基于块分类编码的自嵌入水印算法研究

摘要

随着社会信息化的不断推进，加快了电子文件逐步取代纸质文件的进程。相较于传统的纸质发票来说，电子发票无需纸张印制，能够降低电子发票的成本，电子发票在保存、查阅时更加方便，有利于减少纸质发票的资源浪费现象，然而越来越多的不法分子通过篡改电子发票达到某种非法目的。本文通过运用数字水印技术设计了一种基于块分类编码的自嵌入水印算法，能够实现对电子发票图像的真实性认证检测以及对篡改内容的恢复，同时针对自然图像提出了一种基于块分类编码和SPIHT压缩的自嵌入水印算法。
　　论文首先介绍了研究背景与意义，对数字水印技术总结介绍。同时分析和总结了自嵌入算法的研究现状。介绍恢复水印的不同生成方式，然后对现有典型自嵌入算法进行分析与仿真得到自嵌入水印算法中存在的两个问题，作为本文算法的研究基础和目标。
　　兼顾水印容量以及篡改图像的恢复效果，提出一种基于块分类和SPIHT压缩的自嵌入水印算法。根据自然图像块的特性进行分类，分别对纹理块和平滑块自适应生成长度可变的恢复水印信息，降低水印容量的同时提高了恢复图像的质量，有较好的定位检测能力。选取合适大小的图像块用不同的比特率分别对平滑块和纹理块进行SPIHT压缩，对压缩后的编码利用RS纠错编码生成水印信息。将生成的恢复水印信息利用密钥依次随机嵌入所选图像块中。与现有最新的自嵌入水印算法相比，含水印容量较小，在1.16～2.35bpp之间，恢复图像的质量较好，在40dB左右，有较好的定位检测能力。
　　为了实现对特殊用途图像电子发票的检测与恢复，提出一种基于块分类编码的电子发票图像自嵌入水印算法。取电子发票图像的Y分量并将其分为互不重叠的8×8大小的图像块，根据电子发票的特性将图像块进行分类，分为重要块、印章块、格式块和空白块四类，并对图像块的类型进行RS编码。对每个非空白块二值化并利用RS编码生成部分恢复水印信息。将生成的水印随机、依次嵌入在印章块、格式块和空白块中，为尽可能降低水印容量，无需添加认证水印，利用类型码和非空白块的恢复水印信息，同时完成对图像的篡改检测以及篡改恢复。与现有用于自然图像的自嵌入水印算法相比，含水印容量小，在0.48bpp左右，在一般篡改和拼贴篡改下具有较好的认证检测和恢复能力，恢复图像质量在40dB左右。
　　最后，本文设计可视化仿真系对提出的自嵌入水印算法进行测试。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景与意义

1．2 数字水印概述

1．2．1 主要应用

1．2．2 分类

1．2．3 特点

1．2．4 常用评价指标

1．3 论文章节安排

第2章 现有自嵌入水印算法分析

2．1 自嵌入水印算法的基本框架

2．2 恢复水印生成方式

2．2．1 定长编码

2．2．2 变长编码

2．3 现有典型自适应算法分析与仿真

2．3．1 水印生成与嵌入

2．3．2 篡改检测与图像恢复

2．3．3 应用电子发票测试

2．3．4 存在问题分析

2．4 本章小结

第3章 基于块分类编码和SPIHT压缩的自嵌入水印算法

3．1 算法原理

3．1．1 SPIHT编码相关知识

3．1．2 RS编码相关知识

3．2 算法描述

3．2．1 块分类大小及压缩比例的选取

3．2．2 水印的生成与嵌入

3．2．3 篡改检测与图像恢复

3．3 实验结果与性能分析

3．3．1 水印容量与不可见性

3．3．2 一般篡改检测与恢复性能分析

3．3．3 拼贴篡改检测与恢复性能分析

3．3．4 应用电子发票测试

3．4 本章小结

第4章 基于块分类和RS编码的电子发票图像自嵌入水印算法

4．1 现有算法分析

4．2 算法描述

4．2．1 图像块分类

4．2．2 水印的生成与嵌入

4．2．3 篡改检测与恢复

4．3 实验结果与性能分析

4．3．1 含水印图像质量

4．3．2 篡改检测与恢复

4．4 本章小结

第5章 算法仿真系统

5．1 MATLAB用户界面搭建

5．2 仿真系统使用说明

5．3 仿真系统的应用

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参与的科研成果