一种改进的图像水印算法

一、An Improved Image Watermark Algorithm（论文文献综述）

谷玉莹^[1]（2019）在《改进的图像压缩与自恢复水印算法研究》文中提出互联网技术的飞速发展加快了数字产品的传播,但复杂的网络环境和多媒体本身的易操作性使得各种盗版、恶意攻击和非法篡改的现象越来越严重。上个世纪九十年代出现的数字水印技术是解决这一问题的一种有效手段,成为学术与产业界研究热点。目前,社会上各种以假乱真、恶意掩盖事实的现象越来越严重,非法篡改原始数字产品带来的信息误判甚至会导致严重的社会事故。为此,一些基于图像认证与恢复的水印算法被提出。本文针对现有自恢复水印算法中恢复图像质量低的问题进行了一些研究工作,具体如下:针对传统SPIHT压缩算法中解码图像质量低的问题,提出了一种基于遗传算法（Genetic Algorithm,GA）的SPIHT改进算法。传统SPIHT算法是基于比特平面的编码,是利用经典小波变换在图像压缩中的应用,从图像失真度出发提出的一种图像压缩算法,但其并未从不同图像自身特征出发选择合适的量化阈值,从而使得不同图像的解码质量并非最优。本文通过推理分析得知,失真是由对小波系数进行量化产生噪声导致的,每级编码都可以看作是阈值T对小波系数的量化,每级T受初始阈值T0的影响,因此,初始阈值T0直接影响到解码图像的质量。提出的改进算法利用GA全局搜索最优个体的功能在SPIHT进行编码之前对初始量化阈值进行优化,使得在给定输出码率的条件下,能够根据输入图像的特性自适应地选择最优初始阈值,让解码图像的失真得到降低。通过对纹理、亮度和对比度等各方面特征均不相同的图像进行测试,本文算法在解码图像质量方面表现良好。并与原SPIHT压缩算法进行了比较,实验数据表明,相较原SPIHT压缩算法,本文算法的解码图像质量更高。针对现有自恢复水印算法中高篡改率下图像恢复质量低的问题,提出了一种改进联合信源-通道编码（Joint Source-Channel Coding,JSCC）技术的自恢复水印算法。该算法首先通过分解因子对图像进行四叉树分解,并根据分解得到的块类进行位平面分层。每个位平面的大小是每个块类的像素数。然后,通过改进的SPIHT算法对原始图像进行压缩,根据位平面大小将SPIHT码流进行分段。为了防止源码信息在传输过程中遭到破坏,要对每个位平面进行不同的RS编码保护,获得相应分解因子的最佳分解结果。此外,改进的算法在重构图像时保留了含水印图像的最低有效位,这能使得图像在任意篡改率下的恢复质量得到进一步的提高。本文算法可以将更多有效位分配给具有高篡改容忍度（Tampering Tolerance Rate,TTR）的高层次位平面,同时,用于恢复原始图像的比特信息可以尽可能多地嵌入到宿主图像中。实验结果表明,相较原JSCC水印算法,本文改进算法在高篡改率下的恢复图像质量更高,体现了大面积篡改攻击下高质量恢复的有效性。

