圖像與圖形數(shù)字水印技術研究.pdf

1、伴隨著網絡技術和多媒體技術的飛速發(fā)展，數(shù)字水印被廣泛地應用于版權保護，數(shù)據(jù)跟蹤與監(jiān)視，多媒體認證等方面。針對不同的應用目的，學者們提出了不同的解決方案及水印算法。本文從數(shù)字水印的實際應用出發(fā)，圍繞著數(shù)字水印技術在多媒體認證、數(shù)字地圖和三維模型版權保護三個方面實際應用中需要解決的問題，并對以上三個方面研究現(xiàn)狀進行系統(tǒng)分析與論述的基礎上，展開了深入的研究與探討，提出了如下一些新的水印算法和解決方案： 關于半脆弱水印算法及其在

2、多媒體信息認證方面的應用，本文工作如下： (1)通過分析MHB算法，發(fā)現(xiàn)MHB算法中不僅認證碼的生成部分和嵌入部分完全分離，而且嵌入過程按比特位獨立進行，各比特的嵌入互不相關，因而攻擊者可以改變一個嵌入塊不會影響其它的嵌入塊，且嵌入部分的改變不影響認證結果。為此，本文對MHB算法進行改進，構造一種互相關策略，不僅使得認證碼生成塊與嵌入塊之間互相關，而且嵌入塊與嵌入塊之間也是互相關的，實現(xiàn)了一種安全的子塊相關半脆弱數(shù)字水印

3、算法。理論證明顯示改進的算法明顯提高了篡改攻擊的安全性，且實驗結果表明在質量因子Q≥50的JPEG壓縮下算法是魯棒的，對其它惡意攻擊具有敏感性。 (2)針對數(shù)字簽名在多媒體信息認證方面存在簽名容易被刪除，有損壓縮極易導致簽名失效等缺陷，提出將半脆弱水印用于多媒體信息完整性與真實性認證的方案。構建了一個集成加密、信息隱藏和半脆弱水印技術的網絡安全交易模型，系統(tǒng)地闡述了模型的組成、認證過程，分析并形式化證明了模型的安全性。同

4、時，探討了將模型應用于電子商務信息安全交易的可行性。 關于數(shù)字地圖版權保護方面的應用，本文工作如下： (1)基于數(shù)字柵格地圖特有的著色機制和亮度統(tǒng)計特性，實驗分析表明可以在地圖的直流分量中嵌入比一般自然圖像更強的水印信號。據(jù)此本文提出分別在離散余弦變換的直流分量和高頻分量中重復嵌入有意義的水印信息，有效地解決了直流分量中嵌入水印抗噪聲性能差，高頻分量中嵌入水印抗幾何攻擊能力弱的問題。并依據(jù)地圖固有特性尋找

5、特征點，在提取前對水印地圖做基于幾何特征的校準預處理，從而全面提高柵格地圖水印抗綜合攻擊性能。 (2)分析并利用了遙感圖像紋理特征和小波分解后的頻域統(tǒng)計特性，提出首先將大幅面的遙感圖像劃分成合適的大小，再對各子塊圖像作基于雙正交7／5小波分解，采用一定策略將二值水印圖像嵌入到除低頻子帶外的其余子帶中，并實現(xiàn)盲檢測。同時在嵌入過程中，通過對雙正交9／7小波視覺模型的擴展，構造了基于視覺系統(tǒng)7/5小波域量化噪聲的視覺權重分析方法

6、，使得水印嵌入強度能夠自適應于遙感圖像子塊。此外，采用求解方程組來求得Arnold反變換算法，避免了反復進行水印置亂處理的巨大計算代價。 (3)通過對MQUAD算法的深入分析，找出引起MQUAD算法錯誤的關鍵因素，并分別對其進行修正和擴展。提出在道路、河流等為代表的長折線層中直接嵌入水印信息，而在其余地物層采用改進的MQUAD算法嵌入水印信息。具體嵌入時不僅對縱橫坐標同時嵌入水印，而且引入縱橫坐標值位移的差值門限和位移量的門限，

7、實現(xiàn)矢量地圖的雙重擴頻嵌入。實驗結果表明提出的雙重嵌入算法明顯提高了算法抗變形、噪聲及各種剪切攻擊性能。 (4)利用B樣條曲線良好的持續(xù)逼近性，提出以非均勻三次B樣條曲線擬合等高線。基于B樣條曲線的仿射不變性，根據(jù)等高線圖的比例尺對坐標點序列作適當?shù)姆糯笳{整后，直接采用等高線圖坐標點序列作為節(jié)點矢量，反算擬合三次B樣條曲線的控制頂點，并以縱橫坐標構造相應的復數(shù)序列。采用離散小波變換將序列分解，根據(jù)隨機水印序列與模值特征系數(shù)的關系

8、嵌入水印信號，并實現(xiàn)了水印的盲檢測。 關于三維網格模型水印算法，本文的工作如下： 基于Nielson仿射不變量，本文提出了一種新的三維網格模型盲水印算法。該算法首先計算模型網格頂點集的Nielson仿射不變量，接著采用K一平均聚類算法對不變量分組，以組為單位，分別應用QIM嵌入策略重復將水印信息調制到不變量序列，求解Nielson仿射不變量約束優(yōu)化方程組，反算得嵌入水印后的網格頂點。水印提取過程只需計算水印網格模

9、型頂點的Nielson仿射不變量，在分組后應用嵌入的逆過程即可得到水印序列。此外，由于算法過程無需頂點的拓撲連接關系信息，本文算法適用于具有頂點信息的任意幾何模型。 綜上所述，本文對半脆弱水印及其應用、數(shù)字地圖水印和三維網格模型水印的研究現(xiàn)狀及算法實現(xiàn)進行了系統(tǒng)的分析和深入的研究，取得了一系列研究成果。本文的研究工作豐富和完善了數(shù)字水印技術，對多媒體信息的版權保護發(fā)展起到了積極的推動作用，尤其是數(shù)字地圖水印的開拓性研究將進一步推