh码来划分用户信道的。本文设计了一种利用正交Walsh码的扩频水印系统。用多个Walsh码同时调制水印信息,然后嵌入到载体图像DCT变换域中。该系统的抗攻击能力很强。4.充分利用人眼视觉特性来平衡水印的鲁棒性和不可见性,本文研制了一种小波域的数字水印算法。该算法利用可对图像进行压缩的零树编码算法和小波域临界可见误差JND门限,将二值图像水印信号嵌入到一组重要的小波系数中,其中嵌入的强度就是系数所在位置的JND值。算法既保证了水印的鲁棒性,又没有造成载体图像的降质。5.灰度图像水印比二值序列和二值图像的可辨识性都要强一些。本文设计了一种针对灰度图像水印的,基于整数小波提升格式的图像水印算法,并对分块对水印性能的影响进行了研究。算法先对灰度水印图像置乱,再进行位平面分解,从而将之变换成一维二值序列。而对原始图像先分块再进行整数小波变换。最后将二值序列嵌入到原始图像的小波变换系数中。实验结果证明,该方法能较好地抵抗剪切、JPEG压缩、低通滤波及噪声干扰。第八章对全文进行了总结,并对今后的研究工作做了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 数字水印研究的意义
• 1.2 数字水印技术的历史及研究概况
• 1.3 研究的应用领域
• 1.4 本文的主要内容
• 2 数字水印的基本理论
• 2.1 数字水印的基本特性
• 2.2 数字水印的分类
• 2.3 数字水印系统基本框架
• 2.4 水印的攻击方法及对策
• 3 基于模运算的空域盲水印算法
• 3.1 引言
• 3.2 基本概念
• 3.3 水印的嵌入和提取算法
• 3.4 关键技术
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 4 基于归一化图像的抗几何攻击的水印算法
• 4.1 引言
• 4.2 RST 不变域方法
• 4.3 基于矩的图像归一化
• 4.4 基于归一化图像的水印算法
• 4.5 本章小结
• 5 利用正交码扩频技术的DCT 域图像水印算法
• 5.1 引言
• 5.2 码分多址
• 5.3 PN 码序列
• 5.4 基于正交码扩频技术的数字水印系统
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 6 基于HVS 的结合零树编码的小波域水印算法
• 6.1 引言
• 6.2 小波变换
• 6.3 嵌入式零树小波编码算法EZW
• 6.4 简单序列扩展
• 6.5 水印的嵌入与提取算法
• 6.6 实验结果
• 6.7 本章小结
• 7 基于整数小波变换的数字水印算法
• 7.1 引言
• 7.2 整数小波提升
• 7.3 数字水印中的置乱技术
• 7.4 基于位平面分解的灰度图像水印生成
• 7.5 水印的嵌入与提取
• 7.6 实验结果
• 7.7 本章小结
• 8 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文目录