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结合图像修复的变长自嵌入水印算法研究

作　者: 张儒
导　师: 陈帆
学　校: 西南交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 图像认证自嵌入水印变长编码拼贴攻击图像修复
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要

近年来,随着信息技术的不断发展,数字多媒体的易操作性为人们的生活工作带来了便利。但是正是在传播与使用中的易操作性,使得数字多媒体易遭到攻击者的恶意篡改、伪造、删除等,从而造成人们对真实事件的误解,甚至带来经济损失等。为此,数字水印技术作为多媒体真实性和完整性的保护手段之一,将图像相关信息嵌入在图像自身,能够实现篡改的检测、定位,甚至恢复等功能,因而受到了众多研究者的关注。数字多媒体主要包括图像、视频、音频、文本等作品。本文就数字图像展开研究。自嵌入水印作为数字水印的一个特殊分支,不仅能对图像的篡改区域进行检测,还能实现对篡改区域的恢复,是当前数字水印的一个研究热点。本文就现有自嵌入水印的发展进行分析,并且始终围绕平衡水印嵌入容量、含水印图像质量,以及篡改恢复质量的关系,从恢复水印信息的生成、嵌入,以及算法的安全性进行深入的分析研究。本文将主要包括以下内容和创新性：(1)现有分类编码自嵌入水印算法的块类型信息易遭到恶意破坏,错误的块类型信息会导致其后图像块的恢复信息也不能正确提取,从而严重降低篡改图像的恢复质量。针对上述问题,本文基于(7,4)汉明码和同步信息对现有等分嵌入变长恢复信息方式提出改进思想。汉明码用来提高类型获取的准确率；对类型破坏的图像块,利用同步信息提高其后图像块恢复信息的正确提取率实验结果表明汉明码和同步信息不仅提高了算法抵抗恶意破坏块类型信息的能力,而且提高了变长恢复信息提取的正确性和稳定性,提高篡改图像的恢复质量。(2)结合图像修复的低容量变长恢复信息编码算法。在对图像块编码生成恢复信息时,基于设计的小尺度丢弃原则先跳过对某些图像块恢复信息的编码,进而可减少恢复信息的生成。重构图像信息时,利用恢复信息和图像修复依次对编码块和丢弃块进行信息的重构。通过实验从编码长度和重构质量两方面对比了本文与现有算法,实验结果表明本文算法恢复信息的编码性能优于现有算法。(3)抵抗拼贴攻击的认证算法。针对现有大多自嵌入水印不能抵抗拼贴攻击,进而降低算法的安全性。本文将图像块的认证信息分成两部分嵌入：一部分嵌入在自身块,另一部分基于密钥随机地嵌入到其他块中。篡改检测时,对于重构的与从其嵌入块提取的认证信息不一致的图像块,则借助与其有嵌入关系的真实图像块进行判定。通过实验对比了本文与现有算法的拼贴攻击检测能力,实验结果表明本文能够检测拼贴攻击,提高了篡改图像的恢复质量。总之,本文的研究紧紧围绕着提高自嵌入水印算法的性能而展开。首先针对现有变长自嵌入水印中变长恢复信息的嵌入问题进行改进,提高恢复信息的正确提取率,进而能够保障对篡改的恢复；其次,通过采用结合图像修复的变长恢复信息编码方法来减少自嵌入水印中恢复信息的生成,从而提高含水印图像的质量。最后,通过本文设计的认证算法,能够抵抗拼贴攻击,提高篡改图像的恢复质量。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-12
第1章绪论  12-21
  1.1 论文研究背景和意义  12
  1.2 自嵌入水印的几个评价指标  12-15
    1.2.1 编码长度的平均度量  13
    1.2.2 水印嵌入容量  13
    1.2.3 篡改检测性能  13-14
    1.2.4 恢复质量  14-15
  1.3 自嵌入水印研究现状  15-19
    1.3.1 恢复信息的生成与嵌入  15-17
    1.3.2 认证信息的生成与嵌入  17-19
  1.4 存在问题  19
  1.5 论文章节安排  19-21
第2章基于汉明码和同步信息的变长自嵌入水印算法  21-33
  2.1 存在问题分析  21-23
    2.1.1 变长编码图像块的类型信息获取问题  21
    2.1.2 等分嵌入变长恢复信息方式的二义性问题  21-22
    2.1.3 解决方案  22-23
  2.2 算法描述  23-26
    2.2.1 信息的生成与嵌入  23-25
    2.2.2 信息提取与篡改恢复  25-26
  2.3 实验仿真与分析  26-32
    2.3.1 恶意篡改  26-28
    2.3.2 一般篡改  28-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章结合图像修复的低容量变长编码与重构  33-47
  3.1 现有变长恢复水印信息的编码方法  33-34
    3.1.1 基于像素的变长编码  33
    3.1.2 基于频域系数的变长编码  33-34
  3.2 结合图像修复的篡改恢复  34-35
  3.3 现有丢弃原则分析  35-40
    3.3.1 基于非ROI(Region of Importance)的丢弃原则  36-37
    3.3.2 基于非结构块的丢弃原则  37-40
  3.4 低容量变长恢复信息编码算法  40-43
    3.4.1 设计的恢复信息编码方法  40-42
    3.4.2 恢复信息的重构  42-43
  3.5 实验仿真  43-46
    3.5.1 相同丢弃比例下的重构图像质量比较  43-44
    3.5.2 相同重构图像质量下的性能比较  44-46
  3.6 本章小结  46-47
第4章结合图像修复的安全自嵌入水印算法  47-58
  4.1 算法描述  47-50
    4.1.1 含水印图像的生成  47-48
    4.1.2 篡改的检测  48-50
    4.1.3 篡改的恢复  50
  4.2 实验仿真  50-57
    4.2.1 水印嵌入容量  50-51
    4.2.2 篡改检测与篡改恢复  51-57
  4.3 本章小结  57-58
总结与展望  58-60
参考文献  60-65
致谢  65-66
攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目  66

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