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《哈尔滨工程大学》 2011年
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基于小波变换的舰船航行数据记录仪数字水印算法的研究

魏宇  
【摘要】:船载航行数据记录仪(VDR)是一种记录船舶航行状态及操作信息的装置,对加强船舶的海上航行安全以及事故分析具有重要的作用。VDR中需要记录驾驶室声音和雷达图像的大量数据,声音和图像数据都不容许被删除、伪造或人为地攻击,所以如何对所采集到的信息进行有效的安全保护,从而正确地分析出船舶失事的原因和责任是一个关键问题。数字水印技术是解决数字产品知识产权问题的一种重要手段,其基本思想是在不影响原数据的使用价值的情况下,在数字产品中嵌入秘密信息,用来证明产品的真实可靠性。 本文主要针对基于小波变换的数字水印技术进行研究。文中首先介绍了数字水印技术的基本原理、研究现状以及一些典型算法,然后重点研究了四种小波变换域的数字水印算法,(1)提出了一种基于人类视觉特性的雷达图像鲁棒性水印算法。分析了雷达图像在YCbCr空间内的分布特点,将雷达图像在YCbCr空间内进行小波变换,采用了冗余嵌入方式,结合人类视觉系统的特性,确定了图像的最小可察觉误差,实现了水印信息的最大化嵌入,在水印的鲁棒性和透明性之间取得了很好的平衡。(2)提出了一种多功能雷达图像水印算法。在一幅雷达图像中嵌入了两种不同功能的图像水印,为了减小两种水印的相互干扰,在YCbCr色彩空间的小波变换系数的中低频部分嵌入鲁棒性水印,高频部分嵌入脆弱水印,达到了很好的效果。为了提高水印的安全性,在水印嵌入前,分别采用了混沌系统和公钥加密算法对两种水印进行了加密,使两种水印既达到了预期的功能又不容易被破解。(3)提出了一种基于人类听觉特性的驾驶室声音水印算法。该算法结合人类听觉系统的特性在音频信号中嵌入了二值图像水印,并采用了提升小波变换技术,保证了水印的嵌入的鲁棒性和不可感知性,提高了系统的运算速度。(4)提出了一种在驾驶室音频小波变换域的不同位置同时嵌入两个不同作用的双水印算法。在水印嵌入前,分别采用混沌系统和公钥加密算法对两种水印分别进行加密处理,提高了水印的安全性,并根据能量比调整了水印嵌入的量化步长,使两种水印都发挥出了各自的作用,既能保护音频数据的所有权又能进行完整性认证。试验表明,本文提出的算法都达到了预期的效果,并且实现了水印的盲提取。
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