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低密度校验码理论及其在数字水印中的应用研究

王昕  
【摘要】:低密度校验码(Low-density parity-check codes,LDPC码)是一种性能逼近香农限的好码,是当前信道编码领域最受瞩目的热点之一。其译码采用具有线性复杂度的和积算法,几乎所有错误可检,在信息可靠传输中具有良好的应用前景。由于性能卓越,LDPC码已被列为第四代移动通信的关键技术,并在无线通信、深空通信、有线通信以及存储工业等各个领域展开了应用。 本文采用理论分析和计算机仿真相结合的方法,对LDPC码的基本理论和在数字水印系统中的应用展开研究。论文完成的主要工作包括: 1.对LDPC码基本编译码算法的研究。在概述了信道编码理论及其发展历程之后,系统论述了LDPC码的基本原理,阐述了规则LDPC码、非规则LDPC码、多进制LDPC码的构造原理和方法,详细分析了LDPC码的译码原理,给出了和积译码算法与最小和译码算法的步骤和特点,介绍了影响LDPC码的性能的几个因素。 2.对规则LDPC码和非规则LDPC码的性能的研究。对规则、非规则LDPC码在AWGN、Rayleigh衰落信道下,包括已知信道状态信息和无信道状态信息时的特性,进行了全面的性能仿真。实验表明,LDPC码在AWGN信道和Rayleigh信道环境下都可以取得很好的误比特性能。 3.提出了基于LDPC码的鲁棒性图像数字水印方案。在系统地介绍了数字水印的概念、分类、基本要求和应用领域后,建立了图像数字水印系统的基本模型。针对水印鲁棒性和不可见性之间的矛盾,提出了基于LDPC码的鲁棒性数字水印方案。该方案先对水印进行LDPC纠错编码和扩展编码,然后根据人眼的视觉掩蔽特性将水印嵌入到图像的离散余弦变换(DCT)域中,最后利用迭代译码算法提取水印,进一步增强水印的抗攻击能力。本文创新之处在于采用纠错性能优越的LDPC码对水印进行编码,提高水印传输的可靠性。抗攻击能力实验表明,基于LDPC码的水印方案降低了水印在传输过程中的误码率,具有很好的鲁棒性和视觉不可见性,抗攻击能力增强,对JPEG压缩、加高斯白噪声等攻击具有较强的抵抗能力。


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