幾類數(shù)字圖像水印算法的研究.pdf

1、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展使得人們在享受數(shù)字化帶來便利的同時，也深陷安全隱患之中。數(shù)字圖像，作為多媒體形式的主要內(nèi)容，其獲取、修改、傳輸越來越容易，隨之而來的數(shù)字圖像的真實性、完整性驗證以及數(shù)字版權(quán)帶來的歸屬確認等問題一定程度上制約了信息化技術(shù)的發(fā)展。出于保護多媒體產(chǎn)品特別是數(shù)字圖像知識產(chǎn)權(quán)不斷增長的需求，出于使用傳統(tǒng)的密碼技術(shù)受到限制而又必須進行隱秘通信的特殊需求，信息隱藏技術(shù)得到了迅速發(fā)展。本課題就信息技術(shù)領(lǐng)域中的一大研究熱點問題，即信息隱藏中

2、的數(shù)字水印技術(shù)進行研究。
　　 本文在查閱了大量資料的基礎(chǔ)上，從圖像認證技術(shù)、魯棒性數(shù)字水印技術(shù)、零水印技術(shù)和可逆信息隱藏技術(shù)四個方面進行了研究，提出了新的算法和模型。取得的成果總結(jié)如下：
　　 1.針對圖像認證技術(shù)中定位精度和安全性之間矛盾這一關(guān)鍵問題，提出了新的基于混沌系統(tǒng)的圖像認證水印算法。基于貓映射構(gòu)成的循環(huán)結(jié)構(gòu)將不相關(guān)的圖像塊由于水印的嵌入變得相關(guān)，解決了傳統(tǒng)的一一對應(yīng)塊相關(guān)算法定位精度不高的問題。選取對初值極

3、端敏感的Logistic混沌系統(tǒng)構(gòu)造偽隨機循環(huán)鏈，利用奇異值分解構(gòu)造基于圖像內(nèi)容的水印，在保持塊獨立算法高定位精度的同時，提高了算法的安全性；同時證明矩陣行或列互換時奇異值不發(fā)生改變，從而指出利用奇異值直接生成水印，在水印檢測時發(fā)生漏檢，導(dǎo)致篡改定位精度不高的問題。
　　 2.為有效解決數(shù)字圖像版權(quán)保護問題，提出了兩類具有良好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的魯棒性水印算法。將優(yōu)化理論中具有良好學(xué)習(xí)能力和泛化能力的支持向量機和數(shù)字水印算法相結(jié)合完成了一

4、種基于優(yōu)化理論的魯棒性數(shù)字水印算法，利用支持向量機的回歸理論建立圖像像素間關(guān)系的理論模型，通過該模型利用周圍像素預(yù)測目標像素值，從而通過修改目標像素值嵌入水印。將分解理論中的QR分解引入數(shù)字水印技術(shù)中，通過分析QR分解后Q矩陣中系數(shù)的的不變特性，從而通過修改Q矩陣第一列系數(shù)嵌入水印。兩類算法均為盲水印算法，且能夠有效地抵抗一系列常規(guī)的圖像攻擊，具有很好的魯棒性。
　　 3.針對傳統(tǒng)水印算法通過修改原始宿主圖像內(nèi)容嵌入水印，對圖像

5、造成不可修復(fù)性損失的問題，提出了基于奇異值分解的零水印算法。利用奇異值分解的穩(wěn)定性，通過驗證奇異值對算法魯棒性的影響，選取第一個奇異值構(gòu)造圖像信息，并利用具有意義的二值圖像作為水印圖像，將其與圖像信息進行運算作為保存在第三方的版權(quán)認證信息，有效地解決了傳統(tǒng)零水印算法可視性效果不佳的問題。同時對水印容量和算法安全性進行了深入的分析。
　　 4.在可逆信息隱藏技術(shù)方面，針對基于差值擴展技術(shù)中差值擴展對圖像像素值修改幅度過大的問題，引

6、入了改進型對數(shù)函數(shù)，進一步縮小了差值擴展后的像素值和原始像素值之間的距離，從而有效地提高了嵌入數(shù)據(jù)后圖像的質(zhì)量。同時，針對傳統(tǒng)可逆信息隱藏算法單一嵌入容量和單一嵌入方向的問題，利用圖像塊間的均值關(guān)系，設(shè)計了圖像塊類型判定準則和圖像塊嵌入方向判定準則，實現(xiàn)了多嵌入容量和多嵌入方向的目標，在增加數(shù)據(jù)嵌入容量的同時，有效地提高了嵌入數(shù)據(jù)后圖像的質(zhì)量。
　　 該研究是屬于圖像處理、信息安全、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的交叉學(xué)科，研究成果解決了數(shù)字水印技