數(shù)字水印抗幾何攻擊理論及應(yīng)用研究.pdf

1、計算機與網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展極大地改變了人們的生活方式。借助于Internet人們可以很容易地實現(xiàn)文件的實時傳輸，而Bitcomet、eMule等下載軟件的出現(xiàn)更加速了多媒體資源的共享與傳播。在沒有規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管的情況下，數(shù)字圖像、音頻與視頻等多媒體產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)上被肆意地分發(fā)與下載，嚴(yán)重侵犯了作者的合法權(quán)益。數(shù)字水印技術(shù)在這種情況下應(yīng)運而生，并且被認(rèn)為是對數(shù)字產(chǎn)品進行版權(quán)保護的有效手段。但是目前已有的多數(shù)水印算法僅能夠抵抗常規(guī)的噪聲、

2、壓縮、濾波等信號處理攻擊；當(dāng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等幾何變換的時候，很難成功地進行水印檢測。因此，幾何攻擊也被認(rèn)為是水印技術(shù)通向應(yīng)用的瓶頸，研究能夠抵抗幾何攻擊的數(shù)字水印技術(shù)具有重要的理論和現(xiàn)實意義。 本文主要圍繞能夠抵抗幾何攻擊的數(shù)字圖像水印技術(shù)展開研究。對抗幾何攻擊水印算法涉及的圖像不變矩、圖像歸一化和特征點檢測等相關(guān)技術(shù)進行了深入研究，并研究了基于以上技術(shù)的水印同步，提出了一系列的水印算法。本文的主要研究工作及貢獻包括：

3、 1．深入研究了針對數(shù)字水印系統(tǒng)的幾何攻擊，包括幾何攻擊的類型，幾何攻擊對水印系統(tǒng)的作用，抵抗幾何攻擊的方法。首先，根據(jù)幾何攻擊對像內(nèi)容的作用將幾何攻擊分為全局幾何攻擊和局部幾何攻擊；其次，以圖像的旋轉(zhuǎn)和縮放攻擊為例分別分析了幾何攻擊對空域水印算法和變換域水印算法的不同影響；再次，將目前抗幾何攻擊的數(shù)字水印算法分為三種，即基于幾何校正的方法、基于幾何不變域的方法和基于圖像特征的方法，并對各種類型的方法進行了總結(jié)和分析，指出了各自的優(yōu)

4、缺點。 2．提出了一種基于圖像偽Zernike矩的抗幾何攻擊圖像自適應(yīng)零水印算法。該算法利用偽Zernike矩幅度對圖像旋轉(zhuǎn)的不變性，通過對原始圖像偽Zernike矩的幅度進行奇偶量化生成原始的水印序列。在水印檢測時，用相同的參數(shù)對受攻擊圖像的偽Zernike矩幅度進行奇偶量化得到提取的水印序列，并計算其與原始水印信號的相似度，進而判斷水印存在與否。該算法為盲檢測的零水印算法，不會造成圖像質(zhì)量的下降，并且該算法可以抵抗旋轉(zhuǎn)、縮放

5、等幾何攻擊以及JPEG壓縮、噪聲、濾波等常規(guī)攻擊。 3．提出了兩種基于Harris特征點的水印同步方案。其基本思想是結(jié)合Harris特征點和圖像歸一化確定水印嵌入和提取的區(qū)域，保證嵌入和提取過程的同步性。針對所提出的兩種水印同步方案，分別提出了兩種魯棒圖像水印算法，分別在離散小波變換（DWT）域和空域嵌入水印，且水印提取不需要原始圖像。實驗結(jié)果表明了水印同步方案的有效性，所提出兩種水印算法能夠獲得很高的圖像質(zhì)量，并能同時抵抗常規(guī)

6、的各種信號處理攻擊與幾何攻擊。 4．提出了一個基于尺度空間特征點的圖像水印系統(tǒng)框架。詳細(xì)分析了該框架下水印算法設(shè)計所應(yīng)遵循的原則，包括特征點的選擇、局部區(qū)域的確定、嵌入域的選擇、水印嵌入和提取策略的設(shè)計等具體問題。緊接著提出了兩種能夠同時抵抗傳統(tǒng)信號處理攻擊和幾何攻擊的圖像水印算法。第一種算法對局部區(qū)域進行具有旋轉(zhuǎn)不變性的分割，然后在非下采樣Contourlet變換（NSCT）域嵌入二進制水印序列；第二種算法將二值水印圖像在DW

7、T域以一種自適應(yīng)的方式嵌入到局部區(qū)域中。大量的實驗結(jié)果表明這兩種算法均能夠很好地抵抗常規(guī)的信號處理攻擊和幾何攻擊，與已有算法的性能比較也進一步驗證了算法的優(yōu)越性。 5．提出了一種結(jié)合圖像特征點與不變矩的水印嵌入和提取新思路。其基本思想是利用基于特征點的水印同步，將從圖像局部區(qū)域中計算出的偽Zernike矩矢量作為水印信號，并通過修改特定階數(shù)的矩來嵌入水印。在水印提取時通過所提出的最小距離檢測器（Minimum Distance

8、Decoder）判斷水印存在與否。由于在圖像的局部區(qū)域中嵌入水印，相對于已有的基于偽Zemike矩的方法可以獲得更高的圖像質(zhì)量，且對幾何攻擊的魯棒性也大大提高。Stirmark4．0平臺下的實驗結(jié)果表明了算法的有效性。 6．提出了一種新的基于空-時興趣點（Space-Time Interest Point）的魯棒視頻水印算法?？眨瓡r興趣點往往代表視頻序列中感興趣的事件或內(nèi)在結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)在視頻序列受到干擾的時候很難被破壞?；?/p>