基于最佳置乱的自适应图像数字水印算法

摘要

随着计算机网络技术与多媒体技术的迅速发展，多媒体数字产品越来越需要一种有效的版权保护方法。作为信息隐藏技术在计算机领域的一项重要应用，数字水印为保护多媒体信息的版权及信息的合法使用提供了一种新的解决思路。将水印嵌入到数字化媒体中，然后通过对水印的检测和提取来对数字产品的使用情况进行跟踪，从而实现隐藏传输、秘密存储、版权保护等功能。 本文以静止图像为研究对象，介绍了图像数字水印的基本原理和基本特征，分析了数字水印的典型算法及性能评估方法，阐述了小波变换理论及其在水印技术中的应用。通过对水印信息的选择、水印预处理方案的确定、小波基和分解级数的确定、水印嵌入位置的选取及人类视觉掩蔽特性的利用等几个重要问题的分析，为了解决水印鲁棒性和不可见性的矛盾问题，提出了基于最佳置乱的自适应数字水印算法。本文的主要研究内容和创新如下： (1)对水印信号的预处理技术进行了详细的分析和研究。在图像水印的置乱度量方面，目前多数水印系统采用的是像素位置移动的远近表明置乱程度的方法，这种方法单纯考虑像素的位置，忽略了像素值本身对视觉效果和像素分散程度的影响，具有很大的局限性。本文把利用图像局部块的像素值方差表明置乱程度的方案引入到水印系统中，并在此基础上提出了最佳置乱解决方案，为评价水印信号预处理的效果提供了一种新的解决思路。 (2)对小波域水印算法的嵌入方案进行了研究。利用人类视觉系统的掩蔽特性，综合考虑人眼对于局部亮度、纹理强度的敏感性，使水印嵌入强度可以根据人类视觉的掩蔽特性进行自适应调节，解决水印的鲁棒性和不可见性的矛盾。在衡量纹理强度方面，利用小波树结构设计了一种全新的简单有效的计算局部纹理强度的方法，达到了很好的效果。 (3)根据本文提出的基于最佳置乱的自适应图像数字水印算法，实现了一个完整的数字水印系统，并进行了大量的抗攻击性实验。实验结果表明，最佳置乱预处理使得图像在遭到部分破坏时，把错误比特尽可能的分散开，保证了水印的成功检测。嵌入的水印由于考虑到了视觉系统的掩蔽特性，较好的保证了水印的不可见性和嵌入水印后图像的质量，抗攻击实验表明了水印系统对一般的图像处理和攻击具有较强的鲁棒性。