基于自嵌入水印算法的圖像安全認證技術研究.pdf

1、信息技術的飛速發(fā)展，使多媒體信息的存儲、傳輸和傳播更為便捷，但同時，也帶來了一系列安全問題，如未經(jīng)授權的存取、拷貝、修改等。保護多媒體作品的真實性和完整性成了需要解決的新挑戰(zhàn)。數(shù)字圖像的安全，已經(jīng)成為多媒體信息安全的重點。
　　基于數(shù)字水印的圖像認證系統(tǒng)，通常是將圖像自身的特征信息嵌入圖像中，通過篡改檢測技術鑒別數(shù)字圖像是否受到篡改，并對篡改的區(qū)域進行定位及恢復。本文主要研究了基于自嵌入水印算法的圖像認證系統(tǒng)，根據(jù)不同的需求，從脆

2、弱水印和半脆弱水印兩方面進行了研究。本文主要的貢獻和創(chuàng)新點主要包括以下幾點:
　　(1)提出一種基于混沌序列和Feistel結構的變換域圖像加密算法。算法首先對圖像進行二維小波分解，然后對低頻子帶和高頻子帶進行不同的加密處理，高頻子帶采用Hyperhenon混沌序列進行置亂，而低頻子帶部分采用Logistic混沌序列和Feistel結構進行加密處理;最后對算法進行了密鑰空間分析、密鑰敏感性分析、直方圖分析、相鄰像素相關性分析，實驗

3、結果表明，該算法是一種安全的，加密效果良好的圖像加密算法。
　　(2)針對圖像的拷貝攻擊以及傳統(tǒng)數(shù)字簽名算法的缺陷問題，提出一種基于圖像加密和特征提取的彩色圖像防拷貝水印算法。算法提取色度分量離散余弦變換的特征信息，經(jīng)過混沌加密后嵌入到亮度分量小波變換系數(shù)中。在篡改檢測方面，根據(jù)水印嵌入前后圖像特征的變化情況，提出一種雙閾值法來檢測拷貝攻擊。該算法適用于彩色圖像，通過混沌加密，進一步提高算法的安全性，對于常規(guī)圖像處理攻擊具有較好的

4、魯棒性，并且能夠有效地檢測拷貝攻擊，相對于其它方法，該算法更簡單有效。
　　(3)提出了一種基于Contourlet變換的抗JPEG壓縮的半脆弱水印算法，根據(jù)圖像壓縮前后Contourlet相鄰系數(shù)的不變特性產(chǎn)生認證水印，隨機嵌入到映射塊的DCT變換系數(shù)中。檢測過程中，通過比較重構水印與提取水印建立篡改標識矩陣，并統(tǒng)計稀疏點與稠密點的比值，結合閾值分析法區(qū)分篡改類型。該算法能夠?qū)崿F(xiàn)盲檢測，具有較好的抗JPEG壓縮能力，同時，不但能

5、有效地鑒別惡意篡改和偶然操作，而且對惡意篡改區(qū)域能夠進行較精確的定位。
　　(4)針對脆弱水印算法中篡改定位精度以及安全性低的問題，提出一種新的可恢復脆弱水印方案。通過分塊離散余弦變換系數(shù)產(chǎn)生圖像塊水印，根據(jù)Logistic混沌序列產(chǎn)生塊映射關系，將水印嵌入到映射塊像素的低兩位。在篡改檢測部分，分析了常規(guī)篡改檢測方法的檢測性能和缺陷，并結合奇偶校驗檢測方法，設計了一種新的閾值檢測方法，既保證了安全性又提高了檢測性能。實驗仿真結果表

6、明，在圖像常規(guī)篡改小于80％時均能夠?qū)崿F(xiàn)較精確地篡改定位，當常規(guī)篡改區(qū)域小于30％時，能夠?qū)Υ鄹牟糠謱崿F(xiàn)較精確地恢復。與其它算法相比，該方法還能夠檢測出僅圖像內(nèi)容的篡改和奇偶校驗等價攻擊形式，安全性有所提高。
　　總之，本論文圍繞安全的數(shù)字認證水印算法與檢測性能分析展開研究，提出了一種圖像加密算法和三種水印生成方法、水印嵌入準則及篡改檢測模型。對算法的安全性、篡改檢測性能和篡改恢復質(zhì)量的定量分析和評估，有助于設計出適用于不同應用范