基于特征点和信道编码的双通道信息隐藏算法研究

摘要

该文以特征点和信道编码为基础,引入双通道通信概念,提出了抗几何变形攻击的信息隐藏体制.彩色图像的颜色空间(如RGB,YUV等)被划分为2个独立信道:一个信道称为主信道,嵌入主隐藏信息;另一个信道称为同步信道,嵌入同步信息.同步信道由一组三角形区域构成,这些三角形区域由三角形区域检测器得到,三角形区域检测器利用Harris特征检测得到一组特征点,这些特征点基于图像内容,具有一定的抗几何攻击鲁棒性,随后Delaunay三角剖分基于这些特征点将图像划分为一系列三角网格.各个三角形嵌入同步信息(长度为20bits)是各个三角形的中心坐标.主信道的嵌入区域是整个图像.我们针对的几何攻击是全局几何形变并可以用6参数仿射变换描述,在提取过程中可以通过提取同步信息,结合当前三角形中心坐标,利用K-means算法和最小二乘法(LSM)估计全局形变6参数,并恢复几何形变,从而保证主信道在几何形变攻击后的信道可还原性.两个信道内都采用了流行的空域水印嵌入算法,即基于人类视觉行通模型(HVS)的扩频空域水印算法,同时,为了提高信息隐藏的系统性能,我们结合了信道编码,通过对信道编码的理论研究和实际试验,我们为2个不同的信道选择了不同的信道编码,主信道采用Turbo码,并实现多次迭代的最大后验概率译码算法(MAP),同步信道采用卷积码,并实现Viterbi译码和软判决相结合的译码算法.这2种编码都很大程度上降低了2个信道内译码的误码率(BER).无需原始图像就可以实现几何形变估计和信息提取,即实现了盲提取.我们采用Stirmark4.0水印攻击软件对我们所提出的算法进行各种几何攻击,实验证明:基于特征点和信道编码的双通道信息隐藏算法的对平移、旋转、缩放、剪切、行列删除等几何攻击具有很强的鲁棒性.我们的算法特别适用于含特征信息的MPEG4视频抗几何攻击信息隐藏系统.最后,我们结合信息隐藏发展对该文算法进行总结,并提出了信息隐藏研究的进一步方向.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

§1.1背景介绍

§1.2本文结构

第二章信息隐藏的抗几何攻击原理

§2.1几何不变域(Geometric-Invariant domain)

§2.2图像正规化(Normalization)

§2.3特征点提取(Feature Points Extraction)

§2.4本文主要思想

§2.4.1同步信息信道

§2.4.2主信息信道

第三章嵌入区域检测器(Embedding Region Detector)

§3.1特征点检测

§3.1.1 Harris检测器

§3.1.2对Harris检测器的改进

§3.2三角剖分

§3.3嵌入区域检测器的改进

第四章信道编码及其应用

§4.1卷积码

§4.1.1卷积码编码过程

§4.1.2 Viterbi软决策译码

§4.1.3软判决VB译码

§4.1.4软判决VB译码的实现

§4.2 Turbo码

§4.2.1 Turbo码编码器的组成

§4.2.2分量码的最大后验概率译码(MAP算法)

§4.2.3 Turbo码的实现

第五章信息隐藏体制的实现

§5.1同步信息

§5.2几何形变参数估计

§5.3三角形正规化及其逆过程

§5.4扩频通信技术

§5.5人类视觉系统模型(HVS)

§5.6嵌入过程

§5.6.1同步信息嵌入过程

§5.6.2主信息嵌入过程

§5.7信息提取过程

第六章实验结果及分析

§6.1仿射变换攻击

§6.2缩放攻击

§6.3行列删除攻击

§6.4旋转攻击

§6.5剪切攻击

第七章结论

参考文献

致谢

附录

硕士研究生阶段参加项目及论文情况

论文独创性声明及论文使用授权声明