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(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界興起的一個(gè)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(shí)的主要手段，對(duì)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(shí)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(méi)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(shí)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(gè)關(guān)鍵因素：水印嵌入位置和水印嵌入強(qiáng)度方面對(duì)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(gè)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(duì)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(shí)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(jì)方案。在水印嵌入強(qiáng)度方面，作者引進(jìn)模糊系統(tǒng)對(duì)水印嵌入強(qiáng)度因子進(jìn)行模糊動(dòng)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(duì)基于CDMA通信原理的多水印嵌入方案以及如何利剛原點(diǎn)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(guò)理論分析和具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)際生活中的應(yīng)用和推一起到推動(dòng)作用。本文的主要工作主要包括以下幾個(gè)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(duì)目前DCT域水印算法中水印嵌入位置的選擇方法繁多無(wú)序的現(xiàn)象，探討了DCT域中水印嵌入最優(yōu)位置的問(wèn)題。在對(duì)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(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)更魯棒的DCT域數(shù)字水印算法提供了一個(gè)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?shí)驗(yàn)分析改進(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(duì)圖塊分類結(jié)果實(shí)施優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上，提出了DCT-IC算法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在保證良好的圖像視覺(jué)質(zhì)量前提下，經(jīng)

6、過(guò)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(jì)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(gè)小波系數(shù)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)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(duì)應(yīng)

7、的圖塊類別和小波系數(shù)本身的特征，構(gòu)成對(duì)水印嵌入點(diǎn)和水印信息嵌入量的最優(yōu)動(dòng)態(tài)控制，使得水印信息的嵌入更為合理有效。實(shí)驗(yàn)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(jiàn)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(duì)水印嵌入強(qiáng)度因子進(jìn)行模糊動(dòng)態(tài)控制，理論和實(shí)驗(yàn)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(jiàn)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(shí)，模糊水印算法魯棒性能夠有效提高2～5個(gè)百分比。五.設(shè)計(jì)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(duì)多個(gè)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(guò)程中，水印之間零干擾，實(shí)驗(yàn)表明方案可行，為解決圖像多著作權(quán)問(wèn)題以及不同階段的版權(quán)認(rèn)證問(wèn)題提供了有效手段。六.提出了一種新的基于原點(diǎn)矩的抗幾何攻擊水印方案。水印對(duì)抗兒何攻擊是一個(gè)十分困難而極具挑戰(zhàn)性的課題，

10、本文在對(duì)現(xiàn)有的水印對(duì)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(diǎn)矩的幾何變換參數(shù)估計(jì)方法，相比于同類其他方法(參見(jiàn)第六章張&Le算法)，該方法更為簡(jiǎn)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(shí)施和檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)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(shí)際生活中的打印和掃描過(guò)程提供了有力的版權(quán)保護(hù)