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BMP图像水印算法的设计与实现

作　者: 贾成
导　师: 罗守山
学　校: 北京邮电大学
专　业: 软件工程
关键词: 数字水印 位图图像 离散余弦变换 置乱
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


数字水印作为多媒体信息版权保护和完整性验证的有效技术,自20世纪90年代提出至今,已得到了国内外学者和商业机构的普遍关注虽然有关的成果层出不穷,但数字水印技术还远未成熟,许多问题亟待解决,图像水印算法的设计仍是当前水印技术研究的重点之一。由于BMP (Bitmap-File)是微软公司为其Windows环境设置的标准图像格式通用性强,因此,如果能设计一种可以实现BMP图像版权认证的水印算法,就能在很大范围内实现对数字图像的保护。在此背景下,本文结合Arnold变换和Watson视觉模型,设计实现了一个基于BMP图像的数字水印算法,主要工作如下：(1)本文分析了Arnold变换。Arnold变换主要用作图像加密。近年来随着数字水印的兴起,又有了新的应用。由于代表版权信息的水印多为图像水印,因此在水印的预处理和后处理阶段,可以通过置乱去除水印图像像素间的相关性,分散错误比特的分布,以此来提高水印的鲁棒性。实验表明,由于Arnold变换计算简单,迭代较小的次数就可以获得较好的置乱效果。同时,在水印图像经过Arnold置乱预处理的情况下,当含水印图像的面积被剪切掉3/4时,提取出来的水印仍然比较清晰。(2)本文应用了Watson模型。它是一个基于DCT的,综合敏感度、掩蔽和误差合并的感知模型,可以用来描述人类视觉特性。该模型由对比敏感表、亮度掩蔽、对比度掩蔽和感知质量度量四部分组成。使用该模型可以评估图像在DCT域的可修改幅度,进而提高水印的不可见性。(3)本文设计实现了基于BMP图像的水印嵌入提取算法。算法的核心思想是以BMP文件结构和图像数据为载体,结合Arnold变换和Watson视觉模型,在BMP文件结构和图像数据本身添加相同的水印信息,以此来提高水印的嵌入容量和鲁棒性。针对BMP文件结构特点,在调色板的补足位,或者在信息头与图像数据之间嵌入提取水印信息；针对图像数据特点,在DCT的变换域,利用相邻系数大小关系嵌入提取水印。实验结果表明：嵌入水印图像的降质不明显,水印的不可见性较好；嵌入水印图像经一定程度的压缩、剪切、加噪攻击后仍可提取,水印的鲁棒性较强;由于Arnold变换不符合Kerckhoffs准则,水印算法的安全性有待进一步提高。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章 引言  10-12
  1.1 课题背景  10
  1.2 课题任务  10-11
  1.3 论文结构  11-12
第二章 数字水印概述  12-19
  2.1 基本框架  12-13
  2.2 特点分类  13-14
  2.3 常用攻击  14-16
  2.4 性能评估  16-17
  2.5 应用领域  17-18
  2.6 小结  18-19
第三章 BMP图像文件格式  19-27
  3.1 文件结构  19-23
    3.1.1 位图文件头  20
    3.1.2 位图信息头  20-22
    3.1.3 调色板  22
    3.1.4 位图数据  22-23
  3.2 实例1分析  23-26
  3.3 小结  26-27
第四章 BMP图像水印算法分析与设计  27-38
  4.1 经典算法分析  27-29
  4.2 算法设计背景  29-34
    4.2.1 离散余弦变换  29
    4.2.2 Arnold变换  29-32
    4.2.3 图像颜色模型  32-33
    4.2.4 Watson感知自适应模型  33-34
  4.3 本文水印算法  34-37
    4.3.1 嵌入算法  35-36
    4.3.2 提取算法  36-37
  4.4 小结  37-38
第五章 BMP图像水印算法实现与测试  38-58
  5.1 水印嵌入实现  38-44
    5.1.1 水印预处理模块  38-39
    5.1.2 文件格式嵌入水印模块  39-42
    5.1.3 图像数据嵌入水印模块  42-44
  5.2 水印提取实现  44-49
    5.2.1 文件格式提取水印模块  44
    5.2.2 图像数据提取水印模块  44-47
    5.2.3 水印判断模块  47
    5.2.4 水印后处理模块  47-49
  5.3 算法性能测试  49-57
    5.3.1 水印不可见性测试  49-51
    5.3.2 水印鲁棒性测试  51-57
    5.3.3 算法安全性测试  57
  5.4 小结  57-58
第六章 结束语  58-60
  6.1 论文工作总结  58
  6.2 问题和展望  58-60
参考文献  60-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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