基于精细认证和迭代补偿机制的数字图像认证与恢复算法

摘要

多媒体技术的飞速发展和功能强大的多媒体处理工具给我们的生活带来了很大的便利，但是同时也带来了信息安全的问题。目前，非法的篡改已经引起了严重的危害。传统的信息加密方法已满足不了现实的要求，所以迫切的需要一种新的技术手段解决多媒体信息安全的问题。数字水印技术就是在这样的背景下应运而生的，为解决多媒体信息安全的问题提供了一种新的思路，已经成为一个新的研究热点。保护数字图像的完整性与真实性是保护多媒体信息安全的一个重要方面。
　　本论文的第一个研究工作是，提出了一种精细定位的数字图像认证与恢复算法。在该算法中认证过程包括基本认证和精细认证两个过程。基本认证可以定位出包含篡改像素的所有图像块，而精细认证可以将包含在已做篡改标记的图像块中的一些真实的像素认证出来，最后融合两次认证的结果，并根据连通的篡改区域所包含的像素个数的多少对融合的结果进行优化，得到篡改定位精度较高的定位结果。通过对每个图像块块进行DCT变换，然后对其重要的DCT系数进行量化编码得到恢复水印，并将其嵌入到匹配块中。在恢复过程中，根据篡改检测与定位的结果，当包含有篡改像素的图像块的匹配块是一个真实的图像块时，就可以利用嵌入到其中的恢复信息对篡改的像素进行恢复；否则图像块中被篡改的像素不能被恢复。仿真实验结果表明该算法不仅能提高图像篡改定位的精度，而且可以近似地恢复发生篡改的像素。
　　本论文的另一个研究工作是针对匹配块技术恢复算法的不足，在精细认证算法的基础上进行的，本文提出了一种基于迭代补偿机制的恢复水印算法。该算法根据两个不同的密钥，对图像所有像素的高5位信息组成的信息序列进行置乱，得到两组不同的信息序列，然后分别对这两组信息进行分组、矩阵运算，得到恢复水印，并将恢复信息进行再次置乱，分散地嵌入到整幅图像中。算法的篡改检测与定位过程与精细定位算法中的过程相同，而恢复过程使用迭代补偿机制对篡改像素进行恢复。实验结果表明，该算法可以增加篡改信息恢复的概率，提高图像恢复的性能。