葛镜^[2]（2019）在《自嵌入水印算法及其在图像篡改检测和恢复的应用》文中研究表明数字多媒体技术的发展为我们的工作和生活提供了很多成熟、可靠、灵活、高效、高质量、低成本的多媒体信息。随之衍生的各类图像处理技术使得数字产品的获取、处理、存储、复制变得越来越容易,促使数字产品的版权保护,完整性保护,篡改防护变得越来越重要。快速发展的信息技术促进了数字多媒体技术的发展,在这种背景下,计算机技术和各种手持移动智能终端技术的发展,使得篡改多媒体数据变得轻而易举,包括手机、电脑、平板电脑里面安装的各种软件能够毫不费力地篡改多媒体数据,同时也带来了非法复制和数字多媒体重新再分布等问题。数字水印概念的提出就是为了解决信息技术版权保护的相关问题,它为多媒体数据的认证、版权保护和防篡改提供了有效的解决方案。本文以图像水印为主要研究对象,探讨了图像水印的相关理论和各种算法,在此基础上提出了三种有效的水印算法,并将其用于图像篡改检测和恢复,取得较好的效果。本文的主要研究成果概况如下:第一,提出一种改进的基于哈希算法的自嵌入数字水印算法。在分析传统哈希算法的基础上,提出一种改进的哈希算法,并将图像本身的哈希值作为水印嵌入原图像,用于图像的版权保护等。图像本身的信息采用哈希算法生成图像哈希值。具体过程包括三个部分:预处理、特征值提取和哈希值生成。第一步通过预处理对图像进行归一化处理。第二步特征值提取,经过前面的图像预处理后的图像,使用块截断编码和中心对称局部二进制模式提取图像的特征值。第三步生成图像哈希值作为水印采用DCT变换域方法嵌入原图。该算法在图像的感知和抗攻击性中能达到很好的平衡,鲁棒性较强,并且有很好的保密性能。第二,提出一种改进的基于SVD分解的自嵌入水印算法。通过SVD分解得到图像的特征值作为认证水印嵌入原图,用于实现图像的版权保护和抗攻击等,并能有效地实现图像被篡改区域的定位。同时,采用块分类算法来生成图像的恢复水印。恢复水印要能实现图像的恢复就需要尽可能完整的保护图像块的所有信息,然而作为水印嵌入图像又不能有太多的数据量否则不满足人眼视觉阈值的条件。因此在图像DCT变换的基础上,根据图像块的特征将图像分类,获取不同类型图像块的压缩编码生成恢复水印,每类图像块的恢复水印大小不等。该水印算法既能实现图像的篡改检测又能实现图像的篡改恢复,采用混沌加密算法嵌入图像块中。假如嵌入水印的图像被篡改,篡改后的图像块的基本信息和提取的水印信息将不能匹配,用这种方法可以判断每个图像块是否被篡改。由每个图像块的压缩编码生成的恢复水印可以用来恢复被篡改的图像块。实验结果表明本算法能有效地抵抗图像的篡改,检测到篡改区域,实现图像篡改块的恢复。甚至当篡改率高达70%时,仍然有效地实现篡改区域的定位,并恢复大部分被篡改的图像块。第三,提出一种彩色图像的水印算法,基于自嵌入水印实现彩色图像的篡改检测和恢复。第一步将彩色图像变换为HSI和YCbCr,分别提取其中的特征值,生成彩色图像哈希值作为认证比特。第二步在图像DCT变换的基础上,获取图像块的压缩编码生成恢复比特。第三步将认证比特和恢复比特作为水印嵌入到图像块中。原图像块基本信息经哈希变换生成认证比特,作为水印的一部分,篡改检测时,通过比较图像块的基本信息和提取的水印信息是否匹配,判断每个图像块是否被篡改。图像块的压缩编码作为恢复比特水印嵌入到原图中,如果图像块被篡改,恢复比特水印可以用来恢复被篡改的图像。实验结果表明本算法能有效地抵抗图像的篡改,检测到篡改区域,实现图像篡改块的恢复,是一种有效的彩色水印算法。

