數(shù)字水印的魯棒性評(píng)測(cè)建模和算法研究.pdf

1、數(shù)字水印的魯棒性是水印技術(shù)實(shí)用化的一個(gè)重要指標(biāo)。與加密技術(shù)不同，數(shù)字水印技術(shù)并不嚴(yán)格要求內(nèi)容無(wú)失真?zhèn)鬏?，只要人們?cè)谝曈X(jué)或聽(tīng)覺(jué)上感知無(wú)變化，允許內(nèi)容使用時(shí)和原始內(nèi)容存在一定程度的失真。這就要求隱藏在數(shù)字內(nèi)容中的水印信息在傳輸和處理后能幸存(被有效檢測(cè))，這種幸存能力稱(chēng)為數(shù)字水印的魯棒性。論文結(jié)合魯棒水印的研究需求，從理論和算法設(shè)計(jì)兩個(gè)方面開(kāi)展研究。
　　 理論上要設(shè)計(jì)符合魯棒性要求的水印算法必須首先確定魯棒性的描述方式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2、論文在這一領(lǐng)域的主要研究成果如下：
　　 (1)將數(shù)字水印看作一個(gè)通信過(guò)程，將參與水印系統(tǒng)的各方看作隨機(jī)統(tǒng)計(jì)量，以接收的數(shù)字內(nèi)容和水印信息之間的互信息為代價(jià)函數(shù)，建立水印系統(tǒng)魯棒性描述和度量的一般模型--互信息度量模型。該模型可作為一般水印系統(tǒng)魯棒性分析的框架。
　　 (2)論文在互信息度量模型框架下，按照數(shù)字水印透明性和魯棒性的要求，對(duì)具有典型代表意義的擴(kuò)頻水印和量化水印進(jìn)行性能分析。
　　 i.在擴(kuò)頻水印分析

3、中，從一般加性擴(kuò)頻方案和改進(jìn)的擴(kuò)頻方案兩個(gè)方面，分析推導(dǎo)了度量魯棒性的互信息函數(shù)求解方式，仿真計(jì)算了高斯噪聲和JPEG壓縮情景下魯棒性函數(shù)隨水印噪聲比或壓縮強(qiáng)度的變化關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)誤比特率來(lái)驗(yàn)證魯棒性評(píng)測(cè)結(jié)果的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明互信息函數(shù)評(píng)測(cè)的魯棒性能與實(shí)驗(yàn)誤碼率評(píng)估的結(jié)果很好地匹配，且水印噪聲比越大，互信息函數(shù)值越大，水印系統(tǒng)越魯棒，相應(yīng)的誤碼率越小。
　　 ii.針對(duì)量化水印范式，論文分析了量化索引調(diào)制(Qua

4、ntization IndexModulation：QIM)水印和失真補(bǔ)償量化索引調(diào)制(Distortion CompensatedQuantization Index Modulation：DC-QIM)水印之間性能差異，運(yùn)用互信息度量模型評(píng)測(cè)它們?cè)诓煌瑮l件下的魯棒性，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)該模型在高斯噪聲和均勻噪聲以及JPEG壓縮條件下的魯棒性估計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，互信息度量模型評(píng)測(cè)的魯棒性隨水印噪聲比增大而增大，且與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的誤碼率之間

5、是匹配的，兩者對(duì)水印系統(tǒng)可靠性的評(píng)測(cè)結(jié)果是一致的。
　　 (3)算法研究方面，在DCT域水印的嵌入策略分析中，以互信息度量模型對(duì)魯棒性評(píng)測(cè)結(jié)論為指導(dǎo)，確定水印嵌入位置的選擇方法，指出在兼顧透明性和魯棒性要求的前提下DCT域DC系數(shù)是一種較優(yōu)的嵌入位置。實(shí)驗(yàn)仿真表明，基于DC系數(shù)的水印方案和低頻、高頻AC系數(shù)相比，具有較好的魯棒性，且其PSNR或SNR是可接受的感知范圍。
　　 (4)論文以互信息度量模型對(duì)魯棒性的評(píng)測(cè)結(jié)論

6、為指導(dǎo)，結(jié)合獨(dú)立分量分析(Independent Component Analysis：ICA)方法提出一種 DCT域上的圖像水印算法。在算法實(shí)現(xiàn)時(shí)，以視覺(jué)掩蔽門(mén)限系數(shù)為參數(shù)調(diào)制水印的嵌入強(qiáng)度，以公開(kāi)傳播渠道獲取的公共參照?qǐng)D像，作為ICA算法的一個(gè)參考輸入，提取水印。在魯棒性測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，算法表現(xiàn)出較好的魯棒性。由于參與ICA運(yùn)算的公共參照?qǐng)D像由密鑰控制生成，無(wú)需作為隱秘參數(shù)，因此不占用水印系統(tǒng)的傳輸信道，從這個(gè)意義上認(rèn)為是個(gè)盲檢測(cè)的水印