數(shù)字圖像圖形可逆水印算法研究.pdf

1、傳統(tǒng)的數(shù)字水印技術(shù)從20世紀(jì)90年代提出以來得到了廣泛的研究，在諸如數(shù)字權(quán)利管理、多媒體內(nèi)容描述與認(rèn)證、隱藏通信等一些領(lǐng)域也得到了較好應(yīng)用。數(shù)字水印技術(shù)的初衷是為了解決版權(quán)保護(hù)問題，但隨著研究的進(jìn)展和應(yīng)用的明晰化，人們逐漸發(fā)現(xiàn)可以利用數(shù)字水印技術(shù)將元數(shù)據(jù)嵌入在媒體里以實(shí)現(xiàn)認(rèn)證、媒體內(nèi)容檢索、權(quán)限管理和拷貝跟蹤等一系列更實(shí)用的功能?；谠獢?shù)據(jù)嵌入思想的水印認(rèn)證技術(shù)利用了水印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將數(shù)字簽名和相關(guān)信息作為水印嵌在載體媒體中，實(shí)現(xiàn)對(duì)載體

2、媒體的原始性、真實(shí)性和完整性認(rèn)證。這類水印認(rèn)證技術(shù)的研究和應(yīng)用在20世紀(jì)90年代中后期發(fā)展起來，采用的手段是脆弱或半脆弱水印技術(shù)。
　　但水印認(rèn)證技術(shù)本身存在缺陷：由于水印數(shù)據(jù)的嵌入必然會(huì)給載體數(shù)據(jù)帶來誤差，使得傳統(tǒng)的脆弱和半脆弱水印技術(shù)對(duì)原始載體數(shù)據(jù)的精確認(rèn)證在理論上不可行。為了解決這一問題，可逆數(shù)字水印技術(shù)在20世紀(jì)90年代末應(yīng)時(shí)而生，通過數(shù)據(jù)可逆嵌入的方式實(shí)現(xiàn)了載體數(shù)據(jù)的可完全恢復(fù)性，從原理上保證了利用水印技術(shù)對(duì)原始載體數(shù)據(jù)

3、進(jìn)行認(rèn)證的精確性。與此同時(shí)，可逆數(shù)字水印能完全恢復(fù)原始載體數(shù)據(jù)的特性引起了許多研究人員，特別是醫(yī)學(xué)圖像處理人員和一些國(guó)家軍方的注意，數(shù)據(jù)嵌入的可逆性成為這些特殊場(chǎng)合的要求，而且所嵌入的信息也不再僅僅局限于數(shù)據(jù)量較小的認(rèn)證信息。隨著研究的深入和應(yīng)用的擴(kuò)展，傳統(tǒng)可逆數(shù)字水印算法在數(shù)據(jù)容量上遭遇了挑戰(zhàn)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足諸多應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)容量的要求。如何在保持載體圖像視覺質(zhì)量的情況下顯著提高水印嵌入的數(shù)據(jù)容量，成為近兩年來圖像可逆水印算法研究的主題

4、。另一方面，傳統(tǒng)圖像可逆水印算法全都針對(duì)自然圖像，而更具有商業(yè)和軍事保護(hù)價(jià)值、對(duì)精確度要求嚴(yán)格的二維矢量數(shù)據(jù)(如矢量地圖)則缺乏可逆水印的應(yīng)用研究。此外，實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)圖像都以有損壓縮格式存儲(chǔ)，但至今尚缺乏能對(duì)碼流進(jìn)行精確認(rèn)證的壓縮域可逆水印算法。
　　針對(duì)以上問題，本文在總結(jié)傳統(tǒng)圖像可逆數(shù)字水印算法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了自然圖像可逆水印算法的性能改進(jìn)、基于數(shù)值擴(kuò)展原理的可逆水印算法的通用模型、二維矢量數(shù)據(jù)可逆水印算法和矢量量化壓

5、縮域可逆水印算法。鑒于全球范圍內(nèi)對(duì)圖像與圖形可逆水印的研究剛剛興起，在理論、算法設(shè)計(jì)、應(yīng)用框架設(shè)計(jì)和性能評(píng)估等方面存在諸多不成熟之處，本文在提升可逆數(shù)字水印算法性能，構(gòu)建通用性算法框架及其優(yōu)化，擴(kuò)展應(yīng)用對(duì)象等方面做了一些嘗試。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　針對(duì)現(xiàn)有圖像可逆數(shù)字水印算法嵌入量上的局限，提出了數(shù)種整數(shù)變換域數(shù)值擴(kuò)展算法。這些算法利用整數(shù)變換域系數(shù)能量集中分布的特性，提升了可逆數(shù)字水印算法的數(shù)據(jù)容量，降低了嵌入失真。另一

6、方面，利用變換域系數(shù)預(yù)測(cè)技術(shù)去除系數(shù)間的冗余，使得在同等數(shù)據(jù)容量條件下，嵌入失真得到進(jìn)一步降低，可逆數(shù)字水印的性能(數(shù)據(jù)容量/失真度之比)得到提高。另外，本文將空間直方圖移位方法應(yīng)用到了整數(shù)小波域，提高了算法性能。
　　在現(xiàn)有的數(shù)值擴(kuò)展技術(shù)和直方圖移位技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了可逆數(shù)字水印算法的直方圖擴(kuò)展通用模型，將一些經(jīng)典可逆水印算法在直方圖擴(kuò)展模式上給出了統(tǒng)一解釋，并可根據(jù)此模型找出適合給定直方圖的最優(yōu)擴(kuò)展模式。給出了基于直方圖擴(kuò)展

7、技術(shù)的圖像可逆水印算法的全局框架，指明了性能改進(jìn)的各個(gè)可能的方面。
　　針對(duì)整數(shù)離散余弦變換的系數(shù)修改引起的空間域數(shù)值誤差估計(jì)的問題，利用浮點(diǎn)數(shù)離散余弦變換作為橋梁，提出并設(shè)計(jì)了整數(shù)離散余弦變換系數(shù)經(jīng)修改引起的像素值誤差的估計(jì)方法，其方法框架同樣適用于其它具有非線性特性的整數(shù)變換，如整數(shù)小波變換。此方法較好地解決了整數(shù)變換域系數(shù)修改對(duì)空間域數(shù)據(jù)影響的估計(jì)問題，使數(shù)值溢出問題的解決有了量化基礎(chǔ)。
　　將可逆水印的應(yīng)用對(duì)象擴(kuò)展到