徐树升^[3]（2016）在《一种改进的基于PDE的数字水印算法》文中认为随着互联网技术和数字信号处理技术的快速发展,数字化产品也得到广泛的普及,如何有效地保护数字化产品成为了当今时代信息安全保护亟需解决的问题。自上世纪九十年代起,数字水印技术作为信息安全保护有效手段之一,得到许多学者认可和研究。本文首先从数字水印分类、典型的数字水印算法、对水印的攻击形式以及水印信号的设计与生成对数字水印技术进行了综述,阐述了本文算法设计中所需的基本理论知识,介绍了目前基于PDE的数字水印算法,最后提出了一种改进的基于PDE的数字水印算法。基本思想是首先利用二维logistic混沌映射对水印图像进行置乱变换,并将置乱后的水印划分成两部分水印。利用偏微分方程分解模型对载体宿主图像进行分解,生成卡通和纹理两个部分。根据卡通和纹理两部分的图像复杂度的不同,我们分别对其进行小波变换（DWT）和奇异值分解（SVD）,再将已生成的两部分水印按照加性方式分别嵌入到二级小波变换的低频部分和SVD的奇异值序列中。结果表明,文章算法不仅具有很好的不可见性,而且对Gaussian噪声、椒盐噪声、JPEG压缩以及裁剪等攻击也具有很好的鲁棒性。本文的主要创新点和研究内容归纳如下:第一,本文使用了一种新的PDE分解模型TV-G全变分模型。考虑到噪声部分的能量较小,容易丢失部分水印,为了提高水印算法的鲁棒性和不可见性,将原始载体图像分解成卡通和纹理部分,而非卡通、纹理和噪声三个部分,再分别对卡通和纹理进行处理。第二,本文是将PDE,DWT和SVD同时结合应用于改进后基于PDE的数字水印算法:一方面,文章选择DWT代替DCT对卡通部分进行处理。另一方面,奇异值是图像矩阵的固有属性,具有非常好的稳定性,对纹理部分进行SVD之后,将水印嵌入到奇异值序列中,使得该算法具有更好的鲁棒性和不可见性。第三,介绍了几种经典全变分模型,归纳总结了目前几种基于PDE的数字水印算法,并分析其优点以及存在的问题。第四,将Logistic混沌映射技术应用到基于PDE的数字水印算法中,提升了算法的鲁棒性和安全性,在一定程度上,减少了水印对视觉的冲击,从而增强水印算法的不可见性。

罗成绪^[4]（2013）在《数字视频水印算法研究及系统实现》文中进行了进一步梳理近年来随着数字视频技术的迅猛发展,大量视频产品如雨后春笋,不断涌现。数字视频得到快速发展的同时,其内容、版权保护等安全性问题也日益凸显,视频信息安全和版权保护技术的研究与应用已成为一个研究热点。数字视频水印技术是解决数字视频信息安全和版权保护的一种有效手段,受到了广泛的重视。视频信号本身的复杂性和特殊性以及视频水印具有实时处理、随机检测、盲提取等特殊要求,使得视频水印技术的研究面临着诸多问题。在视频使用过程中,难以避免会受到如视频编码压缩攻击和视频帧丢失、帧置乱、帧重组等攻击,目前既能同时抵抗这些攻击,又具有盲提取和随机检测的数字视频水印算法是一个难以解决的主要问题。论文就该问题展开了研究工作：1、学习研究了数字视频水印技术,以分析水印处理的数学本质为切入点,研究了基于关系的水印算法,在此基础上研究了一种改进的基于关系的数字视频水印算法。该算法结合视频处理以及视频编码压缩原理,采用分块技术,对视频帧YCbCr空间亮度分量的DCT系数对进行一系列的置换处理,并将信息水印进行图像分割,采用信息水印和标志水印双重嵌入的处理方法,提高了水印嵌入的信息量和算法的运算速度。在MATLAB环境中进行算法仿真和鲁棒性实验,实验结果表明：该算法对MPEG、MJPEG等视频编码压缩攻击和视频帧丢失、帧重组、帧置乱等视频特殊攻击具有较强的鲁棒性,水印不可见性良好,实现了水印的盲提取和随机检测。2、在改进的基于关系的数字视频水印算法研究的基础上,开发了相应的数字视频水印处理软件。该水印处理软件是在VC++6.0开发平台上研究设计的,实现了视频水印嵌入和提取的功能,水印处理效果良好,能够抵抗MPEG、MJPEG等视频编码压缩处理和视频帧丢失、帧重组、帧置乱等视频特殊攻击,系统操作简单、方便实用。3、针对数字视频处理设备大部分都是脱离PC机而独立运行的嵌入式设备,在研究的数字视频水印算法以及相应的视频水印处理软件的基础上,在Linux系统中进行了视频水印的QT应用程序设计,并在ARM嵌入式硬件平台Mini2440上运行测试。结果表明：在嵌入式平台上实现了视频帧的动态水印处理,验证了算法在嵌入式上实现的可行性。

