基于變換域的若干數(shù)字圖像水印算法研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和普及，數(shù)字圖像、數(shù)字音頻和數(shù)字視頻等數(shù)字媒體的傳播變得越來(lái)越方便快捷，使得產(chǎn)品的所有權(quán)問(wèn)題已經(jīng)成為嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。 數(shù)字水印作為一種版權(quán)保護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并迅速發(fā)展起來(lái)，成為信息安全和多媒體信號(hào)處理領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。數(shù)字水印技術(shù)的性能指標(biāo)主要有安全性、魯棒性和不可見(jiàn)性等。根據(jù)所基于的域，數(shù)字水印算法主要可分為空域和變換域算法兩大類。空域算法魯棒性比較差，水印容易丟失，而變換域算法，如離散余弦變換（

2、DCT）和離散小波變換（DWT），可以將嵌入水印的能量分布到空域的所有像素上，并可與國(guó)際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)相兼容，因此，變換域算法具有很好的魯棒性和應(yīng)用前景。 本論文首先介紹了數(shù)字水印的研究背景、意義、主要用途、工作原理、分類、性能指標(biāo)、攻擊類型、算法評(píng)價(jià)、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和論文的結(jié)構(gòu)安排，以及傅里葉變換、余弦變換、小波變換、Arnold變換和矩陣的奇異值分解等本論文中用到的數(shù)字水印的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；然后在充分調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以靜止

3、圖像作為研究對(duì)象，研究了四種基于變換域的數(shù)字圖像水印算法；最后對(duì)論文的工作進(jìn)行了總結(jié)，并展望了下一步的工作。完成了如下四項(xiàng)主要工作： （1）一種基于離散余弦變換和Arnold 變換的數(shù)字圖像水印算法的研究。許多研究表明，Arnold變換可消除圖像像素的空間相關(guān)性，有效地提高水印的魯棒性，并具有變換簡(jiǎn)單、時(shí)空效率高、變換后的像素總個(gè)數(shù)和直方圖不變等特點(diǎn)，在數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域具有較廣泛的應(yīng)用。本論文將離散余弦變換和Arnold變換的優(yōu)

4、點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，研究了一種基于離散余弦變換和Arnold變換的數(shù)字圖像水印算法。算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且水印提取時(shí)不需要載體圖像，并具有較好的安全性、魯棒性和不可見(jiàn)性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性及抗JPEG壓縮、低通濾波、剪切和噪聲干擾等能力。 （2）一種基于混沌的雙重變換域數(shù)字圖像擴(kuò)頻水印算法的研究。許多研究表明，將擴(kuò)頻通信的思想用于水印算法的研究，能夠提高水印的安全性和魯棒性?；煦缧盘?hào)對(duì)初值具有敏感依賴性，可將初值作為嵌入和提取水印

5、的密鑰，也被廣泛用于數(shù)字水印技術(shù)研究。此外，將離散小波變換和離散余弦變換結(jié)合用于數(shù)字水印算法的研究，能夠有效地提高水印的魯棒性。本論文將擴(kuò)頻通信、混沌、離散小波變換和離散余弦變換的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，研究了一種基于混沌的離散小波和離散余弦雙重變換域數(shù)字圖像擴(kuò)頻水印算法。仿真結(jié)果表明，算法切實(shí)可行，不僅具有較好的安全性、魯棒性和不可見(jiàn)性，而且在水印的提取過(guò)程中不需要載體圖像。 （3）一種基于Block-SVD的小波域彩色圖像數(shù)字水印算法

6、的研究。近年來(lái)，矩陣的奇異值分解（SVD）作為一種強(qiáng)有力的數(shù)值分析技術(shù)，具有穩(wěn)定性好，即經(jīng)過(guò)處理后，奇異值不會(huì)有太大變化；包含矩陣固有的代數(shù)性質(zhì)等特性，當(dāng)載體圖像尺寸比較大時(shí)，可以采用分塊奇異值分解提高時(shí)空效率，因此，奇異值分解被廣泛用于數(shù)字水印技術(shù)研究中。本論文將Arnold變換、離散小波變換和分塊奇異值分解的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，研究了一種基于Arnold 變換和分塊奇異值分解的小波域彩色圖像數(shù)字水印算法。算法嵌入和提取水印時(shí)間較短，且采用

7、灰度圖像作為水印，增加了嵌入的信息量。仿真結(jié)果表明，算法具有較好的安全性和不可見(jiàn)性，不僅可以抵抗一些常規(guī)攻擊如疊加噪聲、JPEG壓縮和銳化等，而且對(duì)于一些幾何攻擊如旋轉(zhuǎn)、縮放和平移等也具有較好的魯棒性。 （4）一種基于奇異值分解的雙重變換域數(shù)字圖像水印算法的研究。隨著數(shù)字水印研究的興起，變換域水印算法成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。將離散小波變換和離散余弦變換結(jié)合用于數(shù)字水印算法的研究，能夠有效地提高水印的魯棒性。本論文將奇異值分解、離散小