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《华中科技大学》 2010年
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鲁棒图像数字水印算法和数字水印协议研究

骆婷  
【摘要】: 多媒体技术和网络技术的极大发展,便利了人们发布、传输和处理各种数字化的多媒体信息。但数字作品存在着容易篡改、伪造、操作难以追踪等特点,引起严重的安全问题,知识产权容易遭到侵犯。由于数字作品的版权问题,数字水印技术得到了很多研究者的关注和研究。随着数字水印技术的不断研究和发展,它不仅仅可以进行数字作品的所有者鉴别、所有权认证、操作跟踪、拷贝控制,同时还可以对数字作品的内容进行完整性认证,对数字作品的篡改进行定位和恢复。作为一门多学科交叉的技术,数字水印的研究不仅具有重要的学术意义,同时对于数字化作品的合法使用也具有实际意义。 鲁棒的数字水印算法依然是数字水印领域的一个重要的研究方向,尤其是研究能够抵抗几何变换的数字水印算法更是成为当前的焦点。为了提高数字水印信号的提取/检测准确性、增强算法对于各种攻击的鲁棒性,围绕着水印系统的不同阶段,分别从数字水印信号的产生、嵌入和提取/检测三个方面进行了研究。此外,从数字水印协议的角度研究了数字水印算法的具体实施。 数字水印图像在传输的过程中会遭受攻击或者经历正常的信号处理操作,从而带来噪声,那么在数字水印的提取和检测过程中由于噪声的影响,会带来提取信号的错误,导致水印信号检测和提取的失败。为了提高数字水印系统的检测有效性和准确性,在数字水印的产生阶段对原始信号进行预处理,选择基于二进制BCH(Bose, Chaudhuri, Hocquenghem)纠错编码的方式来产生数字水印信号。BCH码具有严格的代数结构,纠错能力强,性能接近理论值。为了高效产生可用的数字水印信号,对BCH码的编码过程和解码过程进行了优化实现,实验显示所提出的优化方法能够提高编码解码效率。基于优化的BCH编码解码方法,设计和实现了一种基于BCH码的数字水印信号生成方法,仿真结果显示通过冗余编码,能够提高提取信号的准确率。该方法对于有意义的数字水印信号和无意义的数字水印信号都有效。 旋转、缩放、平移(Rotation、Scaling、Translation, RST)不变的数字水印算法是当前数字水印算法研究的一个热点和难点。为了实现RST不变,设计和实现了一种基于小波变换模极大的鲁棒数字水印算法。算法基于几何不变域的嵌入,选择具有旋转不变性的墨西哥帽小波变换作为水印嵌入的特征域,将数字水印信号加载到小波变换模极大系数中。实验结果表明算法在水印图像经过旋转、平移和缩放操作之后,能够保持比较好的检测效果,同时还能抵抗JPEG2000压缩变换和一些常规失真。 在分析了现有数字水印检测方法的基础上,提出了一种新的基于互信息的数字水印检测方法,为设计抵抗几何攻击的数字水印算法提出了一种新的思路。常用的基于相关性检测的方法基于点对点的计算,几何攻击会破坏基于相关性的检测;此外,基于相关性的检测器适用于加性高斯白噪声的检测,对非加性高斯白噪声则无法描述其特征。为了解决这些问题,使用互信息作为相似性度量标准。互信息基于信号的统计分布特征,可以描述信号的高阶特征,对于破坏同步性的几何攻击具有一定的抵抗能力。设计和实现了一个基于互信息检测的数字水印算法,实验结果显示该算法在经历旋转、平移、缩放和常规失真之后有明显的检测响应,鲁棒性高。 为了能够在实际交易中使用数字水印技术来提供版权认证、,数字水印的协议成为数字水印技术研究的一个方向。为了解决Memon和Wong协议中存在的可信第三方性能问题和合谋威胁,改进了协议中的交互模式和数字水印信号的产生机制,由卖方与可信第三方一次性交互产生批量水印,减轻其负荷;买卖双方使用可交换的密码系统共同产生水印信号,同时使用同态密码算法来进行数字水印的嵌入和数字水印图像的生成。由于买卖双方都不能得到数字水印的全部信息,因此任何一方都不可能和WCA合谋。同态算法保证了卖方不能得到最终数字水印图像,以此来保障消费者的权益;而买方不可能去除水印,因此可以进行盗版跟踪,保证了公平性。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP309.7

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