基于TURBO码的鲁棒数字水印算法研究

摘要

Turbo码优异的纠错性能在通信界得到普遍认同，而数字水印系统从原理上可等效为通信系统。Turbo码的核心思想在于循环迭代的译码结构，而不是编码方式或者具体采用的译码算法。 本文简述了当前基于Turbo码的数字水印技术的研究状况，以及当前水印技术所面临的问题和今后的发展方向。分析Turbo码与其它信道编码方式的本质区别，归纳Turbo码的核心思想，说明Turbo均衡技术中的应用。 Turbo码在低信噪比时具有优异的纠错性能，它已经成为通信研究的前沿。针对在图像中嵌入大容量水印难度大的问题，提出把Turbo码应用到数字水印系统中，用来提高水印系统的鲁棒性，在算法中采用标志位信息的增强方式，提取秘密信息；采用Turbo码译码方法，以恢复原始的水印。实验结果表明，特别是在高斯噪声影响下，改进后的方案明显优于原方案。从水印嵌入方式的选择、水印基本模型、水印算法基本思想出发，设计并实现了一种新的基于TURBO码的鲁棒性数字水印算法以及具体的程序实现。 针对LeeJun等人提出的利用Turbo码图像水印方案，分析了该方案存在的缺点，并在三个方面进行改进：其一，修改图像DCT系数，规定在中频域范围；其二，采用标记修改系数位置的方法；最后，采用将DCT系数加上或者减去一个常数的修改方法。实验表明，在相同的攻击条件下，改进方案的检测错误率低于原方案的检测错误率。 从TURBO码的编码特征入手，指出了TURBO数字水印技术的研究有很大的难度，然后对鲁棒性数字水印的基本理论进行了分析。鲁棒水印的相关概念与理论的研究为鲁棒性TURBO码数字水印的设计与实现奠定了基础，提供了一定的理论依据。

目录

文摘

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论文说明：插图索引、附表索引

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第一章数字水印概述

1.1数字水印技术产生的背景

1.2数字水印的基本概念及其性质

1.3数字水印的分类及其应用

1.4数字图像水印的典型算法

1.5基于Turbo码的数字水印研究现状

1.6当前水印所面临的问题及其发展方向

1.7本论文的结构

第二章Turbo码原理及其应用

2.1 Turbo码原理

2.1.1 Turbo码出现的背景

2.1.2 Turbo码编码原理

2.1.3 Turbo码译码原理

2.2 Turbo均衡原理

2.2.1发送信道的数学描述

2.2.2 Turbo均衡原理

2.3小结

第三章一种利用Turbo码鲁棒图像水印

3.1改进前的Turbo码水印信息提取方案

3.1.1水印嵌入

3.1.2水印检测

3.2改进的水印信息提取方案

3.2.1水印嵌入方案的改进

3.2.2水印LOGO提取

3.3实验结果

3.4小结

第四章鲁棒性数字水印理论研究

4.1 TURBO码的编码特征

4.2鲁棒性

4.2.1鲁棒水印基本概念

4.2.2影响水印鲁棒性的主要因素

4.3处理方法

4.3.1实现方法

4.3.2冗余嵌入

4.3.3将水印嵌入到特殊系数中

4.3.4使水印具有鲁棒性的一般途径

4.3.5解决鲁棒性问题的几个主要方法

4.4小结

第五章基于Turbo码数字水印算法设计与实现

5.1 TURBO码编码表

5.2基于TURBO码数字水印的嵌入算法

5.2.1嵌入算法

5.2.2嵌入水印后图像及检测

5.3基于TURBO码数字水印的提取算法

5.4鲁棒性分析

5.5小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A递归函数αn(m)和βn(m)的数学推导

附录B作者攻读硕士学位期间发表的论文

附录C攻读学位期间所参与的研究项目