章毓晋^[5]（2010）在《中国图像工程:2009》文中指出该文是关于中国图像工程的年度文献综述系列之十五。为了使国内广大从事图像工程研究和图像技术应用的科技人员能够较全面地了解国内图像工程研究和发展的现状,并能够方便地查询有关文献,现从2009年在国内15种有关图像工程重要中文期刊的共134期上发表的3604篇学术研究和技术应用文献中,选取出1008篇属于图像工程领域的文献,并根据各文献的主要内容将其分别归入图像处理,图像分析,图像理解,技术应用和综述五个大类,然后进一步分入23个专业小类（与去年相同）。在此基础上还进行了各期刊各类文献的统计和分析。根据统计分析结果可看到我国图像工程在2009年许多新进展的情况。特别值得指出,在上述15种期刊上所发表的图像工程文献数量在2009年继续增加并达到历史最高,显示了图像工程在中国继续蓬勃发展的趋势。另外,借此综述系列15年之际,还将这15年分成3个5年的阶段,分别对3个阶段的图像工程文献选取情况和各类图像工程文献数量进行了统计和对比分析,以为读者提供更全面和可信的发展动态信息。

章毓晋^[6]（2009）在《中国图像工程:2008》文中研究说明该文是关于中国图像工程的年度文献综述系列之十四。为了使国内广大从事图像工程研究和图像技术应用的科技人员能够较全面地了解国内图像工程研究和发展的现状,并能够方便地查询有关文献,现从2008年在国内15种有关图像工程重要中文期刊的共120期上发表的3359篇学术研究和技术应用文献中,选取出915篇属于图像工程领域的文献,并根据各文献的主要内容将其分别归入图像处理,图像分析,图像理解,技术应用和综述5个大类,然后进一步分入23个专业小类（与去年相同）。在此基础上还进行了各期刊各类文献的统计和分析。根据统计分析结果可看到,我国图像工程在2008年许多新进展的情况。特别值得指出的是,在上述15种期刊上所发表的图像工程文献数量在2008年继续增加并达到历史最高,显示了图像工程在中国继续蓬勃发展的趋势。

章毓晋^[7]（2008）在《中国图像工程:2007》文中研究表明该文是关于中国图像工程的年度文献综述系列之十三。为了使国内广大从事图像工程研究和图像技术应用的科技人员能够较全面地了解国内图像工程研究和发展的现状,并能够方便地查询有关文献,现从2007年在国内15种有关图像工程重要中文期刊的共118期上发表的3312篇学术研究和技术应用文献中,选取出895篇属于图像工程领域的文献,并根据各文献的主要内容将其分别归入图像处理、图像分析、图像理解、技术应用和综述5个大类,然后进一步分入23个专业小类（与去年相同）。在此基础上还进行了各期刊各类文献的统计和分析。根据统计分析结果可看到我国图像工程在2007年许多新进展的情况。特别值得指出,在上述15种期刊上所发表的图像工程文献数量在2007年有大幅增加并达到历史最高,显示了图像工程研究在中国继续发展的趋势。

二、An Improved Image Watermark Algorithm（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、An Improved Image Watermark Algorithm（论文提纲范文）

（1）改进的图像压缩与自恢复水印算法研究（论文提纲范文）

（2）自嵌入水印算法及其在图像篡改检测和恢复的应用（论文提纲范文）

（3）一种改进的基于PDE的数字水印算法（论文提纲范文）

（4）数字视频水印算法研究及系统实现（论文提纲范文）

（5）中国图像工程:2009（论文提纲范文）

（6）中国图像工程:2008（论文提纲范文）

（7）中国图像工程:2007（论文提纲范文）

四、An Improved Image Watermark Algorithm（论文参考文献）

• [1]改进的图像压缩与自恢复水印算法研究[D]. 谷玉莹. 山东科技大学, 2019(05)
• [2]自嵌入水印算法及其在图像篡改检测和恢复的应用[D]. 葛镜. 华中师范大学, 2019(01)
• [3]一种改进的基于PDE的数字水印算法[D]. 徐树升. 浙江理工大学, 2016(08)
• [4]数字视频水印算法研究及系统实现[D]. 罗成绪. 昆明理工大学, 2013(02)
• [5]中国图像工程:2009[J]. 章毓晋. 中国图象图形学报, 2010(05)
• [6]中国图像工程:2008[J]. 章毓晋. 中国图象图形学报, 2009(05)
• [7]中国图像工程:2007[J]. 章毓晋. 中国图象图形学报, 2008(05)

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