数字图像的完整性验证与自修复水印算法研究
【摘要】：
随着多媒体和网络技术的迅速发展，对数字媒体的完整性、媒体内容的真实性认证显得日益重要。目前，图像编辑软件已经广泛普及，如Adobe PhotoShop、Microsoft Paint、PaintShop Pro等，利用这些软件很容易对一幅数字图像进行篡改，使得对图像内容的完整性提出质疑。本文的研究目的是利用水印技术对一幅数字图像的完整性进行验证，如果发现图像被篡改，应对篡改区域进行定位，并对篡改区域尽可能的修复。
目前用于数字图像完整性验证及自修复的数字水印方案主要有完全脆弱性水印、半脆弱性水印、自嵌入水印等，本文主要研究自嵌入及半脆弱数字水印，分别从空域及变换域角度详细分析当前国内外现有的各种算法，指出其不足之处，并提出了相应的改进算法，实验结果表明本文算法的有效性与实用性。本文的创新之处总结如下：
(1)提出了一种改进的具有修复功能的空域自嵌入水印算法，利用分组编码保存量化后的DCT系数，改善了修复效果，克服了以往使用位图矩阵的不足，具有通用性与实用性。
(2)鉴于分形图像压缩具有很高的压缩比且重构图像效果好的优点，本文利用分形压缩实现了一种空域自嵌入水印算法，不但能对篡改区域进行有效定位，而且具有修复功能。
(3) 由于现有的空域自嵌入水印算法大多数是对位图图像嵌入水印，在抗JPEG压缩方面显得过于脆弱，因此本文实现了一种直接对JPEG图像进行自嵌入的数字水印算法，具有检测篡改及修复功能，对于当今网络时代来讲具有重要意义。
(4) 由于小波变换具有良好的空间—频率局部特性以及与人眼视觉特性相符的变换机制，在新一代静止图像压缩标准(JPEG 2000)和运动图像压缩标准MPEG-4中占据了重要位置。因此，本文利用小波系数均值来嵌入水印，提出了一种基于小波域的图像完整性验证的半脆弱水印算法，在鲁棒性和脆弱性方面达到了很好的平衡，对非恶意攻击有很强的鲁棒性，而对于恶意的篡改操作有很强的识别和定位能力。
【关键词】：脆弱性水印 完整性验证 自嵌入 自修复 LSB DCT DWT 【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TP391.41
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2004.060954
【目录】：
- 第1章 绪论8-15
- 1.1 引言8-9
- 1.2 用于图像完整性验证及自修复的数字水印分析9-13
- 1.2.1 一般原理10-11
- 1.2.2 现有方法11
- 1.2.3 存在的问题11-13
- 1.3 本文的研究内容和章节安排13-15
- 第2章 基于LSB的空域自修复水印方案15-30
- 2.1 现有算法分析15-16
- 2.2 基于分组编码的算法16-24
- 2.2.1 分组编码16-18
- 2.2.2 水印算法18-21
- 2.2.2.1 嵌入水印18-19
- 2.2.2.2 抽取水印19
- 2.2.2.3 图像验证及修复19-21
- 2.2.3 实验结果21-23
- 2.2.4 小结23-24
- 2.3 基于分形压缩的算法24-29
- 2.3.1 分形压缩24-25
- 2.3.2 水印算法25-27
- 2.3.2.1 嵌入水印25-26
- 2.3.2.2 抽取水印26
- 2.3.2.3 图像验证及修复26-27
- 2.3.3 实验结果27-28
- 2.3.4 小结28-29
- 2.4 缺点及易攻击点29
- 2.4.1 缺点29
- 2.4.2 易攻击点29
- 2.5 本章小结29-30
- 第3章 DCT域的图像完整性验证与自修复30-37
- 3.1 研究目的30-31
- 3.2 JPEG分析及DCT系数的选取31-32
- 3.3 水印算法32-34
- 3.3.1 嵌入水印32-33
- 3.3.2 抽取水印33
- 3.3.3 图像验证及修复33-34
- 3.4 实验结果34-36
- 3.5 本章小结36-37
- 第4章 基于DWT的图像完整性验证算法37-46
- 4.1 小波变换37-40
- 4.1.1 二维离散小波变换37-39
- 4.1.2 小波系数的嵌入对策39
- 4.1.3 水印嵌入强度分析39-40
- 4.2 算法设计40-42
- 4.2.1 水印的嵌入算法40-41
- 4.2.2 水印的提取算法41-42
- 4.3 实验结果与分析42-45
- 4.3.1 非恶意攻击42-43
- 4.3.2 恶意篡改攻击43-45
- 4.4 本章小结45-46
- 第5章 结束语46-50
- 5.1 本文解决的问题46-48
- 5.2 今后改进方向48-50
- 参考文献50-54
- 研究生期间发表论文54-55
- 致谢55-57
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