基于鲁棒水印的图像认证技术研究

基于鲁棒水印的图像认证技术研究

随着网络的发展，在极大丰富了多媒体信息的同时，多媒体信息特别是图像的保护成为计算机领域的一个重要研究方向。图像保护一方面是指图像的版权保护，维护图像著作者的版权利益，另一方面是指保护图像免于恶意性修改，保护图像作为证据类信息的完整性和真实性。数字水印技术作为目前信息安全和数字媒体版权保护研究的热点，通过一定的算法将一些标志性信息嵌入原始的多媒体信息中，成为其中的一部分，不易被人的视觉系统觉察，并能对多媒体信息起到防盗版、侵权和篡改以及保护信息完整性的作用。基于水印的图像认证技术是将认证信息隐藏在原始图像中而不需要附加信息。

本文根据数字水印的鲁棒性技术和数字图像认证技术入手，详细介绍了基于水印的图像认证技术的基本概念，分析了其各种性质、基本理论，并构建了图像认证的框架与原理，根据数字水印的鲁棒性，分析研究了基于鲁棒水印在低频分量上的图像认证算法。运用了MATLAB软件运行了基于图像认证的演示程序。

由于图像认证的重要性，反映出不论是在学术研究还是在实际应用中，基于水印的图像认证都是一项非常有意义的技术。

关键词

数字水印；图像认证；图像认证算法；水印嵌入；水印提取

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目录

摘要 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 Abstract .................................................................................................. 错误！未定义书签。

第一章 绪论 ............................................................................................................................. 1

1.1 课题背景和意义 ........................................................................................................ 1 1.2 国内外发展现状 ........................................................................................................ 2 1.3 课题的主要内容 ........................................................................................................ 3 第二章 数字水印技术概述 ..................................................................................................... 4

2.1 引言 ............................................................................................................................ 4 2.2 数字水印特性 ............................................................................................................ 4

2.2.1 不可感知性 ..................................................................................................... 4 2.2.2 可证明性 ......................................................................................................... 4 2.2.3 鲁棒性 ............................................................................................................. 5 2.2.4 逼真性 ............................................................................................................. 5 2.2.5 安全性 ............................................................................................................. 6 2.3 数字水印分类 ............................................................................................................ 6

2.3.1 按特性划分 ..................................................................................................... 6 2.3.2 按水印所负载的媒体划分 ............................................................................. 7 2.3.3 按检测过程划分 ............................................................................................. 7 2.3.4 按内容划分 ..................................................................................................... 7 2.3.5 按水印隐藏的位置划分 ................................................................................. 7 2.3.6 按用途划分 ..................................................................................................... 8 2.4 数字水印系统 ............................................................................................................ 8

2.4.1 水印生成 ......................................................................................................... 8 2.4.2 水印嵌入 ......................................................................................................... 9 2.4.3 水印检测 ......................................................................................................... 9 2.5 本章小结 .................................................................................................................. 10

第三章 数字图像认证技术概述 ........................................................................................... 11

3.1 引言 .......................................................................................................................... 11 3.2 数字图像认证技术原理 .......................................................................................... 11

3.2.1 数字图像认证分类 ....................................................................................... 11 3.2.2 数字图像认证系统基本特性 ....................................................................... 12 3.2.3 图像认证系统原理及框架 ........................................................................... 13 3.3 数字图像认证方法 .................................................................................................. 13

3.3.1 空域方法 ....................................................................................................... 14 3.3.2 变换域方法 ................................................................................................... 14 3.4 本章小结 .................................................................................................................. 15 第四章 基于鲁棒水印的图像认证算法 ............................................................................... 16

4.1 引言 .......................................................................................................................... 16 4.2 算法原理 .................................................................................................................. 16

4.2.1 图像的小波变换 ........................................................................................... 17 4.2.2 水印嵌入算法 ............................................................................................... 18 4.2.3 水印提取算法 ............................................................................................... 18 4.3 实验结果与分析 ...................................................................................................... 19 4.4 本章小结 .................................................................................................................. 23 结论 ......................................................................................................................................... 24 参考文献 ................................................................................................................................. 25 附录一 ..................................................................................................................................... 26 附录二 ..................................................................................................................................... 28 附录三 ..................................................................................................................................... 29 致谢 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。

基于鲁棒水印的图像认证技术研究

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

近年来，随着数据网络技术以及信息数字化的迅速发展，各种数字图像，视频、音频等多媒体应用软件的使用频率越来越高，越来越多的多媒体内容的传输和处理变得越来越简单化，多媒体软件以及内容简单化的同时使得用户对各种多媒体信息进行大量的复制和编辑、制作等操作，在极大方便了用户的同时，图像信息的完整性、内容的真实性等安全问题也一一暴露出来。这一现状带给社会的负面效应是多媒体版权得不到有效保护，使得多媒体制造者和生产者受到了严重的经济损失；数字图像非法篡改现象日益严重也给信息传送双方带来的不必要的麻烦。因此，在网络环境中，如何对数字媒体版权实施有效保护，从而保证数字媒体内容的真实性、完整性已成为一个严峻的现实问题。

