（信号与信息处理专业论文）基于图像媒体的数字水印研究.pdf

山东大学博士学位论文 摘要 随着网络和多媒体技术的迅猛发展，数字多媒体产品的生产、复制、获得和 传播变得越来越容易，同时也为盗版或非法存取、复制、篡改和传播等侵权行为 提供了方便，数字产品的版权保护及其真实性和完整性认证成为亟待解决的问 题，数字水印技术就在这种背景下应运而生。数字水印技术是通过一定的算法将 一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，用来证明版权归属( 侵权行为) 以及 认证数字产品内容的完整性，但不影响载体内容的价值和使用，并且不能被人的 知觉系统觉察或注意到，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。随着信息化 程度的提高和电子商务逐渐走向实用，数字水印技术将会拥有更广阔的应用前 景。数字水印技术的研究和应用对版权保护、数据认证和完整性检验、使用控制、 广播监控、用户跟踪等方面都有非常重要的理论意义和应用价值。 本文总结了前人对数字水印和有限脊波变换( f i n i t er i d g e l e tt r a n s f o r m f r i t ) 的研究，以f r i t 为主要数学工具，对图像数字水印进行了一定的研究。在获得 一些f r i t 系数的特征后，主要针对数字水印在图像中的嵌入位置提出了几种数 字水印方案。工作的前期还对基于d c t 域的水印进行了研究。本论文围绕鲁棒性 水印与半脆弱性水印这两种数字水印技术展开研究，结合人类视觉模型，设计了 多种新的水印算法，所得的创新成果有： 1 、在有限脊波变换( f i n i t er i d g e l e tt r a n s f o r m f r i t ) 域提出了一种基于软门 限的数字水印方案。对于一个p x p ( p 为素数) 的图像块，经过f r i t 处理后，得到 p 1 ) ( 矿1 ) 的系数矩阵，每列系数对应着一个方向。已有的基于f r i t 的数字水印 方案是把水印信息嵌入在能量最大的一列系数中，缺少理论分析。把图像分块处 理后，曲线可以近似等效为直线，便于f r i t 处理。该方案首先将图像分为大小 相等的块，对每个块进行f r i t 变换，利用软门限的方法确定出适合隐藏水印的 f r i t 系数。利用噪声可见性函数( n v f ) 亥i j 画了图像的纹理活跃性程度，同时定义 了一种亮度对比度函数，兼顾照度掩蔽和纹理掩蔽，估算了f r i t 系数的噪声可 见性，自适应地嵌入水印信息。实验表明该算法具有很强的鲁棒性和不可见性。 2 、在f r i t 域提出了一种基于最大后验概率( m a x i m u map o s t e r i o r - m a p ) 估计 的数字水印方案。图像中的边缘是图像中有奇异性的地方，不仅仅是点奇异性， 更多的是线性奇异性，而f r i t 对直线性奇异性有稀疏表示。该方案首先用r o b e r t s 算子提取图像边缘，由于边缘图像是曲线，所以对边缘图像分块进行f r i t 变换， 山东大学博士学位论文 然后用拉普拉斯( l a p l a c e ) 分布模型分析边缘图像的f r i t 系数，依据最大后验概率 ( m a p ) 准则，估计出适合嵌入水印的f r i t 系数。根据人类视觉系统的掩蔽特性， 确定恰好感觉距离( j n d ) ，由j n d 控制水印的嵌入强度，自适应地嵌入经过扩频 处理的水印信息序列。实验表明该算法的鲁棒性和不可见性优于方案一。 3 、在f r i t 域提出了一种新颖的用于图像内容认证的半易损数字水印方案。 该方案提取图像在f r i t 时产生的均值信息，该信息作为图像内容特征，经过2 比特编码生成认证水印。利用b a y e s 最小风险函数估计出适合嵌入水印的f r i t 系数，采用抖动调制技术，把认证水印嵌入在选出的f r i t 系数中，并定义了一 种篡改函数，对认证图像实现了灵活认证。实验结果表明，此算法简便高效，能 很好地区分图像内容的恶意篡改和偶然修改，并能确切指出篡改的位置。同时， 该方案也可以用作版权保护，是一种多用途水印方案。 4 、提出了一种d c t 域的数字水印改进算法。本方案通过相邻图像块的d c t 中频系数间的关系嵌入水印，实现了水印的盲取，并具有一定的纠错能力。将中 频系数子矩阵中的像素分别与它的前方、左上方、上方三个不同方位的相邻块间 同位置的像素比较，生成三个关系矩阵，由三个关系矩阵的多数判决，形成中频 系数的极性矩阵，根据该极性矩阵和被置乱的二值水印，选择性地修改部分中频 系数，将视觉可识别的二值水印嵌入到原始图像中。实验结果表明这种算法对 j p e g 压缩、添加噪声、剪切、图像模糊、图像增强等多种攻击有较强的鲁棒性。 5 、提出一种基于d c t 的高效图像水印算法。许多基于d c t 的数字水印算 法通过修改d c t 系数实现水印嵌入，这些算法中系数的修改量都是根据实验确 定的，缺少理论依据，而且很难实现自适应嵌入。该方案通过调整选定的d c t 中频系数与交流系数标准差的关系嵌入水印，兼顾了水印的鲁棒性和透明性。根 据d c t 交流系数的拉普拉斯分布模型，根据均方误差最小准则和最大后验 ( m a p ) 估计，推导出水印的嵌入门限值。水印的提取不需要原始图像。