基于半脆弱水印的数字作品完整性认证算法研究

摘要

近年来，数字媒体的应用越来越广泛，影响着人们生活的各个方面。但是软件技术的发展使得任何人都可以方便地对数字媒体进行篡改，而使其可靠性怀疑。在这种背景下，可以检测数字作品是否受到恶意篡改的认证数字水印得到了人们的青睐，成为近年来的研究热点。
　　 在深入研究数字水印相关理论与技术的基础上，提出了基于半脆弱水印的具有高篡改定位能力的图像认证算法。通过对小波分解系数进行伪随机置换，使算法的恶意篡改定位能力得到了提高。该算法中水印序列的每一位均用来监控宿主图像的随机位置，这不仅提高了算法的篡改定位能力，也降低了水印的有效载荷；同时水印信号嵌入在小波域中，可抵御基于图像块的局部攻击。理论分析和实验结果均表明该算法的性能优于传统的图像验证算法。
　　 在分析了图像哈希和加密哈希的区别后，提出了一种新颖的计算图像哈希算法；在水印嵌入过程中，运用JPEG压缩不变量属性，通过将宿主图像的子图像的哈希值嵌入到另外的两个子图像中，形成了一个双向链式结构，提高了篡改定位的准确度；通过计算嵌入的哈希值与提取的哈希值之间的汉明距离，可获得较好地恶意篡改检测与定位能力。
　　 在系统分析了人类视觉系统(HVS)的特性之后，提出了一种基于HVS和DWT的半脆弱水印算法。该算法充分利用HVS的特性。在嵌入水印之前，首先对水印图像进行了Arnold置乱变换；再分别对宿主图像和宿主图像的HVS掩蔽图像进行DWT变换，然后根据水印序列来修正原始图像的小波系数，完成水印的嵌入。该算法能够自动判别含水印图片是否受到恶意攻击。实验结果表明，该算法对常用图片处理方法有非常好的鲁棒性，同时具有较好的恶意攻击检测与定位能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的目的与意义

1.3相关领域国内外研究现状

1.4本文的主要工作

第2章一种具有高篡改定位能力的图像验证算法

2.1数字水印相关理论研究

2.1.1数字水印的基本原理

2.1.2数字水印的评价标准

2.2算法设计

2.2.1小波系数随机置换

2.2.2水印信号嵌入

2.2.3水印信号提取

2.2.4图像验证过程

2.3算法性能分析

2.3.1含水印图像质量分析

2.3.2算法恶意篡改定位能力分析

2.4实验结果与分析

2.5本章小结

第3章基于图像哈希的半脆弱水印算法

3.1算法相关理论研究

3.1.1非负矩阵分解

3.1.2离散余弦变换

3.2算法设计

3.2.1加密哈希与图像哈希

3.2.2图像哈希的计算方法

3.2.3水印嵌入过程

3.2.4水印提取及图像验证过程

3.3实验结果及分析

3.4本章小结

第4章基于HVS和DWT的半脆弱水印算法

4.1算法相关理论研究

4.1.1 Arnold变换

4.1.2人类视觉系统

4.2算法设计

4.2.1水印产生

4.2.2水印嵌入过程

4.2.3水印提取过程

4.2.4算法篡改定位分析

4.3实验结果与分析

4.3.1水印的隐蔽性

4.3.2鲁棒性

4.3.3攻击类型的辨别

4.3.4恶意篡改定位

4.4本章小结

第5章总结与展望

5.1全文工作总结

5.2下一步工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的论文和参与的项目