基于指纹的打印票证数字水印系统的设计与实现

摘要

随着互联网技术和多媒体技术的飞速发展，给数字产品的传播和使用带来了极大的便利，同时也使得非法占有、编辑未授权产品的侵权行为变得越来越容易。经过几十年的发展，图像数字水印技术已经开始在数字版权保护、拷贝控制等领域由理论逐渐走向应用。作为打印服务行业，打印票证的Logo、电子印章和背景图像是票证的重要凭证，对打印票证的重要凭证进行版权保护有重要的应用价值。
　　本文首先阐述了课题的研究背景和意义，并介绍了数字水印的基本知识、国内外研究现状，然后在比较分析了经典数字水印算法的基础上，提出了一种基于图像NSCT-SVD域的数字水印算法和一种基于自适应差分进化的数字水印算法，最后设计并实现了一个基于指纹水印的打印票证数字水印系统，具有较强的应用性。本文的主要工作如下:
　　(1)针对目前大多数数字水印算法对旋转、缩放、平移等简单几何攻击的鲁棒性较差的问题，结合NSCT分解的优点，设计出了一种基于图像NSCT-SVD域的数字水印算法。该算法首先对原始图像作二级NSCT分解，取分解之后的低频子带部分，同原始水印一起作SVD分解，分别取其奇异值，通过一个缩放矩阵和原始水印的奇异值相乘并叠加到原始图像的奇异值中来达到嵌入水印的目的，最后通过逆变换得到含有水印的图像。对含水印图像作多种攻击测试，从实验结果可以得知，所提算法和同类算法相比可以嵌入更多水印信息而不影响透明性;同时对几何攻击有较好的鲁棒性。
　　(2)目前大多数数字水印算法的设计对个别攻击有较好的鲁棒性，但面临其他攻击时表现一般。对此，本文结合进化算法的思想，采用国内文献较少提及的差分进化算法，对已经嵌入水印的图像进行优化，以求在面临大多数攻击时都有较好的鲁棒性。水印的嵌入过程使用文中提出的改进算法，得到含水印图像，使用多攻击方式进行攻击，并分别提取水印信息;并利用这些信息作为第一代种群使用差分进化算法进行优化。实验结果表明，优化后的含水印图像对大多数的攻击鲁棒性均有了一定程度的提高。
　　(3)针对打印票证版权保护应用特性，采用面向对象和软件设计的思想，设计并实现了一个基于指纹的打印票证的数字水印系统。系统具有文件存储、数字水印嵌入和提取、水印认证等功能;系统人机交互界面友好，可应用于打印票证的图像版权保护认证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的主要研究工作

1．4 本论文各章节安排

第2章 数字水印技术概况与相关工作

2．1 数字水印的分类

2．2 数字水印系统的基本框架

2．3 数字水印的攻击方法

2．3．1 消除性攻击

2．3．2 几何攻击

2．3．3 混淆攻击或IBM攻击

2．4 数字水印技术的评判标准

2．5 经典数字水印算法分析

2．5．1 空间域算法

2．5．2 变换域算法

2．5．3 优化类水印算法

2．5．4 其他水印算法

2．6 数字水印的典型应用

2．7 本章小结

第3章 基于NSCT-SVD的数字水印算法

3．1 概述

3．2 非采样轮廓波变换(NSCT)

3．2．1 NSCT变换构成分析

3．2．2 NSCT分解结果分析

3．3 奇异值分解(SVD)

3．4 水印嵌入过程

3．5 水印提取过程

3．6 实验结果与分析

3．6．1 实验结果图像显示

3．6．2 算法透明性分析

3．6．3 算法鲁棒性分析

3．7 本章小结

第4章 基于自适应差分进化的数字水印算法

4．1 概述

4．2 差分进化算法(DE)

4．3 自适应差分进化算法(SDE)

4．4 基于SDE数字水印算法

4．5 实验结果与分析

4．5．1 透明性分析

4．5．2 鲁棒性分析

4．6 本章小结

第5章 基于指纹的打印票证水印系统的实现

5．1 需求分析

5．1．1 应用背景分析

5．1．2 用户与业务需求

5．1．3 功能需求

5．2 系统总体功能设计

5．3 详细设计

5．3．1 彩色图像水印嵌入

5．4 系统实现

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文