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可逆数字水印技术的研究及其在远程实验系统中的应用

作　者: 刘晓明
导　师: 许维胜
学　校: 同济大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 可逆数字水印 整数小波变换 置乱技术 位平面替换 HVS模型
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


随着信息技术的飞速发展和多媒体数据在宽带计算机网络中的大量传输，如何防止信息的盗版以及非法修改成为迫切需要解决的问题。在这一点上，传统的加密、解密手段无能为力。数字水印技术于是应运而生，并逐步成为一项引人注目的方法。所谓数字水印(Digital Watermarking)是指向多媒体资料(如图像、声音、视频信号等)中添加某些信息以达到版权保护的目的。它一般要求具有鲁棒性和不可见性。本文研究的可逆数字水印技术，既要求载体图像可完全恢复，同时也要求水印信息可完全恢复。本文的重点是作者在水印领域的研究和创新，主要完成了以下工作：(1)讨论小波变换的定义和性质。由于其良好的时频局部化特性及多尺度特性，符合人眼视觉系统的特点，很适合用于数字水印算法中。整数小波变换实现了运算过程的整数化，保证了信号的精确重构。本文正是利用了整数小波变换来实现“可逆水印”的。(2)将置乱技术引入到水印图像的预处理中。通过Arnold变换进行置乱处理，使有关联的水印信息随机化，增强水印的抗攻击能力。(3)改进了水印嵌入时的位平面替换算法，最大程度地减少对原位平面的破坏，使平均位改变率从50％下降到37.5％，在不减少水印容量的前提下提高载体图像视觉效果。(4)针对小波反变换可能产生溢出的问题，给出了理论上溢出的最大幅值M的保守性估计，对溢出的避免有指导意义。(5)提出了一种基于HVS模型的比特分配策略。实验证明本文提出的方法在嵌入数据量较大的情况下，隐藏数据后的图像的视觉效果仍较好。(6)并且给出了可逆数字水印技术在远程实验系统中的应用方案，为远程实验系统传输信息过程的安全性提供了良好的保证。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章 引言  10-24
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 研究目的及意义  11-12
  1.3 文献综述  12-22
    1.3.1 数字水印特性及原理  12-14
    1.3.2 数字水印的应用领域及分类  14-17
    1.3.3 数字水印的性能评价标准  17-19
    1.3.4 数字水印的研究现状  19-22
  1.4 本文研究内容及结构安排  22-24
第2章 数字水印中的小波变换  24-45
  2.1 第一代小波及多分辨率分析  24-30
    2.1.1 连续小波变换和离散小波级数  25-26
    2.1.2 多分辨率分析和Mallat算法  26-29
    2.1.3 双正交小波基  29-30
  2.2 第二代小波变换  30-41
    2.2.1 提升方法的基本原理  30-32
    2.2.2 一代小波变换转换为二代的提升步骤  32-37
    2.2.3 整数小波变换  37-40
    2.2.4 第二代小波变换的优点  40-41
  2.3 图像的二维小波变换  41-42
  2.4 小波变换在图像数字水印中的作用  42-45
第3章 数字水印中的置乱技术  45-49
  3.1 置乱技术的概念  45-46
  3.2 几种常见的置乱技术方法  46
  3.3 置乱技术与水印技术的关系  46-47
  3.4 基于置乱的数字水印设计  47-49
第4章 可逆数字水印技术研究  49-84
  4.1 研究现状  49-57
  4.2 可逆数字水印的实现  57-77
    4.2.1 对水印图像的置乱处理  58-59
    4.2.2 溢出问题的解决  59-64
    4.2.3 水印嵌入位置的选取  64-69
    4.2.4 整数小波变换的算法实现  69-70
    4.2.5 位平面替换的改进算法  70-74
    4.2.6 过程中的密钥  74
    4.2.7 水印算法实现框图  74-77
  4.3 实验结果与讨论  77-84
    4.3.1 实验一:不同小波的数据容量与PSNR曲线  78-79
    4.3.2 实验二:不同压缩算法的数据容量与PSNR曲线  79
    4.3.3 实验三:不同图像的数据容量与PSNR曲线  79-81
    4.3.4 实验四:本文方法与JunTian方法的比较  81-84
第5章 可逆数字水印技术在远程实验系统中的应用  84-90
  5.1 技术背景  84-85
  5.2 技术原理  85
  5.3 比特分配算法  85-88
  5.4 方案实现  88-90
第6章 总结和展望  90-92
致谢  92-93
参考文献  93-96
个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果  96

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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