基于變換域的若干數字圖像水印算法研究.pdf

1、近年來，隨著互聯網的快速發(fā)展和普及，數字圖像、數字音頻和數字視頻等數字媒體的傳播變得越來越方便快捷，使得產品的所有權問題已經成為嚴重的社會問題。 數字水印作為一種版權保護技術應運而生并迅速發(fā)展起來，成為信息安全和多媒體信號處理領域一個新的研究熱點。數字水印技術的性能指標主要有安全性、魯棒性和不可見性等。根據所基于的域，數字水印算法主要可分為空域和變換域算法兩大類?？沼蛩惴敯粜员容^差，水印容易丟失，而變換域算法，如離散余弦變換（

2、DCT）和離散小波變換（DWT），可以將嵌入水印的能量分布到空域的所有像素上，并可與國際圖像壓縮標準相兼容，因此，變換域算法具有很好的魯棒性和應用前景。 本論文首先介紹了數字水印的研究背景、意義、主要用途、工作原理、分類、性能指標、攻擊類型、算法評價、國內外研究現狀和論文的結構安排，以及傅里葉變換、余弦變換、小波變換、Arnold變換和矩陣的奇異值分解等本論文中用到的數字水印的數學基礎知識；然后在充分調研相關文獻的基礎上，以靜止

3、圖像作為研究對象，研究了四種基于變換域的數字圖像水印算法；最后對論文的工作進行了總結，并展望了下一步的工作。完成了如下四項主要工作： （1）一種基于離散余弦變換和Arnold 變換的數字圖像水印算法的研究。許多研究表明，Arnold變換可消除圖像像素的空間相關性，有效地提高水印的魯棒性，并具有變換簡單、時空效率高、變換后的像素總個數和直方圖不變等特點，在數字水印技術領域具有較廣泛的應用。本論文將離散余弦變換和Arnold變換的優(yōu)

4、點有機結合，研究了一種基于離散余弦變換和Arnold變換的數字圖像水印算法。算法簡單、易于實現且水印提取時不需要載體圖像，并具有較好的安全性、魯棒性和不可見性。仿真結果驗證了算法的有效性及抗JPEG壓縮、低通濾波、剪切和噪聲干擾等能力。 （2）一種基于混沌的雙重變換域數字圖像擴頻水印算法的研究。許多研究表明，將擴頻通信的思想用于水印算法的研究，能夠提高水印的安全性和魯棒性。混沌信號對初值具有敏感依賴性，可將初值作為嵌入和提取水印

5、的密鑰，也被廣泛用于數字水印技術研究。此外，將離散小波變換和離散余弦變換結合用于數字水印算法的研究，能夠有效地提高水印的魯棒性。本論文將擴頻通信、混沌、離散小波變換和離散余弦變換的優(yōu)點有機結合，研究了一種基于混沌的離散小波和離散余弦雙重變換域數字圖像擴頻水印算法。仿真結果表明，算法切實可行，不僅具有較好的安全性、魯棒性和不可見性，而且在水印的提取過程中不需要載體圖像。 （3）一種基于Block-SVD的小波域彩色圖像數字水印算法

6、的研究。近年來，矩陣的奇異值分解（SVD）作為一種強有力的數值分析技術，具有穩(wěn)定性好，即經過處理后，奇異值不會有太大變化；包含矩陣固有的代數性質等特性，當載體圖像尺寸比較大時，可以采用分塊奇異值分解提高時空效率，因此，奇異值分解被廣泛用于數字水印技術研究中。本論文將Arnold變換、離散小波變換和分塊奇異值分解的優(yōu)點有機結合，研究了一種基于Arnold 變換和分塊奇異值分解的小波域彩色圖像數字水印算法。算法嵌入和提取水印時間較短，且采用

7、灰度圖像作為水印，增加了嵌入的信息量。仿真結果表明，算法具有較好的安全性和不可見性，不僅可以抵抗一些常規(guī)攻擊如疊加噪聲、JPEG壓縮和銳化等，而且對于一些幾何攻擊如旋轉、縮放和平移等也具有較好的魯棒性。 （4）一種基于奇異值分解的雙重變換域數字圖像水印算法的研究。隨著數字水印研究的興起，變換域水印算法成為當今研究的熱點。將離散小波變換和離散余弦變換結合用于數字水印算法的研究，能夠有效地提高水印的魯棒性。本論文將奇異值分解、離散小