本文關(guān)鍵詞： 數(shù)字水印 魯棒性 幾何攻擊 共謀攻擊 空時攻擊　出處：《北京郵電大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展極大地便利了數(shù)字多媒體數(shù)據(jù)的生成、存儲和傳播,提高了信息利用的效率,但與此同時也帶來了知識產(chǎn)權(quán)保護方面的隱患。因此,迫切需要一種能有效保護個人權(quán)益的技術(shù)。在這種背景下,數(shù)字水印技術(shù)凸顯出其重要作用。 數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)一個極其重要的分支,通過在多媒體內(nèi)容如圖像、視頻等中嵌入特定信息達到產(chǎn)權(quán)保護的目的,而且已經(jīng)被擴展應(yīng)用于多個領(lǐng)域。數(shù)字水印技術(shù)的技術(shù)要求較多,其中魯棒性是非常關(guān)鍵的指標,然而,目前魯棒性數(shù)字圖像與視頻水印技術(shù)還未得到充分的研究,有很多技術(shù)方面的難題亟待解決,給研究工作帶來了挑戰(zhàn)和機遇。 本文主要圍繞魯棒性數(shù)字圖像與視頻水印算法的關(guān)鍵技術(shù)進行展開。文中針對抗信號處理攻擊的魯棒性數(shù)字圖像水印算法、抗幾何攻擊的魯棒性數(shù)字圖像水印算法、抗共謀攻擊的魯棒性數(shù)字視頻水印算法以及抗空時攻擊的魯棒性數(shù)字視頻水印算法等進行闡述和研究。 本文的研究工作及主要貢獻如下： (1)提出了基于Contourlet變換和SVD的聯(lián)合域抗信號處理攻擊的魯棒性圖像水印算法 Contourlet變換具有良好的多方向性和多尺度性,可以稀疏表達紋理和亮度信息。傳統(tǒng)的Contourlet域水印算法沒有很好的結(jié)合宿主載體的自身特性,影響了算法整體性能。而圖像的奇異值分解(Singular Value Decomposition, SVD)體現(xiàn)了其內(nèi)容的內(nèi)在穩(wěn)定性不隨一般信號處理的操作而發(fā)生重大變化,有利于增強水印系統(tǒng)的抗信號處理攻擊能力。根據(jù)Contourlet變換系數(shù)的能量值區(qū)分宿主的紋理性,并選取方向子帶作為水印嵌入?yún)^(qū)域。圖像在Arnold置亂后,由其中最大的若干個Contourlet系數(shù)構(gòu)建矩陣,并對其進行SVD。結(jié)合人類視覺系統(tǒng)(Human Visual System, HVS)特性,采用自適應(yīng)的嵌入強度,水印被嵌入到其奇異值中。水印信息在Contourlet逆變換中影響到低頻子帶,使水印分布到整個載體的高頻和低頻區(qū)域。實驗結(jié)果表明,該算法獲得了良好的視覺不可感知性和抵抗濾波、JPEG壓縮等信號處理攻擊的魯棒性。 (2)提出了基于Harris特征點的抗幾何攻擊的魯棒性圖像水印算法 基于空間特征點可以增強圖像水印的魯棒性的思想,提出了一種基于離散余弦變換(Discrete Cosine Transform, DCT)域Harris特征點的圖像水印算法。檢測Harris特征點作為待選嵌入?yún)⒖键c,搜索其鄰域確定具有最大響應(yīng)值的特征點作為局部最穩(wěn)定的Harris特征點,并形成方形特征區(qū)域,選取具有最大響應(yīng)值的非重疊特征區(qū)域作為嵌入?yún)^(qū)域。利用改進的奇偶量化方法將水印嵌入到ZigZag掃描后的中頻系數(shù)中。實驗結(jié)果表明,本算法確保了較高的峰值信噪比(Peak Signal Noise Ratio, PSNR),而且對旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何攻擊具有魯棒性。 (3)提出了基于空時域HVS和STDM的抗共謀攻擊的魯棒性視頻水印算法 幀內(nèi)共謀攻擊是視頻水印系統(tǒng)經(jīng)常遇到的攻擊類型。傳統(tǒng)的擴展變換抖動調(diào)制(Spread Transform Dither Modulation, STDM)基于固定量化步長,不能充分利用視頻內(nèi)容特征,抵抗共謀攻擊的能力較差�？諘r聯(lián)合域的掩蔽效應(yīng)可以表征人眼在時間和空間方面的感知冗余,對于低于掩蔽值的視頻內(nèi)容,人眼通常不敏感�？諘r掩蔽模型不僅采用了空間對比度敏感函數(shù)、亮度掩蔽函數(shù)、對比度掩蔽函數(shù),而且采用了時間的掩蔽函數(shù)來解釋人眼對快速運動和低速運動對象的感知能力。建立了空時域的HVS模型,確定了模型參數(shù),進而確定了自適應(yīng)的STDM量化步長。實驗結(jié)果表明,本算法不僅保證了較高的PSNR,而且改善了算法抵抗時間共謀攻擊的魯棒性。 (4)提出了基于3維SIFP的抗空時攻擊的魯棒性視頻水印算法 空時特征點代表了視頻中重大的變化,在空間和時間攻擊下不會發(fā)生很大改變,因此,可以用于改善視頻水印算法的魯棒性。提出了基于尺度不變特征點(Scale Invariant Feature Points, SIFP)的視頻水印算法。構(gòu)造了3維高斯金字塔體,并依據(jù)擴展的Hessian矩陣,提出了3維SIFP的檢測方法,檢測的特征點表征了三維體內(nèi)的尺度不變點,而且體現(xiàn)了空時聯(lián)合域內(nèi)重大變化的內(nèi)在特征。以該特征點為中心生成方形區(qū)域,該區(qū)域被轉(zhuǎn)換到DCT-SVD聯(lián)合域內(nèi),通過修改最大奇異值的范數(shù)將水印嵌入到分段的中頻系數(shù)中。實驗結(jié)果表明,該算法沒有明顯降低視覺質(zhì)量,而且在抵抗空時域內(nèi)各種攻擊方面更加魯棒,包括時間域的幀操作以及空域的縮放、JPEG壓縮等。 綜上所述,本文以提高數(shù)字圖像與視頻水印算法的魯棒性為核心,系統(tǒng)地研究了數(shù)字圖像與視頻水印中抗信號處理攻擊的魯棒性、抗幾何攻擊的魯棒性、抗共謀攻擊的魯棒性、抗空時攻擊的魯棒性等關(guān)鍵問題。通過魯棒性水印算法關(guān)鍵問題的理論建模及分析,提出了相應(yīng)的解決方案,并通過仿真驗證了本文算法的性能�；谝陨辖鉀Q方案,可以有效地改善現(xiàn)有數(shù)字圖像與視頻水印算法的魯棒性問題。本文的研究工作對于進一步開展面向不同業(yè)務(wù)需求的魯棒性數(shù)字圖像與視頻水印算法研究提供了基礎(chǔ),對于數(shù)字水印技術(shù)的研究發(fā)展和實際應(yīng)用具有積極的推動作用。
