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数字水印技术研究

孙水发  
【摘要】:数字水印技术的出现有着深刻的历史背景,而该技术的发展有着它的客观原因,也离不开为此付出努力的人们。本文第一章对数字水印技术产生的背景进行了分析介绍,给出了一个完整的数字水印通信系统模型,通过一个简单的数字图像水印系统分析了数字水印系统中涉及的一些基本概念及其相互关系,比如不可感知性与鲁棒性之间的相互竞争关系。在第一章中,我们还对数字水印技术的发展历程进行了简单的介绍,包括算法的设计,攻击,数字水印的理论研究等等。之后我们给出了几种数字水印的分类方法,分析了数字水印的性能参数及其相互关系,列举了一些数字水印应用的具体实例,比如版权保护,数字指纹等。之后我们介绍了一些国际国内的数字水印研究机构,组织,公司,介绍了他们的一些研究动态,产品等。最后,本文第一章对数字水印技术的现状进行了分析,指出数字水印技术仍然是一个开放的领域,仍然需要,也值得我们进一步研究。 本文第二章针对DCT系数分布模型存在的异议,研究并比较了两种DCT交流系数的统计分布模型——拉普拉斯模型和广义高斯模型。在两种模型的比较中,我们利用了最大似然法估计了两种模型的参数,同时采用X~2检验和KS检验对估计结果进行检验,得到的结果表明,广义高斯模型比拉普拉斯模型能更准确地反映DCT交流系数的分布。在此基础上,我们设计并实现了一个基于DCT交流系数为广义高斯模型的数字图像水印算法,该算法独立于具体图像,具有通用性。实验结果显示,该算法表现出良好的检测性能和对包括JPEG压缩、裁剪、高斯噪声、虚假嵌入在内的多种攻击的鲁棒性;进而,我们将此算法推广到多重水印嵌入场合,提出了三种重复嵌入策略,增加了嵌入的信息量,提高了嵌入方式的灵活性。 本文第三章针对广播电视节目水印监测系统的要求,设计并实现了一个自同步的盲音频水印算法。水印嵌入在时间域进行,通过均值滤波从原始的音频信号中提取特征信息,并用水印替换该信息达到嵌入信息的目的。利用时域的重复嵌入实现了自同步检测,克服了传统的基于分块的数字水印算法不能实现同步的问题。检测时不需要原始音频信号的参与,实现了盲检测。嵌入水印后的音频信号与原始音频信号的差别几乎不可感知。可以有效的抵抗包括裁减、时移在内的同步攻击,表现出良好的鲁棒性;不可感知性和鲁棒性可以通过嵌入强度自由调节。 本文第四章分析了数字水印的通信系统模型,利用了数字水印的不可感知性这一要求,提出了图像空间,感知空间及检测空间的概念。分析了数字水印系统中发送者、攻击者及接收者的关系,提出了适用于大多数信息隐藏的基于隐蔽信道的数字水印信息论模型,并对该模型进行了分析,给出了具体例证,得出了一些有益于数字水印嵌入、检测及攻击的指导性思想。作为上述工作的一种延伸, 浙江大学博士学位论文 摘要 我们在本章的第二和第三部分分别讨论了被动攻击和主动攻击的相关内容,即本 章的第二部分,我们对当前信息隐藏的一个热点—隐写分析进行了研究,主要 分析了隐写分析中的一个较成功的例子—RS攻击。在本章的第三部分,我们 对图像质量评价算法进行了研究,分析了当前一些客观图像质量评价算法,并对 这些算法进行了测试、比较,分析了它们优缺点。 本文第五章从弱信号处理角度对随机共振的机制进行了分析,研究了其在模 拟和数字信号处理中的应用。在此基础上,我们设计并实现了一个基于参数导引 随机共振的数字图像水印算法。结果表明,该水印算法在保证水印不可感知的前 提下表现出良好的鲁棒性,能抵抗包括JPEG压缩,高斯噪声污染,直方图均衡 等攻击。将随机共振这一新的信号处理方法应用于数字水印技术,一方面扩宽了 随机共振的应用范围,另一方面,也为数字水印技术提供了一种新的处理方法。 本文第六章对前面的工作进行了总结,并结合当今数字水印技术研究的发展 潮流,给出了将来进一步研究的方向。 关键词:数字水印;信息隐藏;DCT;AC系数;广义高斯模型;拉普拉斯模型; 音频水印;同步;信息论;隐蔽信道;隐写分析;图像质量评价;随机共振;信 号处理 第ii页


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