魯棒自適應(yīng)多媒體數(shù)字水印技術(shù).pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字作品的存儲、編輯、復(fù)制與傳播變得非常容易，這給人們的生活帶來了極大的便利。
　　 但同時也暴露出了越來越嚴(yán)重的安全問題，如何保護(hù)數(shù)字媒體知識產(chǎn)權(quán)已成為一個亟待解決的問題。傳統(tǒng)的加密技術(shù)已不能完全解決這個問題。首先，私鑰加密體制因其密鑰量大而難以實(shí)用，因此目前網(wǎng)絡(luò)中廣泛采用的是公鑰加密體制；而公鑰加密體制利用了“計(jì)算安全性”原理，一旦計(jì)算機(jī)的性能大幅度提高

2、則會對其構(gòu)成威脅。其次，密碼技術(shù)在數(shù)據(jù)被接收或解密后，信息就暴露無遺，原創(chuàng)作者或版權(quán)所有者就再也無法保護(hù)自己的作品了。此外。密碼術(shù)著眼于隱藏信息的內(nèi)容，把有意義的信息加密為隨機(jī)的亂碼，這等于明確地告訴非法用戶密文中包含重要信息，有助于竊聽者截取機(jī)要信息或阻止合法接收者獲取機(jī)要信息。信息隱藏不同于傳統(tǒng)的密碼學(xué)，它不僅隱藏了信息的內(nèi)容，也隱藏了信息的存在，它主要研究如何在不破壞原始公開信息商用價值和使用價值的前提下，將一機(jī)密信息隱藏于另一公

3、開的載體信息中。它充分利用載體本身所具有的迷惑性，來達(dá)到偽裝保密信息，從而逃避可能的檢測者，以達(dá)到秘密信息的傳遞。非法攻擊者不知道這個普通信息中是否隱藏了其他重要信息，而且即使知道，也難以提取或去除隱藏的信息。
　　 作為信息隱藏的一個重要分支，近年來，數(shù)字水印技術(shù)作為一種解決數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)問題的潛在的有效手段，得到了廣泛關(guān)注，并逐漸成為了當(dāng)今國際信息安全領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。數(shù)字水印技術(shù)就是通過將某些包含創(chuàng)作者或版權(quán)所有者特征

4、的信息直接嵌入到原始信息中以達(dá)到保護(hù)版權(quán)或跟蹤非法復(fù)制等目的，同時這種嵌入是不可察覺的，水印的嵌入不會影響原始信息的商用價值或使用價值。首先，一個設(shè)計(jì)優(yōu)良的水印系統(tǒng)應(yīng)能為版權(quán)保護(hù)提供可信證據(jù)。其次，好的水印算法在確保水印透明性的同時，應(yīng)對通常的信號處理操作具有較高的魯棒性（如濾波、壓縮、裁剪、旋轉(zhuǎn)等）。目前版權(quán)保護(hù)是數(shù)字水印最主要的應(yīng)用，其目的是嵌入數(shù)據(jù)的來源信息以及比較有代表性的版權(quán)所有者信息，從而防止其它團(tuán)體對該數(shù)據(jù)宣稱擁有版權(quán)。一

5、個以版權(quán)保護(hù)為目的的水印系統(tǒng)應(yīng)具有較高的魯棒性，同時必須能夠作為法庭上有效證明歸屬的、合法的、可靠的證據(jù)，遺憾的是，目前提出的數(shù)字水印系統(tǒng)還無法滿足所有這些條件，因而尚未成為真正實(shí)用的版權(quán)保護(hù)工具。為設(shè)計(jì)有效的針對版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印系統(tǒng)，獲得數(shù)字水印透明性與魯棒性之間的綜合平衡，本文在充分挖掘多媒體人類視覺系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，研究與設(shè)計(jì)多媒體自適應(yīng)的魯棒數(shù)字水印算法。全文組織如下：
　　 在第1章，本文首先介紹了一下數(shù)字水印技術(shù)的

