基于冗余小波和ICA的图像数字水印方法研究

论文摘要

数字水印技术是一种有效的数字产品版权保护和数据安全维护技术,是信息隐藏技术研究领域的一个重要分支,数字水印技术将特定信息嵌入数字产品中,是一种新型的版权保护机制,借助数字水印可以证明原创作者对其数字产品的所有权,并作为鉴定、起诉非法侵权的证据。一般而言,数字水印主要包括水印生成、水印嵌入和水印的提取/检测三方面的内容。本文对小波域图像盲水印技术进行了研究,提出两种小波域内自适应的图像盲检测鲁棒水印算法。本文的研究工作主要如下：1、研究了冗余离散小波变换(RDWT)和独立分量分析(ICA)的基本理论,给出了用于水印方法的基于RDWT嵌入和ICA提取的基本框架。该框架在数字水印嵌入和提取过程中有效地结合RDWT和ICA的特性,使得基于RDWT和ICA的水印方案具有如下的特点：1)RDWT的冗余性能增加算法的鲁棒性；2)具有很好的透明性；3)RDWT的平移不变性提高了水印嵌入的信息量；4)ICA盲源分离特性保证了该框架能有效地提取出水印信号。2、给出一种构造观测信号向量的方法,用于ICA水印盲提取。该方法通过在水印的嵌入过程中生成一个与载体图像维数相同的密钥阵,然后再通过这个密钥矩阵与载体图像进行一个线性组合,得到加密载体图像,根据密钥阵和加密载体图像以及嵌入水印图像来构造观测信号向量,实现ICA盲水印提取。3、提出了一种基于RDWT的自适应图像数字水印算法。该算法将RDWT和ICA结合起来,并且在嵌入过程中利用噪声可见函数来保证算法的自适应性,在高纹理化区域提高水印的嵌入强度,而在低纹理区域降低水印的嵌入强度,这样就能很好的适应载体图像特征,增强水印的透明性和鲁棒性。利用RDWT的冗余性和平移不变性这一主要特点,提高了水印算法的鲁棒性和嵌入容量。并根据ICA盲源分离的性质,使算法实现了水印鲁棒性、不可见性和容量的统一。实验结果表明,该算法不但透明性好,而且水印嵌入量大,同时具有更强的鲁棒性,能很好地抵抗噪声、剪切、滤波、旋转、JPEG和JPEG2000压缩等攻击。4、提出了一种基于冗余离散小波包分解的自适应图像数字水印算法。该算法利用RDWT的小波包分解,为载体图像提供了一种更精细的分析方法,同时也提高了水印嵌入区域的选择性,RDWT提高了算法的水印嵌入容量,小波包分解提高了水印算法的鲁棒性分解。同时结合人类视觉特性进行水印嵌入,利用ICA算法进行水印的提取,使水印的稳健性和不可见性同时又得到提高。实验结果表明,该算法能很好地抵抗多种攻击,对于版权保护具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 空间域水印算法
• 1.2.2 变换域水印算法
• 1.3 论文的主要工作和结构
• 2 RDWT和ICA的基本理论
• 2.1 RDWT理论分析
• 2.1.1 小波变换理论
• 2.1.2 冗余离散小波变换
• 2.1.3 基于RDWT的图像数字水印嵌入基本框架
• 2.2 ICA理论分析
• 2.2.1 ICA的混合模型
• 2.2.2 ICA假设条件
• 2.2.3 ICA解混模型
• 2.2.4 ICA的不确定性
• 2.2.5 ICA问题的基本方法
• 2.2.6 ICA盲数字水印提取算法的基本框架
• 2.3 本章小结
• 3 基于RDWT和ICA的图像自适应数字水印方法
• 3.1 水印嵌入算法
• 3.1.1 噪声可见函数
• 3.1.2 水印的嵌入流程
• 3.2 ICA观测信号向量构造与水印提取算法
• 3.3 实验结果与性能对比
• 3.4 本章小结
• 4 基于冗余离散小波包和ICA的图像自适应数字水印方法
• 4.1 基于小波包的水印嵌入算法
• 4.1.1 小波包理论分析
• 4.1.2 图像的小波包分解
• 4.1.3 水印的嵌入算法
• 4.2 水印提取算法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结和展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