目前在医学、军事、法律、商业、新闻媒体等众多领域里均应用到了数字图像作品，当这些领域在传输数字图像信息的过程中一旦信息被篡改或者被攻击，如果篡改的内容涉及到国家安全、法庭举证、历史文献、商业票据、医学图像等重要数据，那么篡改结果可能会造成极大地社会影响，甚至会导致重大的经济损失。例如在法庭上，原被告双方证人所举证的照片信息是否真实，这直接关系到法官的审判结果的裁决；在历史文献上，很多年代久远的文献中所提供的信息是否正确，这都会影响到读者的正确的思维和判断；在商业上，数据的真伪性，会直接损害到交易双方的经济利益；而在医学应用上，原始图像的信息会直接影响到医生对患者的诊断，甚至会对患者造成生命的威胁等严重后果。因此，可以看到数字图像的完整性，真实性认证在众多领域都已经成为不可或缺的技术保障，所以对数字图像进行认证并实施完整性保护，已成为亟待解决的问题。

认证的目的主要是验证信息发送者所发送的信息的真实性以及信息的完整性和验证信息接受者所接受到的信息的真实性和完整性，认证是信息安全技术的一个尤为重要的方面。认证技术依赖于安全的密码系统[1]。近年来，随着数字水印技术的迅速发展，用来解决数字图像的真实性问题的数字图像认证技术已经成为了目前信息认证领域的研究热点。

图像认证技术，作为一种有效的图像信息安全技术，有效地为数字图像的保护提供了一种手段。它可以用来证明数字图像的来源是否合法，并且能够验证其内容是否真实可靠。其中，对于内容的完整性保护，基于密码学的传统加密技术已成熟的应用于加密

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状态下的数字媒体内容的保护，但由于传统的加密方法对内容的保护只局限在加密通信的信道中或其他加密状态下，但随着计算机软硬件技术的发展，密码被破译的可能性越来越大，信息一旦被解密，则信息就完全变成明文。即使非法拦截者在截获密文后无法破译，但可以将其破坏后再发送，而且密码学中的数据完整性的认证方法对多媒体内容的保护也无能为力：一方面是由于多媒体内容的真实性认证往往需容忍一定程度的失真，而密码学中的认证方法却不容许一个比特的改变；另一方面是由于用于多媒体认证的认证信息往往需要直接嵌入到多媒体内容当中，没有另外保存，而密码学中的认证方法则需另外保存信息认证码。因此，由于密码学对多媒体内容保护能力的局限，近年来，在知识产权保护、防篡改及信息内嵌式注释等领域，国外学者提出了一种崭新的数字媒体保护技术，即数字水印技术[2]。

近年来，为了解决数字产品的版权保护问题，鲁棒水印技术已成为一个研究热点。鲁棒水印技术是指数字水印算法的鲁棒性。鲁棒性是指含有水印的载体在受到一定程度的噪声、滤波、压缩以及剪切等攻击之后，水印仍然能够被提取。利用鲁棒性这一特点可以对图像信息的内容完整性以及对媒体进行版权信息认证，是水印技术的主要研究方向之一。基于鲁棒水印对数字图像进行认证的技术无论是对科学技术的进步还是对社会的经济发展，都具有非常重要的应用价值和经济意义。

1.2 国内外发展现状

1993年数字水印被正式提出来，A. Z. Tirkel等撰写的“Electronic watermark”[3]一文中首次使用了“watermark”这一术语。这一命名的提出标志着数字水印技术作为一门研究学科的诞生。Van Schyndel在ICIP(International Conference on Image Processing)会议上发表了题为“A digital watermark”[4]的论文，这是第一篇在主要国际学术会议发表的关于数字水印的文章，该论文阐明了关于水印的重要概念，被认为是一篇具有历史价值的文献。1996年5月30日在英国剑桥牛顿研究所召开的第一届国际信息隐藏学术研讨会中对信息隐藏的部分术语和学科分支进行了统一和规范，标志着信息隐藏这一交叉学科的正式诞生[5]。1999年，F. Hartung和M. Kuter在Proceeding of the IEEE发表关于数字水印的综述论文[6]，推进了数字水印走向了一个新的高潮。在应用需求的驱动下，目前高校、科研院所以及其他科研团体都对数字水印技术的研究表现出了高度热情，关于数字水印方面的论文不断增多，许多国际会议开辟了关于数字水印技术的专题。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/j3vv.html