基于不确定性理论的数字水印算法研究

【摘要】： 数字水印是通过一定的方法将一些能证明版权归属或跟踪侵权行为的标志性数字信息嵌入到多媒体数据中,要求嵌入的信息既不影响原内容的使用价值,又不易被人类知觉系统所感知,只有通过专门的检测器才能提取。水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等。研究数字水印算法可以更好地实现网络环境中数字产品的版权保护。 不确定性理论包括模糊理论和灰色系统理论等,它表示和处理了人类认识领域中信息和知识的不确定性。数字水印在嵌入位置和嵌入强度方面存在许多不确定性,不确定性理论对这种不确定性有很好的描述能力。本文把不确定性理论运用到数字水印算法中,围绕着人类视觉特性、模糊自适应共振理论和灰色关联分析三个方面的算法设计和加密处理进行了一些有益的探索,其主要研究内容如下: 1.数字水印算法设计 (1)本文对水印的嵌入位置这一热点方向进行了分析,在此基础上结合人类视觉特性设计了一种嵌入位置和嵌入强度均可自适应调节的数字水印算法,此算法依据亮度和纹理特征的不同将载体图像块分为四类,根据水印和载体图像的比例关系,从每小块中选取适当的中频系数嵌入水印;同时根据分类结果的不同可自适应调节水印嵌入强度。 (2)首先将基于模糊C均值聚类的数字水印算法和传统的基于图像块分类的数字水印算法进行了比较分析,阐明了前者的优越;但模糊C均值聚类具有收敛速度慢的缺点,本文依据此出发点,设计了一种基于模糊自适应共振理论的数字水印算法,本算法分类合理,执行速度快。经实验证明:算法的抗攻击能力强于基于模糊C均值聚类的数字水印算法。 (3)将灰色系统理论应用到数字水印中,提出了一种基于灰色关联和采样理论的数字水印算法,通过对原始图像进行边缘扩展,以原始图像块的每个点为中心点,组成九点阵形式作为比较序列;接着计算出灰色绝对关联度,与比较阈值进行大小比较,同时比较阈值的值可依据水印信息量的多少进行调整;最后找到水印的合适嵌入位置,仿真证明算法性能良好。 2.加密处理 (1)对目前的水印设计及预处理技术进行了详细的分析讨论,认识到它们在安全性方面仍需改进,从而设计了一种改进了的混沌加密方法,相对于传统的加密过程,加大了攻击者非法破译的难度,保密性进一步提高。 (2)对目前的数字图像置乱方法进行了分析比较,详细探讨了它们的使用方法及优缺点,进而设计了一种1/(2×2)采样技术。本方法简便易用,计算量小,置乱效果高,无须太多置乱次数就可使原始图像信息杂乱无章。 本文设计的所有算法和加密处理均在Matlab中得到了实现,实验证实了以上方法的安全性和有效性。