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基于压缩感知的数字图像盲水印算法研究

作　者: 魏丰
导　师: 梁栋
学　校: 安徽大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 数字图像水印 压缩感知 盲水印 零水印 双水印
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 6次
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内容摘要


在当今信息化的社会里,人们越来越多地依赖于计算机及网络传输与分享数字媒体信息。当人们享受通信与网络技术发展所带来的便利的同时,也遭受着其所带来的一系列信息安全性问题,诸如数字产品的篡改与盗版等。为了有效地标识版权,保障数字产品在应用过程中的安全,数字水印技术应运而生了。自上世纪九十年代起,数字水印技术经过数十年的发展,已渗入到图像、音频及视频等多个领域,现已成为信息安全技术的研究热点之一。本文主要以数字水印领域中的图像水印为研究对象,重点研究与设计了结合压缩感知技术的数字图像盲水印算法,为压缩感知在数字图像水印领域中的应用提供了新的思路。文章的主要工作及研究成果如下：(1)阐述了数字图像水印的研究背景、发展、框架、分类、特点及评价标准,对常见的水印攻击做出了分类和实验分析。并且在此基础上,总结与归纳了压缩感知等相关技术应用于数字图像水印中的优势及特点,为图像水印的设计与研究提供了具有参考性的依据。(2)将压缩感知观测值具有计算保密性的优点应用于版权保护的数字图像水印中,提出了一种基于压缩感知观测值的数字图像盲水印算法。算法主要思想是将水印嵌入至小波高频系数的观测值中以获得较优的嵌入量与透明性。因压缩感知的引入、随机嵌入的机制以及具备密钥与盲提取的特点,使得该算法在平衡水印透明性与鲁棒性的前提下,具备了非常优秀的安全性,这也是该算法的优势所在。(3)将压缩感知信息重构的功能应用于图像的内容认证与信息恢复中,并针对传统单水印功能单一的缺点,提出一种具备版权保护、篡改检测及受损恢复功能的双水印算法。该算法主要思想是利用基于奇异值分解的鲁棒水印作为第一重水印实现版权保护,使用基于压缩感知观测值的零水印作为第二重水印实现图像的内容认证与恢复。实验及分析结果表明,双水印中,两种水印嵌入生成与提取应用过程互不干扰,在性能及功能方面实现了有效的互补：鲁棒水印保障了双水印对抗常见攻击的鲁棒性,零水印则减少了嵌入两种水印所带来的图像视觉效果的降质,使其具有篡改检测与受损恢复功能,并且由于零水印可对鲁棒水印进行修复,所以对鲁棒水印的提取也起到了一定的支撑作用。此外,水印的盲提取性、压缩感知的计算保密性及第三方认证的引入,使得双水印在安全性方面得到极大提高,具有抵抗协议攻击的能力。可见,本文提出的双水印算法具备优秀的安全性及较为丰富的功能。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 数字水印研究的背景意义及应用领域  10-12
  1.2 数字水印技术研究的历史  12-13
  1.3 数字图像水印技术的发展  13-15
  1.4 本文章节主要内容与安排  15-17
第2章 数字图像水印基础  17-34
  2.1 数字图像水印系统基本框架  17-21
    2.1.1 水印预处理  18-19
    2.1.2 水印嵌入  19-20
    2.1.3 水印图像传输过程  20
    2.1.4 水印提取过程  20-21
  2.2 数字图像水印技术的特性及主要特性的评估标准  21-23
    2.2.1 数字图像水印主要特性及衡量标准  21-23
    2.2.2 图像水印其他特性  23
  2.3 数字图像水印的分类  23-25
  2.4 图像水印攻击的分类  25-26
  2.5 常见的图像水印攻击的实验及分析  26-34
第3章 基于小波变换及压缩感知的数字图像盲水印算法  34-49
  3.1 压缩感知理论简介  34-37
    3.1.1 压缩感知过程  34-36
    3.1.2 压缩感知的重构算法概述  36-37
    3.1.3 压缩感知与数字图像水印  37
  3.2 图像的小波变换  37-39
    3.2.1 数字图像小波变换简介  38-39
    3.2.2 小波变换与数字图像水印  39
  3.3 基于小波变换及压缩感知的数字图像盲水印算法  39-44
    3.3.1 水印嵌入的过程及方法  40-43
    3.3.2 水印提取的过程及方法  43-44
  3.4 实验结果及分析  44-48
    3.4.1 水印透明性及有效性测试与分析  44-46
    3.4.2 水印鲁棒性测试与分析  46-47
    3.4.3 水印安全性等分析  47-48
  3.5 本章总结  48-49
第4章 基于奇异值分解及压缩感知的数字图像双水印算法  49-67
  4.1 图像多水印算法概述  49-51
  4.2 零水印的概念及特点简述  51
  4.3 奇异值分解  51-52
    4.3.1 矩阵的奇异值分解概念  51-52
    4.3.2 奇异值分解与数字图像水印  52
  4.4 图像Arnold置乱  52-54
    4.4.1 Arnold变换  52-54
    4.4.2 置乱与数字图像水印  54
  4.5 基于SVD及压缩感知的数字图像双水印算法  54-60
    4.5.1 鲁棒水印的嵌入  55-56
    4.5.2 鲁棒水印的提取  56-58
    4.5.3 零水印的生成  58-59
    4.5.4 零水印的认证与图像恢复  59-60
  4.6 实验及分析  60-66
    4.6.1 水印透明性与有效性实验及分析  60-61
    4.6.2 水印鲁棒性实验及分析  61-63
    4.6.3 篡改检测与受损恢复实验及分析  63-65
    4.6.4 水印安全性分析  65-66
  4.7 本章总结  66-67
第5章 总结与展望  67-69
  5.1 总结  67-68
  5.2 展望  68-69
参考文献  69-75
攻读硕士期间所发表的论文  75-76
致谢  76

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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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