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基于DCT域的数字图像水印算法研究及应用

陈涛  
【摘要】:随着通信技术和多媒体技术的快速发展,多媒体信息的交流越来越广泛,信息传输也越来越方便。但是数字信息的复制却比较简单,数字作品很容易被非法使用和篡改,对作品的版权带来了严重威胁,同时对作品的拥有者和发行者造成了巨大的经济损失。虽然传统的加密方法可以解决访问控制和传输中的安全问题,但随着密码破译能力的提高,几乎所有的加密数据都一样处于危险的边缘;而且传统密码学只是在通信信道中使用,一旦被解密信息就变成明文,作品内容将会被随便复制和传播。当需要对数据进行合法性检测和操作跟踪时,传统的加密方法更是无能为力。 数字水印技术作为传统密码学的有效补充,在很大程度上解决了上述问题,得到了广泛的应用和发展。数字水印技术通过使用信号处理的方法,将水印信号在不损坏原始数据的情况下嵌入到数字图像、视频、音频、文档等数字产品中。水印可以是序列号、有意义的文本、标志等。发展数字水印技术的动力就是为了对多媒体数据提供版权保护,并作为鉴定、起诉侵权的依据,同时可以通过水印检测来验证数字内容的完整性。实践证明数字水印技术是一种有效的数据安全保护技术,已经成为信息安全领域的热点研究方向之一。 本文在总结前人工作的基础上,选择数字图像作为水印信息的载体,对基于DCT域的水印算法进行了研究,着手于如何在DCT域有效的嵌入无意义水印和有意义水印。本文的主要研究内容如下: 1.介绍了数字水印的国内外研究成果及现状,分析了数字水印技术的发展前景。在此基础上引出本文的选题意义和主要的工作。接着总结了数字水印技术的基本原理、基本特征、分类等,介绍了数字水印的典型算法及主要应用。 2.离散余弦变换是实现DCT域水印算法的理论基础,本文详细介绍了其基本理论以及数字图像置乱技术,重点研究了混沌数字水印技术和人类视觉系统的基本特征及其在数字水印中的应用,这些是数字水印算法的重要组成部分。随后介绍了数字水印系统的性能评估和测评方法,为数字水印算法的测试提供了理论依据。 3.提出了一种DCT域基于伪随机水印信号的数字图像水印算法。鉴于混沌序列优良的初始参数敏感性,即便初始值发生微小的变化也会产生不同的随机序列,利用产生的混沌序列直接作为水印信号嵌入到载体图像中,水印的嵌入强度通过嵌入强度因子来调节。最后给出了算法的仿真实验结果及性能分析。 4.选取二值图像作为有意义水印信号,充分利用离散余弦变换及人类视觉系统(HVS)的特性,并结合图像的背景和亮度,提出了一种数字水印算法。为了提高水印的安全性及不可感知性,预先对水印图像进行二次加密处理。对于载体图像,则根据HVS的特性对图像进行块分类,通过比较载体图像不同子块的亮度和方差来实现水印信号的嵌入与提取。仿真实验结果表明该算法具有较好的不可感知性,对JPEG压缩、噪声、剪切等攻击具有较好的健壮性。最后借助软件开发平台设计了一个数字水印系统。


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