基于非下采样剪切波变换的数字水印算法研究

摘要

随着计算机网络的迅速发展，多媒体文件在传输过程中存在着严重的安全问题。数字水印作为多媒体文件版权保护的重要手段之一，被广泛地应用于版权保护应用中。多尺度几何分析的提出，能够最优的对图像甚至更高维信号进行表示。而剪切波作为最新被构造出来的多尺度几何分析工具，具有更稀疏的表达能力与更强的方向敏感性。非下采样剪切波变换舍弃了标准剪切波变换过程中的下采样操作，克服了变换后频谱混叠现象，提高了它的方向性。
　　本文在深入研究剪切波理论的基础上，把非下采样剪切波变换应用于数字水印领域，利用其对方向的敏感性、对图像最稀疏的表达能力等优良特性，能够实现水印性能的进一步提高。图像经过非下采样剪切波变换分解，在选取最有意义的方向子带图像作为水印的嵌入位置后，结合以下两种高效算法实现水印的嵌入。并将水印技术应用在电子证件的真伪识别中。主要研究工作如下：
　　结合非下采样剪切波变换与奇异值分解提出一种非盲水印算法。图像经剪切波变换之后被分解为低频近似子图与高频细节子图。实验选取最大能量的方向细节子带图像作为水印的嵌入子带，利用奇异值分解把置乱加密后的水印图像信息加到子带图像奇异值矩阵中，实现了水印的嵌入。给图像添加小小的扰动，奇异值的大小基本不变。这种稳定性有利于水印性能的提高。对嵌入水印的图像进行不同形式的图像攻击后提取出水印，用以证明水印对外界攻击的抵抗能力。
　　基于非下采样剪切波变换与主成分分析提出一种图像零水印算法。图像经剪切波变换，在确定水印嵌入子带后，利用主成分分析对子带图像进行降维处理，获取到图像的重要特征信息。利用这些重要特征，结合原始水印信息构造出零水印，实现对水印的加密。零水印技术并不是实现真正意义的嵌入，所以对图像质量并没有任何的损害，是一种不对原图像数据进行修改的的数字水印技术。可以利用图像的重要特征来构造水印信息，而不是修改图像的这些特征。此外，图像经主成分变换后获取到的主要特征信息既包含了图像的低频分量，也存在着纹理、边缘等高频细节信息，可以有效的抵抗不同形式的图像攻击。
　　在本文提出的高效算法中，水印的嵌入并没有使得原始图像失真，表明水印具有很好的不可见性。实验中对含水印图像进行了不同形式的图像攻击后，水印能够很好的被提取出来，表现出很强的鲁棒性。非下采样剪切波对图像的最优逼近及对图像方向敏感特性等优良特性与水印的结合使得本文提出的两种算法能够真正实现水印不可见性与鲁棒性的有效统一。
　　对数字水印技术在电子证书真伪辨别中的应用进行了研究分析。为了提高电子证书防伪性能，将个人信息生成QR条码，作为水印嵌入到证件中，并通过提出的高效算法进行应用。通过实验，验证了算法的高效鲁棒性，QR码能够很好的提取，并且能够成功译码。达到了电子证书防伪辨别的目的，论证了在实际应用中的实用性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 论文组织结构

第二章 水印基础理论与剪切波变换

2.1 概述

2.2 水印基础理论

2.3 多尺度几何分析

2.4 剪切波变换研究分析

2.5 本章总结

第三章 基于奇异值分解的非下采样剪切波水印算法

3.1 概述

3.2 奇异值分解

3.3 基于NSST和SVD的水印算法

3.4 水印算法性能比较

3.5 本章总结

第四章 基于主成分分析的非下采样剪切波零水印算法

4.1 概述

4.2 主成分分析理论

4.3 基于NSST与PCA的零水印算法

4.4 本章总结

第五章 数字水印在电子证书真伪辨别中的应用研究

5.1 概述

5.2 QR码理论

5.3 水印的嵌入过程

5.4 水印提取过程及译码

5.5 实验性能测试

5.6 本章总结

第六章 工作总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果