基于小波变换的数字图像自恢复水印算法的研究

摘要

随着现代科学技术的飞速发展、信息资源的极大丰富，增强了人类信息处理的能力，人类由此步入了数字化时代。多媒体信息的交流丰富了人们日常生活，但同时不可避免地出现多媒体信息被非法传播、篡改、伪造等问题。多媒体信息安全问题已成为当前人们关注的焦点。多媒体认证技术是确保多媒体信息安全的有效手段。多媒体安全技术的设计通常有两个基本工具：数字签名和数字水印。本文主要研究采用数字水印技术进行图像的篡改认证和恢复。
　　 本文首先对数字水印技术基本知识作了较深入的介绍和研究，包括数字水印技术的原理、基本特性、算法及常见的攻击方式等。并对小波理论基础知识及小波变换在图像处理中的应用进行了简单的叙述。然后介绍了利用数字水印技术保护和验证数字图像完整性即图像内容认证的基本要求和基本理论，着重分析了认证水印的脆弱数字水印和半脆弱数字水印，按空间域和变换域分类的各种算法比较了它们的优缺点，总结了认证水印有可能受到的攻击行为，并讨论了水印认证算法设计过程中需要考虑的几个关键问题。
　　 在对现有水印认证算法分析研究的基础上，本文构造了一种基于离散小波变换的半脆弱水印认证算法。利用小波系数之间的相关性作为图像特征水印，利用小波系数块均值量化来嵌入，在鲁棒性和脆弱性方面达到很好的平衡。该算法能够识别图像的恶意篡改，并定位篡改发生区域，而对通常的图像处理具有一定的鲁棒性，
　　 构造了基于嵌入式小波编码的图像自恢复脆弱水印算法，它利用零树结构对自身图像分块进行压缩编码，得到自相关的水印数据，并大大减少嵌入水印的数据量。而对水印的编码块进行置乱后再嵌入水印数据，有利于增强恢复功能。水印嵌入到图像灰度位平面编码的低两位，使嵌入水印图像达到了良好的视觉效果。该算法既能对篡改图像的恶意操作具有很强的识别能力，又可以恢复出被篡改位置的真实图像内容，而且算法是真正的盲检测。