數(shù)字圖像圖形可逆水印算法研究.pdf

1、傳統(tǒng)的數(shù)字水印技術從20世紀90年代提出以來得到了廣泛的研究，在諸如數(shù)字權利管理、多媒體內(nèi)容描述與認證、隱藏通信等一些領域也得到了較好應用。數(shù)字水印技術的初衷是為了解決版權保護問題，但隨著研究的進展和應用的明晰化，人們逐漸發(fā)現(xiàn)可以利用數(shù)字水印技術將元數(shù)據(jù)嵌入在媒體里以實現(xiàn)認證、媒體內(nèi)容檢索、權限管理和拷貝跟蹤等一系列更實用的功能?；谠獢?shù)據(jù)嵌入思想的水印認證技術利用了水印技術的優(yōu)點，將數(shù)字簽名和相關信息作為水印嵌在載體媒體中，實現(xiàn)對載體

2、媒體的原始性、真實性和完整性認證。這類水印認證技術的研究和應用在20世紀90年代中后期發(fā)展起來，采用的手段是脆弱或半脆弱水印技術。
　　但水印認證技術本身存在缺陷：由于水印數(shù)據(jù)的嵌入必然會給載體數(shù)據(jù)帶來誤差，使得傳統(tǒng)的脆弱和半脆弱水印技術對原始載體數(shù)據(jù)的精確認證在理論上不可行。為了解決這一問題，可逆數(shù)字水印技術在20世紀90年代末應時而生，通過數(shù)據(jù)可逆嵌入的方式實現(xiàn)了載體數(shù)據(jù)的可完全恢復性，從原理上保證了利用水印技術對原始載體數(shù)據(jù)

3、進行認證的精確性。與此同時，可逆數(shù)字水印能完全恢復原始載體數(shù)據(jù)的特性引起了許多研究人員，特別是醫(yī)學圖像處理人員和一些國家軍方的注意，數(shù)據(jù)嵌入的可逆性成為這些特殊場合的要求，而且所嵌入的信息也不再僅僅局限于數(shù)據(jù)量較小的認證信息。隨著研究的深入和應用的擴展，傳統(tǒng)可逆數(shù)字水印算法在數(shù)據(jù)容量上遭遇了挑戰(zhàn)，已經(jīng)遠遠不能滿足諸多應用對數(shù)據(jù)容量的要求。如何在保持載體圖像視覺質(zhì)量的情況下顯著提高水印嵌入的數(shù)據(jù)容量，成為近兩年來圖像可逆水印算法研究的主題

4、。另一方面，傳統(tǒng)圖像可逆水印算法全都針對自然圖像，而更具有商業(yè)和軍事保護價值、對精確度要求嚴格的二維矢量數(shù)據(jù)(如矢量地圖)則缺乏可逆水印的應用研究。此外，實際應用中大多數(shù)圖像都以有損壓縮格式存儲，但至今尚缺乏能對碼流進行精確認證的壓縮域可逆水印算法。
　　針對以上問題，本文在總結傳統(tǒng)圖像可逆數(shù)字水印算法的基礎上，重點研究了自然圖像可逆水印算法的性能改進、基于數(shù)值擴展原理的可逆水印算法的通用模型、二維矢量數(shù)據(jù)可逆水印算法和矢量量化壓

5、縮域可逆水印算法。鑒于全球范圍內(nèi)對圖像與圖形可逆水印的研究剛剛興起，在理論、算法設計、應用框架設計和性能評估等方面存在諸多不成熟之處，本文在提升可逆數(shù)字水印算法性能，構建通用性算法框架及其優(yōu)化，擴展應用對象等方面做了一些嘗試。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　針對現(xiàn)有圖像可逆數(shù)字水印算法嵌入量上的局限，提出了數(shù)種整數(shù)變換域數(shù)值擴展算法。這些算法利用整數(shù)變換域系數(shù)能量集中分布的特性，提升了可逆數(shù)字水印算法的數(shù)據(jù)容量，降低了嵌入失真。另一

6、方面，利用變換域系數(shù)預測技術去除系數(shù)間的冗余，使得在同等數(shù)據(jù)容量條件下，嵌入失真得到進一步降低，可逆數(shù)字水印的性能(數(shù)據(jù)容量/失真度之比)得到提高。另外，本文將空間直方圖移位方法應用到了整數(shù)小波域，提高了算法性能。
　　在現(xiàn)有的數(shù)值擴展技術和直方圖移位技術的基礎上，提出了可逆數(shù)字水印算法的直方圖擴展通用模型，將一些經(jīng)典可逆水印算法在直方圖擴展模式上給出了統(tǒng)一解釋，并可根據(jù)此模型找出適合給定直方圖的最優(yōu)擴展模式。給出了基于直方圖擴展

7、技術的圖像可逆水印算法的全局框架，指明了性能改進的各個可能的方面。
　　針對整數(shù)離散余弦變換的系數(shù)修改引起的空間域數(shù)值誤差估計的問題，利用浮點數(shù)離散余弦變換作為橋梁，提出并設計了整數(shù)離散余弦變換系數(shù)經(jīng)修改引起的像素值誤差的估計方法，其方法框架同樣適用于其它具有非線性特性的整數(shù)變換，如整數(shù)小波變換。此方法較好地解決了整數(shù)變換域系數(shù)修改對空間域數(shù)據(jù)影響的估計問題，使數(shù)值溢出問題的解決有了量化基礎。
　　將可逆水印的應用對象擴展到