应用 r s a 方法生成的单向h a s h 函数，对二值水印图像置乱，增强水印的安全性。实 验结果表明这种算法对j p e g 压缩、添加噪声、剪切、图像增强等多种攻击有很 强的鲁棒性。 关键词：数字水印；图像水印；人类视觉模型；版权保护；认证；有限脊波 变换( f r i t ) ；离散余弦变换( d c t ) ；鲁棒性；透明性 2 山东大学博士学位论文 ab s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n dm u l t i m e d i at e c h n i q u e s ，d i g i t a lm u l t i m e d i a p r o d u c t sc a nn o wb ep r o d u c e d ，c o p i e d ，a c c e s s e da n dd i s t r i b u t e dm u c hf a s t e ra n d e a s i e r a tt h es a l t l et i m e ，i tp r o v i d e st h ec h a n c et op i r a t e st oi n f r i n g et h ec o p y r i g h tf o r v a r i o u si l l e g a lp u r p o s e s t h a tm a k e sc o p y r i g h tp r o t e c t i o na n di n t e g r i t ya u t h e n t i c a t i o n u r g e n ti s s u e st ob er e s o l v e d t h et e c h n i q u eo fd i g i t a lw a t e r m a r ki sb e i n gd e v e l o p e d u n d e rt h i sc i r c u m s t a n c e d i g i t a lw a t e r m a r k i n gi st oe m b e dt h em a r ki n f o r m a t i o n ， a c c o r d i n gt os o m ep a r t i c u l a ra l g o r i t h m ，i n t od i g i t a lh o s ts i g n a l ，s u c ha si m a g e ，a u d i o ， v i d e o ，a n ds of o n h ，t oa c h i e v ec o p y r i g h tp r o t e c t i o n ，a n dc o n t e n ta u t h e n t i c a t i o n ，b u ti t c a n td e g r a d et h ev a l u eo ft h ed i g i t a lh o s ts i g n a l 。t h ee m b e d d e dm a r ki sn o te a s yt ob e d i s c o v e r e da n dn o t e db yt h ep e r c e p t i v i t yo fh u m a n ，a n de x t r a c t e db ys p e c i a ld e t e c t o r o rr e a d e ro n l y w i t hd e v e l o p i n go fi n f o r m a t i o ni n d u s t r ya n dp r a c t i c i n go fe l e c t r o n i c c o m m e r c e ，t h ed i g i t a lw a t e r m a r k i n gt e c h n i q u ew i l lb es h o w nm o r ee x t e n s i v ea p p l y i n g f o r e g r o u n d t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fd i g i t a lw a t e r m a r kw i l lb eo fg r e a tv a l u e b o t hi nt h e o r ya n di na p p l i c a t i o nf o rc o p y r i g h tp r o t e c t i o n ，i n t e g r i t ya u t h e n t i c a t i o n ， a c c e s sc o n t r o l ，b r o a d c a s tm o n i t o r i n g ，c u s t o m e r st r a c k i n g ，a n dt h el i k e o nt h eb a s i so fp r e v i o u sr e s e a r c ho nd i g i t a lw a t e r m a r k i n ga n df r i t , t h i s d i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ed i