數字圖像變換域魯棒性水印算法研究.pdf

1、近年來，隨著多媒體技術和網絡通訊技術的發(fā)展，各種數字媒體作品（如圖像、視頻、聲音等）的使用和傳播日益增長。數字媒體可以通過網絡途徑向外發(fā)布或者下載，這給人們的生活和工作帶來了極大的便利。然而，由于數字媒體很容易被復制、修改和傳輸，有些人在不經過作者的同意的情況下，通過簡單途徑就可以就將他人的作品進行進行復制和修改，然后用于自身的商業(yè)活動。這給原創(chuàng)者的自身利益帶來巨大的損失。所以數字媒體的知識產權保護問題越來越受人們的關注，數字媒體認證問

2、題也日益突出。數字水印作為保護多媒體作品版權的有效途徑，已成為信息安全領域的研究熱點。數字水印技術將多媒體作品的版權信息或者來源信息作為水印隱藏于數字載體中。盡管數字載體受到一定的水印攻擊，人們還是可以從受保護的載體中提取出水印信息來進行數字媒體作品的版權歸屬、認證等。
　　本文主要針對數字圖像，研究其變換的魯棒水印算法。主要研究了分數階Krawtchouk變換、三元數Fourier變換、分數階Bessel-Fourier矩和奇異

3、值分解這幾類變換，然后根據每種變換的特征，設計了各類合適的變換域水印算法。分析了水印的不可見性，魯棒性等特點。主要工作及貢獻如下:
　　(1)提出了一種基于分數階Krawtchouk變換的水印算法
　　首先，基于特征值分解的分數階變換構造方法，我們將傳統(tǒng)的Krawtchouk變換推廣到了分數階，從理論上給出了Krawtchouk變換矩陣的特征值并證明了其特征值的重數，并且推導了一組與特征值相對應的標準正交的特征向量;然后，設

4、計了分數階Krawtchouk變換域的魯棒水印嵌入和提取算法，由于傳統(tǒng)的Krawtchouk變換是分數階Krawtchouk變換的一個特例，通過調節(jié)不同的分數階階數，可以得到不同的分數階變換系數，所以分數階變換具有更多的適用性;最后，驗證了水印算法的水印不可見性及常見的信號攻擊下的魯棒性，并分析了不同分數階數下的Krawtchouk變換對水印魯棒性的影響。實驗結果表明，與傳統(tǒng)的Krawthcouk變換相比，分數階Krawtchouk變換

5、域的水印算法在合適的分數階數選取后，會有較好的水印魯棒性及不可見性;此外，通過與常見的其他變換域（如DCT，DWT等）水印算法相比，文中算法的魯棒性也較高。
　　(2)提出了一種基于奇異值分解和視覺加密的彩色圖像零水印算法
　　首先，構造了彩色圖像的一組魯棒的特征。由于圖像小波變換的低頻系數對圖像噪聲和壓縮比較魯棒，所以我們選取了彩色圖像小波變換后的低頻系數作為構造基礎。在對小波系數進行分塊后，將每個彩色圖像塊轉化為一個二維

6、矩陣。接下來對該每塊生成的二維矩陣進行奇異值分解，選取其第一個奇異值作為圖像魯棒的特征，并將其二值化。然后結合視覺加密算法，把圖像二值化后的特征作為水印的一個分享份，再結合水印生成第二個分享份，可以將第二個分享份存儲于認證機構用于圖像認證。最后通過與已有的零水印算法相比，文中算法具有較高的魯棒性。
　　(3)提出了一種基于離散三元數Fourier變換的彩色圖像水印算法
　　首先，基于已有的三元數Fourier變換，我們對其定

7、義中的單位三元數進行擴展，給出了更一般形式，并應用于離散三元數Fourier變換的定義中，給出了相應的離散三元數Fourier逆變換，并推導了通過傳統(tǒng)Fourier變換及其逆變換的快速算法來計算離散三元數Fourier變換及其逆變換的表達式;然后，設計了離散三元數Fourier變換域的彩色圖像水印算法。該算法將彩色圖像分塊處理后對每塊進行離散三元數Fourier變換，將水印比特嵌入到每塊的變換系數，然后反變換得到水印后的圖像;最后我們通

8、過實驗驗證了文中彩色圖像水印算法的魯棒性、水印不可見性，并且分析了所提算法的水印容量。通過與傳統(tǒng)的基于四元數Fourier變換的水印算法相比較，文中的算法具有較高的魯棒性及嵌入容量，并且不存在基于四元數Fourier變換水印算法中存在的能量損失的問題。
　　(4)提出了一種基于分數階Bessel-Fourier矩的抗圖像幾何攻擊的魯棒水印算法
　　首先，將傳統(tǒng)的Bessel-Fourier矩的徑向基函數擴展到分數階，提出了分

9、數階Bessel-Fourier矩，并給出了其旋轉不變量、縮放不變量;然后，利用旋轉不變量和縮放不變量，構造了能夠抵抗圖像幾何攻擊（旋轉、縮放）的圖像水印算法;最后通過實驗證實了水印算法對圖像旋轉、縮放、旋轉和縮放幾何攻擊的魯棒性，并且驗證了圖像幾何攻擊與幾類常見信號攻擊（如濾波、噪聲）組合下的魯棒性。由于分數階Bessel-Fourier矩比傳統(tǒng)的Bessel-Fourier矩具有一個多的可調節(jié)的自由度，通過調節(jié)改參數，可得到水印的魯