魯棒性數(shù)字水印研究.pdf

1、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和日趨成熟,促進(jìn)了多媒體技術(shù)的迅速普及和應(yīng)用,但隨之也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題,例如,多媒體的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題已經(jīng)成為目前討論的熱點(diǎn)之一.為了解決版權(quán)保護(hù)和數(shù)據(jù)認(rèn)證的問(wèn)題,數(shù)字水印技術(shù)在上世紀(jì)90年代初期被提出并相繼得到了廣泛和深入的研究.本文主要針對(duì)數(shù)字水印技術(shù)及其在多媒體版權(quán)保護(hù)和認(rèn)證中的應(yīng)用進(jìn)行研究和探討.首先本文概述了數(shù)字水印技術(shù)的起源,接著介紹了數(shù)字水印技術(shù)的分類(lèi)、應(yīng)用及研究現(xiàn)狀,并以數(shù)字圖像水印為

2、基礎(chǔ),系統(tǒng)地闡述了數(shù)字水印的基本原理和算法模型.隨后本文研究了幾種有價(jià)值的數(shù)字水印方案,詳細(xì)介紹了水印的產(chǎn)生、嵌入和檢測(cè)過(guò)程以及相應(yīng)的魯棒性和安全性.本文以信號(hào)處理和模式識(shí)別理論技術(shù)為背景,研究魯棒性數(shù)字水印理論和技術(shù),主要工作包括以下幾個(gè)方面: 1.本文首先研究了基于混沌擴(kuò)頻技術(shù)的魯棒性數(shù)字水印,并結(jié)合離散小波變換(DWT)和奇異值分解(SVD)理論提出了兩種新穎的數(shù)字水印技術(shù)方案.在該研究中,利用了混沌擴(kuò)頻的高效和可靠性,將

3、信號(hào)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展,得到一個(gè)類(lèi)似白噪聲的信號(hào),同時(shí),混沌還擁有一個(gè)非常重要的性質(zhì),即對(duì)混沌初始狀態(tài)的微小改變,在經(jīng)過(guò)足夠的混沌迭代之后,混沌狀態(tài)將完全向不同的方向發(fā)展,因此混沌也具有非常優(yōu)異的安全性.在此基礎(chǔ)上,利用混沌擴(kuò)頻結(jié)合DWT的多分辨率分解特性和SVD的信號(hào)降維分解過(guò)程來(lái)嵌入水印,實(shí)驗(yàn)證明,該研究實(shí)現(xiàn)的數(shù)字水印方案具有良好的魯棒性和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值. 2.本文接著研究了基于子采樣(Subsampling)技術(shù)的魯棒性數(shù)字水印

4、.在該研究中,首先探討了目前的基于子采樣的數(shù)字水印技術(shù)的不足,并且提出了一種簡(jiǎn)單有效的利用隨機(jī)置亂來(lái)攻擊子采樣水印的方案.隨后,根據(jù)目前的不足,本文提出了一種在子采樣域嵌入二值數(shù)字水印信號(hào)的算法,同時(shí)該算法也結(jié)合了上一部分提出的混沌映射算法.因此,該方案具有簡(jiǎn)單有效的特點(diǎn),而且比目前的子采樣水印方案具有更強(qiáng)的魯棒性.接著,結(jié)合子采樣技術(shù)的獨(dú)特特點(diǎn),本文研究了一種新穎的利用差分相關(guān)檢測(cè)器的數(shù)字水印技術(shù),該方案利用子圖像之間的高度相似性來(lái)檢

5、測(cè)水印信息,實(shí)驗(yàn)證明該方案具有很強(qiáng)的魯棒性.然后,本文又將子采樣技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合,提出了兩種數(shù)字水印方案,分別將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別作為水印嵌入器和檢測(cè)器.由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非常優(yōu)秀的非線性映射和自適應(yīng)能力,水印信號(hào)的魯棒性也得到了大大的提高.理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也說(shuō)明了這些方案具有較強(qiáng)的魯棒性和一定的實(shí)用性.接著,本文利用子采樣技術(shù)將數(shù)字視頻水印理論技術(shù)引入到數(shù)字圖像水印技術(shù)中來(lái),研究了一種基于子采樣構(gòu)造圖像序列的數(shù)字圖像水目J方案.南于

6、子采樣技術(shù)將圖像分解為一個(gè)子圖像序列,因此該序列可以考慮作為一個(gè)視頻幀序列,這樣,關(guān)于視頻數(shù)字水印的技術(shù)和算法就可以應(yīng)用在序列之上.在此基礎(chǔ)上,本部分研究了一種結(jié)合子采樣和DWT技術(shù)的抗共模攻擊的數(shù)字水印方案.最后的結(jié)果表明該方案具有相當(dāng)優(yōu)秀的魯棒性. 3.本文最后研究了基于圖像特征檢測(cè)技術(shù)的魯棒性數(shù)字水印.在該研究中,首先研究了針對(duì)幾何魯棒性水印設(shè)計(jì)的用于特征檢測(cè)的濾波器規(guī)范,并且提出了4種可應(yīng)用于魯棒數(shù)字水印的特征檢測(cè)濾波器

7、族.在該規(guī)范下,檢測(cè)到的特征點(diǎn)能夠建立起針對(duì)普通幾何攻擊(旋轉(zhuǎn)、縮放、平移、剪切等)的魯棒性,而在此基礎(chǔ)上建立的基于特征點(diǎn)的數(shù)字水印,才能夠滿(mǎn)足相應(yīng)的魯棒性需求.然后,本文研究了一種特征檢測(cè)和圖像歸一化相結(jié)合的數(shù)字水印方案.由于圖像歸一化操作對(duì)圖像的線性幾何失真具有很好的魯棒性,因此該方案能夠建立起針對(duì)幾何攻擊和信號(hào)攻擊的強(qiáng)魯棒性.接著,本文又研究了一種基于特征點(diǎn)檢測(cè)以及水印和模板相結(jié)合的數(shù)字水印方案,該方案將水印信息和圖像模板信息相結(jié)