[Abstract]:The rapid development of computer and network technology greatly facilitates the generation , storage and propagation of digital multimedia data , improves the efficiency of information utilization , but at the same time brings hidden troubles in the protection of intellectual property rights . Therefore , there is an urgent need for a technology that can effectively protect individual rights and interests . In this context , digital watermarking technology highlights its important role . Digital watermarking technology is an extremely important branch of information hiding technology . It can embed specific information in multimedia content such as image , video and so on to achieve the purpose of property protection and has been extended to many fields . This paper mainly focuses on the key techniques of robust digital image and video watermark algorithm . The robust digital image watermarking algorithm , robustness digital image watermarking algorithm , robust digital video watermarking algorithm for anti - collusion attack and robust digital video watermarking algorithm for anti - space attack are described . The research work and main contributions of this paper are as follows : ( 1 ) Robust image watermarking algorithm for joint domain anti - signal processing attack based on Contourlet transform and SVD is proposed . Contourlet transform has good multi - directional and multi - scale , can sparse express texture and brightness information . The traditional Contourlet domain watermark algorithm does not have a good combination of the characteristics of the host carrier and affects the overall performance of the algorithm . The image has its inherent stability not to change with the operation of general signal processing . The watermark is embedded in its singular value . The watermark information affects the low - frequency sub - band in the Contourlet inverse transform . The experimental results show that the algorithm achieves good visual nonperceptibility and robustness against signal processing attacks such as filtering , JPEG compression and the like . ( 2 ) A robust image watermarking algorithm based on Harris feature point for anti - geometric attacks is proposed . An image watermarking algorithm based on discrete cosine transform ( DCT ) domain Harris feature points is proposed based on spatial feature points . The Harris feature point is used as the embedded reference point to search for its neighborhood to determine the feature point with the maximum response value as the locally most stable Harris feature point , and a non - overlapping feature region with the maximum response value is selected as the embedded region . ( 3 ) The robust video watermarking algorithm based on the anti - collusion attack of the space - time domain and STDM is proposed . Traditional extended transform Dither Modulation ( STDM ) is based on fixed quantization step size , can ' t make full use of video content features and resist collusion attack . The masking effect of space - time joint domain can be used to characterize the perceptual redundancy of human eyes in time and space . ( 4 ) A robust video watermarking algorithm based on 3 - dimensional SIFP for air - time attack is proposed . This paper presents a video watermarking algorithm based on scale invariant feature points ( SIFP ) . In conclusion , this paper studies the robustness of anti - signal processing attack in digital image and video watermark , robustness of anti - geometric attack , robustness of anti - collusion attack , robustness of anti - space attack robustness and so on . Based on the above solution , this paper provides a foundation for further research on robust digital image and video watermark algorithm for different business needs .

【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP309.7

【參考文獻】

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本文編號：1459063