圖像數(shù)字水印在變換域中魯棒性的研究.pdf

1、數(shù)字水印技術(shù)是近幾年來國際學(xué)術(shù)界興起的一個前沿研究領(lǐng)域，它與信息安全、信息隱藏、數(shù)據(jù)加密等均有密切的關(guān)系。特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)迅速發(fā)展的今天，數(shù)字媒體已成為人們獲取知識的主要手段，對作為數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)重要手段的數(shù)字水印技術(shù)的研究更具現(xiàn)實意義。近幾年，作為數(shù)字圖像版權(quán)保護(hù)重要手段之一的魯棒性圖像數(shù)字水印技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注和研究，取得了豐碩的研究成果，但迄今為止．沒有任何一種水印算法能夠抵抗所有的常規(guī)處理和惡意攻擊，現(xiàn)

2、有水印算法的魯棒性也不盡如人意，這阻礙了水印技術(shù)在實際生活中的應(yīng)用和推廣。本文以提高水印算法魯棒性為目標(biāo)，圍繞魯棒性數(shù)字圖像水印技術(shù)開展了深入系統(tǒng)的研究工作。目前，變換域圖像水印算法是最為活躍的研究領(lǐng)域，也是水印算法的主流研究方向。本文從決定水印算法魯棒性的兩個關(guān)鍵因素：水印嵌入位置和水印嵌入強(qiáng)度方面對變換域水印算法進(jìn)行了深入細(xì)致的研究工作，圍繞如何增強(qiáng)水印透明性和算法魯棒性兩個主題進(jìn)行水印方案的探討。在水印嵌入位置方面，作

3、者對現(xiàn)有的DCT域圖像塊分類水印算法的水印嵌入位置選擇策略進(jìn)行了優(yōu)化，并提出了相應(yīng)水印改進(jìn)算法，同時將圖像塊分類思想應(yīng)用在小波域中，為小波域的水印系統(tǒng)提供了一種新的設(shè)計方案。在水印嵌入強(qiáng)度方面，作者引進(jìn)模糊系統(tǒng)對水印嵌入強(qiáng)度因子進(jìn)行模糊動態(tài)優(yōu)化控制，更好地保持了原始圖像的品質(zhì)，進(jìn)一步增強(qiáng)了算法魯棒性。在此基礎(chǔ)上，作者對基于CDMA通信原理的多水印嵌入方案以及如何利剛原點矩提高水印的抗幾何攻擊能力方面進(jìn)行了縱深研究，捉山了相應(yīng)

4、的解決方案并通過理論分析和具體實驗驗證了所提方案的有效性。本文提出的新思路，新方法和新技術(shù)有效提高了圖像數(shù)字水印算法的魯棒性，能夠?qū)λ∠到y(tǒng)在實際生活中的應(yīng)用和推一起到推動作用。本文的主要工作主要包括以下幾個方面：一.確立了直流分量(DC)系數(shù)是水印在DCT域中的最佳嵌入位置。針對目前DCT域水印算法中水印嵌入位置的選擇方法繁多無序的現(xiàn)象，探討了DCT域中水印嵌入最優(yōu)位置的問題。在對DCT域直流分量系數(shù)和不同頻段的交流分量系

5、數(shù)深入分析的基礎(chǔ)上，通過理論分析和實驗驗證，本文得出直流分量(DC)系數(shù)是水印在DCT域中的最佳嵌入位置的結(jié)論，為在實際應(yīng)用中，設(shè)計更魯棒的DCT域數(shù)字水印算法提供了一個有益的理論指導(dǎo)。二.提出了改進(jìn)的DCT域自適應(yīng)圖塊分類水印算法(DCT-IC)?；诖罅康膶嶒灧治龈倪M(jìn)了基于HVS的圖塊分類標(biāo)準(zhǔn)，并利用卷積等濾波技術(shù)對圖塊分類結(jié)果實施優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上，提出了DCT-IC算法，實驗結(jié)果表明在保證良好的圖像視覺質(zhì)量前提下，經(jīng)

6、過多種常規(guī)圖像處理或攻擊后，該算法能夠進(jìn)一步提高提取水印信息的精度，提取水印和原始水印的相關(guān)系數(shù)比經(jīng)典COX方法大約提高了50％，比現(xiàn)有DCT域一般圖塊分類水印算法，大約提高了2～10％，算法魯棒性得到了進(jìn)_步的提高。三.設(shè)計了一種新穎的DWT域圖塊分類水印算法(RADIC)。將圖塊分類(IC)思想應(yīng)用到小波域中，利用DWT域中每一個小波系數(shù)都對應(yīng)著一個圖像塊，且表征著該圖像塊的明暗程度或者紋理復(fù)雜程度的特性，根據(jù)小波系數(shù)對應(yīng)

7、的圖塊類別和小波系數(shù)本身的特征，構(gòu)成對水印嵌入點和水印信息嵌入量的最優(yōu)動態(tài)控制，使得水印信息的嵌入更為合理有效。實驗結(jié)果表明RADIC算法比現(xiàn)有的一些典型小波域水印算法(參見第三章算法一)更好地保持了原始圖像的品質(zhì)，算法魯棒性也提高了2～10％，這種將IC思想應(yīng)用到小波域水印算法中的嘗試取得了理想效果，為小波域水印算法的研究開拓了新方法。四.提出基于模糊系統(tǒng)的模糊水印算法。為了更好地提高圖像分類水印算法的魯棒性，最人程度消

8、除不同類圖塊之間可能出現(xiàn)的邊塊效應(yīng)，作者在水印算法中引入了模糊理論，利用模糊系統(tǒng)產(chǎn)生自適應(yīng)載體圖像的水印嵌入強(qiáng)度因子。在第三章的研究成果(改進(jìn)的圖像塊分類標(biāo)準(zhǔn))基礎(chǔ)上，建立模糊系統(tǒng)，對水印嵌入強(qiáng)度因子進(jìn)行模糊動態(tài)控制，理論和實驗結(jié)果表明，與基于圖像塊分類的變換域水印算法相比(參見第三章)，當(dāng)系統(tǒng)中不同類圖像塊的水印嵌入強(qiáng)度因子設(shè)置相差較大時，模糊水印算法魯棒性能夠有效提高2～5個百分比。五.設(shè)計了基于Walsh碼的多水印方案

9、。在以上單水印魯棒算法的研究基礎(chǔ)上，依據(jù)CDMA擴(kuò)頻通信基本原理，提出了基于Walsh碼的多水印方案，該方案利用Walsh碼的優(yōu)良正交特性，對多個水印進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制并線性整合，這種高效的多水印編碼方案使得在多水印的嵌入和提取過程中，水印之間零干擾，實驗表明方案可行，為解決圖像多著作權(quán)問題以及不同階段的版權(quán)認(rèn)證問題提供了有效手段。六.提出了一種新的基于原點矩的抗幾何攻擊水印方案。水印對抗兒何攻擊是一個十分困難而極具挑戰(zhàn)性的課題，

10、本文在對現(xiàn)有的水印對抗幾何攻擊方法深入研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新的基于原點矩的幾何變換參數(shù)估計方法，相比于同類其他方法(參見第六章張&Le算法)，該方法更為簡單優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，提出了一種具有抗幾何攻擊特性的通用水印方案，并以本文中的RADIC算法，DWT-WAFS算法和CDMA多水印算法為例進(jìn)行方案的實施和檢測，實驗結(jié)果表明該方案能夠有效抵抗旋轉(zhuǎn)，縮放和翻轉(zhuǎn)等幾何攻擊，為圖像在實際生活中的打印和掃描過程提供了有力的版權(quán)保護(hù)