6、發(fā)展歷史、基本概念、數(shù)字水印基本屬性與需求，及其應(yīng)用領(lǐng)域。最后給出了本文主要創(chuàng)新點(diǎn)與論文結(jié)構(gòu)。
　　 第2章，系統(tǒng)地論述了數(shù)字水印技術(shù)的分類、典型的數(shù)字水印系統(tǒng)、水印系統(tǒng)通用框架、常見的圖像數(shù)字水印與視頻水印算法、數(shù)字水印技術(shù)攻擊方法及其分類。
　　 第3章，通過利用DCT（discrete cosine transform）域與DWT（discrete wavelettransform）視覺感知模型提出兩種圖像自適應(yīng)的

7、魯棒數(shù)字水印算法。第一種算法首先將載體圖像分成8*8分塊，并進(jìn)行DWT 變換；然后生成一偽隨機(jī)序列對二值水印圖像進(jìn)行調(diào)制以提高算法安全性；然后充分分析載體圖像紋理與亮度視覺特性，建立DWT 域視覺模型，進(jìn)而導(dǎo)出DWT 域JND 掩蔽矩陣以用于DWT 域水印自適應(yīng)嵌入。最后通過修改圖像分塊小波域水平與垂直細(xì)節(jié)子帶中頻系數(shù)以嵌入水印信息，水印提取不需原圖像參加。第二種算法首先將原始載體圖像分成不重疊子塊，并分塊DCT 變換；然后利用密鑰生成

8、偽隨機(jī)序列作為水印信息；最后利用Waston 視覺模型（臨界可容忍噪聲JND）確定水印嵌入強(qiáng)度，通過控制JND 強(qiáng)度將水印信號自適應(yīng)在嵌入到圖像分塊DCT系數(shù)中去。
　　 水印嵌入前經(jīng)由用戶密鑰進(jìn)行預(yù)處理，非授權(quán)用戶無法正確提取水印信息。廣泛實(shí)驗(yàn)表明這兩種圖像自適應(yīng)水印算法均具有好的透明性與魯棒性，對通常的信號處理攻擊與輕微的幾何攻擊是魯棒的。與同類算法相比，嵌入水印具有更高的魯棒性。
　　 第4章，結(jié)合離散余弦變換（D

9、CT）與奇異值分解（SVD）設(shè)計(jì)出一種圖像自適應(yīng)公開水印算法，算法充分考慮到DCT 與SVD 優(yōu)點(diǎn)。首先將載體圖像進(jìn)行8*8分塊，并進(jìn)行分塊DCT 變換；然后計(jì)算出自適應(yīng)量化步長；再對DCT分塊作SVD分解；最后利用量化索引調(diào)制技術(shù)，將水印嵌入DCT 域圖像分塊最大奇異值上。水印嵌入時較好地考慮了載體圖像分塊感知特性以避免隱秘圖像降質(zhì)過大。實(shí)驗(yàn)表明該算法對多種不同類型攻擊具有較高的魯棒性，此外性能比較實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明算法相對一些同類算法的

10、優(yōu)越性，提出算法具有更高的透明性與魯棒性。
　　 第5章，提出一種媒體自適應(yīng)的魯棒視頻水印方案，該方案較好地利用了DWT 視覺模型，水印提取無需原始視頻參與。首先將原始視頻幀由RGB模式轉(zhuǎn)換為YUV模式，對Y分量作8*8分塊，并進(jìn)行DWT 變換；然后，為增強(qiáng)算法安全性，水印嵌入前，利用Arnold 變換對水印圖像進(jìn)行置亂處理；再充分利用載體亮度、紋理與空間熵屏蔽特性，計(jì)算出水印嵌入JND 矩陣；最后將水印自適應(yīng)地嵌入到載體小波水

11、平與垂直細(xì)節(jié)子帶中。
　　 實(shí)驗(yàn)表明了算法的有效性，確保好的透明性同時，對濾波、噪聲迭加、JPEG 壓縮、裁剪、直方圖均衡等攻擊操作是魯棒的.最后是全文工作總結(jié)與未來工作展望。總的來說，通過較好地分析載體視覺特性，本文提出了3種有效的魯棒圖像水印算法和1種應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)的視頻水印算法。本文研究將為魯棒數(shù)字水印算法提供新方法與關(guān)鍵技術(shù)，研究成果將為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)提供技術(shù)保障，有助于推動數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展。人類視覺系