數(shù)字水印的魯棒自適應(yīng)算法研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字多媒體的存儲(chǔ)、復(fù)制與傳播變得非常方便,人們可以通過(guò)Internet發(fā)布自己的作品、重要信息、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)貿(mào)易等,但隨之出現(xiàn)的問(wèn)題也十分嚴(yán)重,如作品侵權(quán)更加容易、篡改也變得更加方便。如何在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)施有效的版權(quán)保護(hù)和信息安全手段,已經(jīng)引起國(guó)際學(xué)術(shù)界、企業(yè)界以及政府有關(guān)部門(mén)的廣泛關(guān)注。密碼技術(shù)是信息安全領(lǐng)域的主要傳統(tǒng)技術(shù)之一,但由于其加密的密文容易引起攻擊者的注意、解密后無(wú)法保護(hù)信息等缺點(diǎn),無(wú)法滿(mǎn)足

2、當(dāng)前信息安全的要求。數(shù)字水印是通過(guò)在多媒體內(nèi)容中嵌入某些標(biāo)志性信息-水印來(lái)證明版權(quán)歸屬或跟蹤侵權(quán)行為。它與加密技術(shù)不同,數(shù)字水印不能阻止盜版活動(dòng)的發(fā)生,但它可以通過(guò)判別對(duì)象是否受到保護(hù)、監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別和非法拷貝,解決版權(quán)糾紛,并為法庭提供證據(jù),被視為數(shù)字產(chǎn)品保護(hù)的最后一道屏障,已經(jīng)成為當(dāng)前多媒體信息安全研究領(lǐng)域發(fā)展最快的熱點(diǎn)技術(shù),受到國(guó)際學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的高度關(guān)注。
　　 論文詳細(xì)介紹了數(shù)字水印技術(shù)的研究現(xiàn)狀、典型

3、算法、數(shù)字水印的分類(lèi)及其應(yīng)用領(lǐng)域,并分析了數(shù)字水印技術(shù)在各種應(yīng)用中的設(shè)計(jì)要求、評(píng)估方法和可能遭受的水印攻擊等。論文以靜止圖像為對(duì)象,圍繞如何增強(qiáng)數(shù)字水印的魯棒性進(jìn)行深入研究。本文以基于模糊聚類(lèi)的DWT域自適應(yīng)水印算法為基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上利用水印同步算法來(lái)增強(qiáng)水印系統(tǒng)對(duì)幾何攻擊的魯棒性,主要貢獻(xiàn)有:
　　 (1)研究了基于模糊聚類(lèi)和人眼視覺(jué)系統(tǒng)特性的自適應(yīng)水印算法。根據(jù)人眼視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖像的掩蔽特性,使用模糊C均值聚類(lèi)對(duì)圖像內(nèi)容進(jìn)行聚

4、類(lèi)分析,利用模糊隸屬度來(lái)確定適合嵌入水印的圖像塊以及嵌入強(qiáng)度。首先在DCT域中實(shí)現(xiàn)非盲水印算法,仿真實(shí)驗(yàn)表明該算法可以在不可見(jiàn)性和魯棒性之間得到良好的折衷?？紤]到最新制定的圖像有損壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000基于小波域,且小波域具有比DCT域更好的時(shí)頻特性,本文在DWT域?qū)崿F(xiàn)了自適應(yīng)半盲水印算法,在檢測(cè)水印時(shí)只需提供水印嵌入位置,而無(wú)需提供原始圖像,水印檢測(cè)性能更佳。
　　 (2)目前提出的大多數(shù)水印算法不能抵抗微小的幾何攻擊,少數(shù)

5、可以抵抗旋轉(zhuǎn)、縮放或平移攻擊的水印算法絕大部分集中在DFT域,利用DFT和LPM映射來(lái)完成平移、縮放和旋轉(zhuǎn)的不變性。但在DFT域內(nèi)進(jìn)行LPM變換算法復(fù)雜,圖像降質(zhì)嚴(yán)重,此外,DFT域的水印算法與當(dāng)前的JPEG和JPEG2000壓縮標(biāo)準(zhǔn)不兼容,含水印圖像的視覺(jué)質(zhì)量不佳。由于幾何攻擊已成為數(shù)字水印走向?qū)嵱没钠款i,為此,提出基于圖像矩的魯棒水印同步方案。首先利用圖像的61個(gè)Zernike矩表征圖像的全局幾何特征,利用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)學(xué)習(xí)圖像所

6、經(jīng)歷的仿射變換參數(shù),根據(jù)所估計(jì)的參數(shù)對(duì)含水印圖像進(jìn)行逆變換,達(dá)到同步后再檢測(cè)水印。仿真實(shí)驗(yàn)表明所提出的算法可有效抵抗旋轉(zhuǎn)、縮放和平移的單項(xiàng)攻擊以及組合攻擊。為了減少基于Zernike矩算法的計(jì)算量,在此基礎(chǔ)上,提出基于6個(gè)圖像低階組合矩的水印算法,大大減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入量,減少計(jì)算時(shí)間同時(shí)提高對(duì)抗RST攻擊的水印檢測(cè)性能。
　　 (3)由于在實(shí)際應(yīng)用中,旋轉(zhuǎn)和縮放攻擊通常伴隨有小幅度的剪切,為了可以抵抗剪切攻擊,提出基于圖像仿射

7、不變特征點(diǎn)的魯棒水印同步算法。利用Harris仿射不變特征點(diǎn)檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)原始圖像和含水印圖像的不變特征點(diǎn),然后利用這些特征點(diǎn)構(gòu)建Delaunay三角形并歸一化,通過(guò)匹配三角形來(lái)學(xué)習(xí)仿射變換參數(shù),利用估計(jì)的仿射變換參數(shù)對(duì)含水印圖像進(jìn)行逆變換,達(dá)到同步后再檢測(cè)水印。由于Harris仿射不變特征點(diǎn)檢測(cè)器所提取的特征點(diǎn)在遭受旋轉(zhuǎn)、縮放、噪聲等攻擊時(shí)具有不變性,基于這些特征點(diǎn)構(gòu)建的Delaunay三角形具有唯一性,剪切引起的少數(shù)特征點(diǎn)的丟失只影響