基于多部分嵌入的图像脆弱水印算法及其性能分析

摘要

随着计算机技术的发展，图像处理软件越来越多，数字图像作为一种重要的多媒体数据，面临的安全威胁日益增多，数字水印技术是保护多媒体数据真实性的有效途径之一。本文致力于研究具有高定位精度的数字图像脆弱水印算法，主要目标是提高算法的安全性、检测性能并缓解不可见性与安全性之间的矛盾。
　　首先本文介绍了脆弱水印算法研究的背景和意义，并对脆弱水印算法的研究现状进行分析和总结。然后分析了三种经典的基于图像块的脆弱水印算法的安全性和检测性能，总结出现有的脆弱水印算法中存在的共性问题，为新算法的提出奠定基础。
　　针对现有图像脆弱水印算法篡改检测性能不够理想、安全性不高、缺乏理论分析等问题，本文提出基于多部分嵌入的脆弱水印算法。算法将块水印分别等分为P(P=4、8、16、32)个部分，各部分水印分别嵌入在其它图像块的LSB，篡改检测时对每个图像块进行以下操作:(1)对每部分重构和提取水印信息结合邻域比较判断其一致性，得出图像块的篡改标识矩阵;(2)统计篡改标识矩阵中不一致水印的部分数，结合阈值判定图像块真伪。通过实验仿真比较基于多部分嵌入时算法的检测定位能力，并理论推导基于多部分时算法在一般篡改和拼贴攻击下的误检率，并通过实验验证理论分析的正确性。理论分析和实验结果均表明在相同水印容量下，基于多部分嵌入算法不仅安全性好，能够检测孤立块篡改，而且提高了算法的篡改检测性能。
　　在前面的研究基础上提出一种适合电子发票图像的脆弱水印算法，实现对发票的保护。本文结合纸质发票设计出电子发票的模板，并对其特殊性进行分析，选取PNG作为发票的存储格式。该算法将每个图像块的水印信息分为16部分来提高算法的安全性，同时将其嵌入到非空白区域以有效控制含水印图像的文件体积;检测时利用各部分水印的判定结果定位篡改区域，实现了对电子发票内容信息的保护。实验结果表明，该算法具有较好的不可见性，较小的文件体积增量以及优越的篡改检测性能。
　　总之，本文围绕着提高脆弱水印算法的安全性和篡改检测性能，提出了基于多部分嵌入的高检测性能脆弱水印算法，推导给出了对篡改检测性能的理论分析。在此基础上，又提出一种适合电子发票图像的脆弱水印算法以探索脆弱水印技术的实际应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于像素级

1．2．2 基于图像块

1．2．3 常见攻击类型介绍

1．2．4 脆弱水印的常见性能评价指标

1．2．5 文中变量使用说明

1．3 论文章节安排

第2章 基于统计检测的图像脆弱水印算法性能分析

2．1 基于混沌的自嵌入安全水印算法

2．1．1 算法概述

2．1．2 算法性能分析

2．1．3 算法问题小结

2．2 基于邻域-统计检测的自嵌入水印算法

2．2．1 算法概述

2．2．2 算法性能分析

2．2．3 算法问题小结

2．3 基于多块依赖的脆弱水印算法

2．3．1 算法概述

2．3．2 算法性能分析

2．3．3 算法问题小结

2．4 基于图像块的脆弱水印算法待解决的问题

2．5 本章小结

第3章 基于多部分嵌入的脆弱水印算法

3．1 基于4部分嵌入算法

3．1．1 算法介绍

3．1．2 阈值选取

3．1．3 不可见性测试

3．1．4 一般篡改下算法的检测性能

3．1．5 拼贴攻击下算法的检测性能

3．1．6 算法检测性能比较

3．2 基于多部分嵌入算法

3．2．1 阈值选取

3．2．2 算法检测性能比较

3．2．3 算法时间复杂度比较

3．2．4 算法安全性分析

3．3 基于多部分嵌入算法理论分析

3．3．1 基于4部分嵌入算法理论分析

3．3．2 基于多部分嵌入算法分析

3．4 本章小结

第4章 彩色电子发票图像认证水印算法研究

4．1 引言

4．2 发票图像特殊性分析

4．3 格式选取

4．4 水印嵌入

4．5 篡改检测

4．6 实验仿真与分析

4．6．1 水印不可见性测试

4．6．2 文件大小增量测试

4．6．3 篡改检测性畿测试

4．7 本章小结

第5章 算法仿真系统

5．1 引言

5．2 仿真系统介绍

5．2．1 水印嵌入模块

5．2．2 篡改检测模块

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目