文档介绍：广西师范大学
硕士学位论文
基于变换域的若干数字图像水印算法研究
姓名:张玉金
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:蒋品群
20090401
广西师范大学硕士学位论文
基于变换域的若干数字图像水印算法研究
研究生:张玉金导师:蒋品群副教授
学科专业:电路与系统研究方向:数字信号处理年级:2006 级
摘要
近年来,随着互联网的快速发展和普及,数字图像、数字音频和数字视频等数字
媒体的传播变得越来越方便快捷,使得产品的所有权问题已经成为严重的社会问题。
数字水印作为一种版权保护技术应运而生并迅速发展起来,成为信息安全和多媒体信
号处理领域一个新的研究热点。数字水印技术的性能指标主要有安全性、鲁棒性和不
可见性等。根据所基于的域,数字水印算法主要可分为空域和变换域算法两大类。空
域算法鲁棒性比较差,水印容易丢失,而变换域算法,如离散余弦变换(DCT)和离
散小波变换(DWT),可以将嵌入水印的能量分布到空域的所有像素上,并可与国际
图像压缩标准相兼容,因此,变换域算法具有很好的鲁棒性和应用前景。
本论文首先介绍了数字水印的研究背景、意义、主要用途、工作原理、分类、性
能指标、攻击类型、算法评价、国内外研究现状和论文的结构安排,以及傅里叶变换、
余弦变换、小波变换、Arnold 变换和矩阵的奇异值分解等本论文中用到的数字水印的
数学基础知识;然后在充分调研相关文献的基础上,以静止图像作为研究对象,研究
了四种基于变换域的数字图像水印算法;最后对论文的工作进行了总结,并展望了下
一步的工作。完成了如下四项主要工作:
(1)一种基于离散余弦变换和 Arnold 变换的数字图像水印算法的研究
许多研究表明,Arnold 变换可消除图像像素的空间相关性,有效地提高水印的鲁
棒性,并具有变换简单、时空效率高、变换后的像素总个数和直方图不变等特点,在
数字水印技术领域具有较广泛的应用。本论文将离散余弦变换和 Arnold 变换的优点有
机结合,研究了一种基于离散余弦变换和 Arnold 变换的数字图像水印算法。算法简单、
易于实现且水印提取时不需要载体图像,并具有较好的安全性、鲁棒性和不可见性。
仿真结果验证了算法的有效性及抗 JPEG 压缩、低通滤波、剪切和噪声干扰等能力。
(2)一种基于混沌的双重变换域数字图像扩频水印算法的研究
许多研究表明,将扩频通信的思想用于水印算法的研究,能够提高水印的安全性
和鲁棒性。混沌信号对初值具有敏感依赖性,可将初值作为嵌入和提取水印的密钥,
也被广泛用于数字水印技术研究。此外,将离散小波变换和离散余弦变换结合用于数
字水印算法的研究,能够有效地提高水印的鲁棒性。本论文将扩频通信、混沌、离散
小波变换和离散余弦变换的优点有机结合,研究了一种基于混沌的离散小波和离散余
I
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弦双重变换域数字图像扩频水印算法。仿真结果表明,算法切实可行,不仅具有较好
的安全性、鲁棒性和不可见性,而且在水印的提取过程中不需要载体图像。
(3)一种基于 Block-SVD 的小波域彩色图像数字水印算法的研究
近年来,矩阵的奇异值分解(SVD)作为一种强有力的数值分析技术,具有稳定
性好,即经过处理后,奇异值不会有太大变化;包含矩阵固有的代数性质等特性,当
载体图像尺寸比较大时,可以采用分块奇异值分解提高时空效率,因此,奇异值分解
被广泛用于数字水印技术研究中。本论文将 Arnold 变换、离散小波变换和分块奇异值
分解的优点有机结合,研究了一种基于 Arnold 变换和分块奇异值分解的小波域彩色图
像数字水印算法。算法嵌入和提取水印时间较短,且采用灰度图像作为水印,增加了
嵌入的信息量。仿真结果表明,算法具有较好的安全性和不可见性,不仅可以抵抗一
些常规攻击如叠加噪声、JPEG 压缩和锐化等,而且对于一些几何攻击如旋转、缩放
和平移等也具有较好的鲁棒性。
(4)一种基于奇异值分解的双重变换域数字图像水印算法的研究
随着数字水印研究的兴起,变换域水印算法成为当今研究的热点。将离散小波变
换和离散余弦变换结合用于数字水印算法的研究,能够有效地提高水印的鲁棒性。本
论文将奇异值分解、离散小波变换和离散余弦变换的优点有机结合,研究了一种基于
奇异值分解的离散小波和离散余弦双重变换域数字图像水印算法。仿真结果表明,算
法具有较好的水印不可见性,不仅可以抵抗一些常规攻击如叠加噪声、JPEG 压缩和
锐化等,而且对于一些几何攻击如旋转、缩放和平移等也具有较好的鲁棒性。
综上所述,本论文研究的四种基于变换域的数字图像水印