基于DWT的鲁棒与半脆弱图像数字水印算法研究

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随着数字产品和国际互联网的迅猛发展,数字产品在版权保护和内容真实性认证方面正面临着越来越严峻的挑战。近年来,日渐成熟的鲁棒的和半脆弱的数字水印以及小波变换等技术,正逐步成为解决版权保护问题的重要手段之一。在对已有的水印算法进行分析的基础上,本文重点研究小波域的鲁棒的和半脆弱的数字水印系统,并围绕鲁棒水印系统中的人类的视觉模型,水印检测和抗攻击性能以及半脆弱水印系统中的内容认证等方面进行了深入的研究。   对于鲁棒性数字水印技术,重点细致研究和分析了水印的嵌入和提取算法。本文对于鲁棒的水印技术所采用的是首先使用Zigzag变换将水印信息进行置乱处理,再结合扩频技术对置乱后的水印信息进行预处理,以增加水印的安全性和鲁棒性。结合人类视觉特点,将水印信息嵌入到2级小波变换的LL2分量中,能获得很好的鲁棒性。运用常见的加噪,中值量化和几何攻击等图像处理操作对嵌入水印后的图像进行攻击,结果显示该算法对加噪,中值量化和几何攻击也具有很强的鲁棒性。   对于半脆弱数字水印技术,重点从嵌入算法和认证算法两方面进行了研究和分析。本文提出了基于小波域的半脆弱水印算法,它充分利用了小波变换的特点以及人眼的视觉特性,将水印信息嵌入到图像3级DWT的第二层的HL2,LH2,HH2中,这样既不影响原始图像视觉效果,也能很好的对图像内容及完整性进行验证。从含水印图像的不可见性,抵抗噪声、压缩等攻击的鲁棒性以及判断是否发生篡改,并定位出篡改区域等几个方面来对算法进行评估,结果表明该算法也具有较强的鲁棒性。其中对篡改的判断是通过篡改评估函数以及篡改定位图来判别的。在没有受到攻击时,篡改评估函数的值趋于零,而一旦篡改函数的值逐渐增大时,则篡改的程度也随之增大。   最后,本文从对篡改的可检测性、算法安全性、可靠性、水印不可感知性等多个角度出发,对本算法与半脆弱性的典型算法进行了比较研究。理论分析和实验结果均表明该算法既能抵抗伪认证攻击,又保持了很好的局部篡改检测功能,是一种安全、有效、可靠的半脆弱数字水印算法。
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