结合JPEG压缩因子的图像认证水印算法及其性能分析

论文摘要

数字图像认证水印用于鉴别数字图像的真实性和完整性。论文以提高算法的安全性和篡改该检测性能为目标,展开抗JPEG压缩图像认证水印算法及其篡改检测性能分析的研究。论文首先介绍了抗JPEG压缩的图像认证水印算法的研究背景和意义。分别选择DCT域、小波域和JPEG压缩域三种经典JPEG图像认证水印算法对其进行性能分析和讨论,总结出现有JPEG图像认证水印算法存在不能有效抵抗拼贴攻击、篡改检测性能有待提高、没有考虑JPEG压缩质量因子等问题。针对上述问题,论文提出了一种结合JPEG压缩因子的图像认证水印算法。该算法通过引入图像块之间的随机相关性来抵抗拼贴攻击,提高算法的安全性；利用图像块及其水印嵌入块的八邻域块篡改特性判定图像块的真实性,以提高算法的篡改检测性能。从水印嵌入位置和水印容量两方面对该算法进行深入讨论和分析,具体分析了水印嵌入位置对不可见性和抗JPEG压缩能力的影响、水印容量对不可见性和篡改检测性能的影响。分析和实验结果表明,水印信息嵌入在量化步长较小的量化DCT系数的最低位,既不影响算法抗JPEG压缩的能力,又能有效缓解待保护DCT系数个数与不可见性之间的矛盾。同时,推导给出了一般篡改和拼贴攻击下算法的漏／虚警率,并利用统计实验验证了理论推导结果的正确性。实验结果表明随着水印容量的增加,算法的不可见性降低,漏警率降低,而虚警率提高。最后本文将基于灰度图像的认证水印算法扩展到彩色图像中,实现对彩色图像的认证。该算法利用Y、U、V三个分量来生成和嵌入水印,实现了对Y、U、V三个分量的保护。综合利用三个分量的定位结果来定位整个图像的篡改区域,给出了精确地定位效果,提高了算法的篡改检测性能。总之,本文紧紧围绕提高算法的安全性和篡改检测性能,分别提出了结合JPEG压缩因子的灰度图像和基于JPEG压缩域的彩色图像认证水印算法,并对算法的性能进行深入分析和理论推导,以提高算法的实际应用能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 空域
• 1.2.2 变换域
• 1.2.3 压缩域
• 1.3 论文章节安排
• 第2章 经典抗JPEG压缩图像认证水印算法性能分析
• 2.1 基于DCT的安全JPEG图像认证水印算法
• 2.1.1 算法概述
• 2.1.2 算法性能分析
• 2.1.3 算法问题小结
• 2.2 基于小波域的抗JPEG压缩图像水印算法
• 2.2.1 算法概述
• 2.2.2 算法性能分析
• 2.2.3 算法问题小结
• 2.3 基于压缩域的JPEG彩色图像认证水印
• 2.3.1 算法概述
• 2.3.2 算法性能分析
• 2.3.3 算法问题小结
• 2.4 JPEG图像认证水印算法待解决的问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 结合JPEG压缩因子的图像认证水印算法
• 3.1 结合压缩因子的图像认证水印算法
• 3.1.1 水印嵌入
• 3.1.2 篡改检测
• 3.2 算法仿真与性能分析
• 3.2.1 抗JPEG压缩测试
• 3.2.2 不可见性测试
• 3.2.3 篡改检测性能测试
• 3.3 水印嵌入位置
• 3.3.1 水印嵌入位置选择
• 3.3.2 抗JPEG压缩性能比较
• 3.3.3 不可见性比较
• 3.3.4 本节小结
• 3.4 水印容量
• 3.4.1 不可见性测试
• 3.4.2 篡改检测性能测试
• 3.4.3 本节小结
• 3.5 本章小结
• 第4章 图像认证水印算法篡改检测性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 一般篡改下的篡改检测性能分析
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 实验验证
• 4.3 拼贴攻击下的篡改检测性能分析
• 4.3.1 理论分析
• 4.3.2 实验验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 抗JPEG压缩的彩色图像认证水印算法
• 5.1 引言
• 5.2 水印嵌入
• 5.3 篡改检测
• 5.4 实验仿真与分析
• 5.4.1 U、V分量保护测试
• 5.4.2 篡改检测性能
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目