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抗打印扫描数字水印技术及其应用研究

郭承青  
【摘要】:抗打印扫描数字水印技术又称为印刷水印,指嵌入数字图像的水印信息经过打印设备输出并经扫描设备重新获取后,仍能够正确检测的数字水印技术。打印扫描过程复杂,多次的数模变换、模数变换以及人工操作对数字图像产生较大影响,已知的攻击类型包括灰度转换攻击、低通滤波攻击和几何攻击。抗打印扫描数字水印技术具有较高的实用价值,可应用于解决印刷品的版权保护、来源认证、防止伪造等问题。 本文针对抗打印扫描数字水印技术的算法和应用进行深入研究,设计并实现能够抵抗打印扫描攻击的强鲁棒性数字水印算法。主要工作包括基于DFT的抗打印扫描数字水印算法的研究、抗打印扫描的文本数字水印技术的研究以及面向实用的纸质文档泄密追踪管理系统的设计和实现。具体的研究成果如下: 1.提出了抗打印扫描数字水印算法设计框架。根据设计框架,提出基于离散傅里叶变换的彩色图像抗打印扫描数字水印算法,该算法利用DFT变换中频幅度谱的鲁棒性,将水印嵌入图像红色通道数据的DFT中频幅度域中,同时利用人类视觉系统的掩蔽特性,通过计算图像复杂度选择嵌入位置。水印提取过程不需要原始载体图像,实验数据表明水印算法具有强鲁棒性并取得较好的不可见效果。 2.提出了一个大容量的文本水印算法,该算法以打印扫描不变量为基础,通过设计量化函数建立字符像素翻转量与水印信息之间的映射关系,实现翻转单个字符像素嵌入多比特水印信息,同时降低整体的字符翻转量,减小了文本图像的失真程度。实验表明,该算法有效地提升了水印嵌入容量,并且能够抵抗打印扫描攻击,实现了在纸质文本中嵌入水印信息。 3.提出了基于汉字数学表达式的印刷文本认证算法,该算法利用汉字字形结构的特殊性,将随机选取的汉字的数学表达式和汉字结构关系统计值作为生成零水印的依据,并将零水印存储在版权信息数据库中。当印刷出版后该文本发生版权纠纷时,按相同策略提取零水印与数据库中的水印信息进行匹配计算,从而确定版权归属。零水印技术不对载体图像进行任何改动,保证了数字作品的无失真,本算法抵抗打印扫描攻击,可应用于印刷出版物的版权认证。 4.设计和实现了面向实用的纸质文档泄漏追踪管理系统,系统水印算法设计中包括强鲁棒性水印算法本身,此外从实用系统角度出发增加了差错控制、噪声去除、文档偏转校正等设计,均为系统的稳定和准确提供了保障。系统通过虚拟打印服务,在打印的纸质文档中以不可见的形式嵌入具有个人身份等信息的文本水印,由于该水印可以抵抗扫描及至少一次复印的攻击,因而,当非法传播的纸质泄密文件被截获时,通过该系统的水印提取可以分析出与泄密者相关的身份信息,有效地追踪到文件的泄密源头。在真实环境下测试,系统准确性和处理速度均达到实用要求。


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