可逆水印与图象保护技术研究.doc

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1、可逆水印与图象保护技术研究本文以图象为主要研究对象，重点研究了当前数字水印领域的一个热点：可逆水印，并就如何保护图象的完整性、所有权、机密性进行了较为深入的研究。图象加密可以保护图象的机密性；鲁棒水印可以保护图象的版权或所有权；脆弱和半脆弱水印可以保护图象的完整性。加密和数字水印二者相辅相成，在图象的传播与使用过程中二者各司其职，不可替代。(1)大容量可逆水印它的主要研究目标是构造信息隐藏量大且失真小的算法。本文提出了四种大容量可逆水印：①针对二值位置图对现有可逆水印算法有效信息隐藏量的影响，提出了一种易压缩二值位置图，它通过降低辅助信息量，间接

2、地增大有效信息隐藏量，实验表明它对现有许多采用二值位置图标记信息嵌入位置的算法具有良好的效果；②针对基于象素对差值扩展可逆水印一次作用于宿主图象时，仅利用一个方向上小差值象素对隐藏水印信息的不足，提出了基于块差值扩展的可逆水印，它将宿主图象分块，充分利用横向与纵向的小差值，将其扩展嵌入信息，在同等失真下，取得了更大的信息隐藏量；③提出了一种基于排序与去噪的可逆水印。它首先将图象分块，然后依据图象局部平滑度值对象素块进行稳定的升序排序，滤去所选象素块内的噪声差值，利用广义差值扩展法依序向各象素块嵌入信息，该算法未使用二值位置图，消除了其对信息隐藏量

3、的影响，取得了良好的效果；④提出了一种精确预测算子，该算子细分预测模板边缘类型，并采用合理的估值规则，具有较高的精度。构造了基于精确算子预测误差扩展的可逆水印，它一次作用于宿主图象最大可获得近lbpp的信息隐藏量，在同等信息隐藏量时，引起的失真小于同类算法。(2)基于可逆水印的图象完整性认证在研究大容量可逆水印算法的基础上，提出了一种图象完整性认证算法。若图象未被篡改(即认证通过)，擦除认证信息与恢复信息之后，宿主图象可以完全复原；若检测到图象篡改，可以定位篡改，在一定程度上能够区分认证信息篡改与恢复信息篡改，并具有一定的自修复能力。(3)基于二

4、次采样和离散余弦变换的鲁棒水印对基于二次采样和离散余弦变换(OCT)的水印进行了鲁棒性增强。当包含水印的宿主媒体被噪声污染或经过有损压缩等信号处理时，现有算法的鲁棒性较差，主要原因有两点：①阈值条件在水印提取阶段会部分失效；②对所有符合水印嵌入条件的DCT系数对，不加区分地采用单一的水印嵌入方法。本文采用自适应的水印嵌入方法，并去除了阈值条件的约束，使算法的鲁棒性和水印嵌入量都有明显改善。(4)高效兼容JPEG2000码流的图象加密针对图象媒体数据量大、冗余度高等特点，本文提出了两种兼容JPEG2000码流的高效选择加密算法，选取量化系数重要位平

5、面编码流所在数据包，综合采用随机变长步长、异或运算和随机循环移位三种方法对包内数据加密。它们具有高效、完全兼容JPEG2000码流及不影响压缩性能的优点，能分别满足高、低两种保密等级应用的需求。与现有同类算法相比在效率上有明显提升。水印(Watermarking)是无察觉地改动一块数据以嵌入与其相关联信息的活动。此定义包含两层含义：一、信息嵌入不会引起宿主媒体很明显的变化；二、嵌入信息与宿主媒体相关。水印嵌入方法主要有以下几类：1)空域水印嵌入最简单的方法就是将信息比特按一定的顺序直接嵌入到宿主图象的最低位平面。此方法对象素值的修改幅度很小，因此

6、不易被觉察。该方法简单且具有高度的感知透明性，但鲁棒性和抗篡改能力差，任何形式的滤波、剪切、缩放、旋转加性噪声或是有损压缩都会破坏嵌入的信息。2)变换域水印嵌入变换域信息嵌入技术是通过调制变换域系数嵌入数据，常见的变换有：离散余弦变换、离散傅立叶变换和小波变换。变换域信息嵌入法对有损压缩具有鲁棒性。有些变换域水印还对缩放、裁剪和旋转具有鲁棒性。3)利用感知掩蔽效应嵌入水印掩蔽效应是一种信号的存在会使另一种信号难以被感知的现象。空域水印具有不易被感知的优点，但是它鲁棒性差，隐藏的信息容易遭到恶意或非恶意的破坏。变换域水印鲁棒性好，但它修改的是一些重

7、要特征值，容易被感知。上述两种方法各有优缺点。为了进一步增大信息的嵌入量，同时又不易被觉察，研究人员提出了多种利用视觉掩蔽效应进行信息隐藏的算法。精确的视觉模型对设计性能优良的感知掩蔽水印系统具有决定性的作用。可逆水印，它既可以用来保护图象的完整性，也可以用于保密通信。本文从可逆水印特征值、信息嵌入方法及辅助信息控制方面着手，提出了四种大容量可逆信息隐藏算法。◆提出了一种易压缩二值位置图，它可间接增加有效信息隐藏量，具有一定的普适性。◆提出了一种基于块象素差值扩展的可逆水印，它同时兼顾了横向和纵向的小特征值，取得了较好的效果。◆提出了一种基于块排

8、序和去噪的可逆水印方案。◆提出了一种基于边缘检测和预测误差扩展的可逆水印算法。