g i t a li m a g ew a t e r m a r k i n gs y s t e mu s i n gf r i t b a s e do nt h e f e a t u r e so ft h ef r i tc o e f f i c i e n t s ，w eh a v ep r e s e n t e ds e v e r a ld i g i t a li m a g e w a t e r m a r k i n gs c h e m e sa i m i n ga tw h e r et h ew a t e r m a r kw i l lb ee m b e d d e d w ea l s o i n t r o d u c et w ow a t e r m a r k i n gm e t h o d si nd c td o m a i na tt h ef i r s ts t a g eo fo u rw o r k a f t e ra n a l y z i n gt h ei m a g e v i d e ow a t e r m a r k i n gs y s t e m i c a l l y , w eh a v ep r e s e n t e d s e v e r a li m a g ew a t e r m a r k i n gs c h e m e si nt h i sd i s s e r t a t i o na b o u tr o b u s ta n ds e m i f r a g i l e w a t e r m a r k ，a n dt h eh u m a nv i s i o ns y s t e mi sc o n s i d e r e d t h ed i s s e r t a t i o ni sc o m p o s e d o ft h ef o l l o w i n gp a r t s ： 1 a ni m a g ew a t e r m a r k i n gs c h e m ei nf r i td o m a i nw a sp r o p o s e di nc h a p t e r3 b a s e do ns o f tt h r e s h o l d f o ra ni m a g e ，i tw a sp a r t i t i o n e di n t ob l o c k so fd i m e n s i o n p pp i x e l s ，m e a n w h i l et h e f r i to fe a c hb l o c kw a sc o n s i d e r e d ，a n ds i z eo f ( p 1 ) ( p + 1 ) m a t r i xw e r eo b t a i n e d e a c hc o l u m np r e s e n t st h ec o e f f i c i e n t so fa d i r e c t i o n d i g i t a lw a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m si nf r i td o m a i nw e r ea c c o m p l i s h e db y m o d u l a t i n gt h et r a n s f o r mc o e f f i c i e n t s ，w h i c hr e p r e s e n t e dt h em o s te n e r g e t i cd i r e c t i o n 3 山东大学博士学位论文 o fa ni m a g e h o w e v e r , t h e s ec o e f f i c i e n t sw h i c hw e r et h em o s ts u i t a b l ef o re m b e d d i n g w a t e r m a r kw e r es h o r to fs t u d y i nt h i ss c h e m e ，a ni m a g ew a sp a r t i t i o n e di n t oe q u a l b l o c k s ，t h e nt h ec u r v eg e o m e t r i c a ls t r u c t u r eo ft h ei m a g eb l o k ew a sa p p r o x i m a t e l i n e a r ，w h i c hw e r ed e a l tw i t hf r i te f f e c t i v e l y w ed e t e r m i n e dt h ef r i tc o e f f i c i e n t s w h i c hw e r es u i t a b l et oe m b e dw a t e r m a r kb ya d o p t i n gs o f t - t h r e s h o l d an o i s ev i s i b l e f u n c t i o n ，w h i c hp r e s e n t st h et e x t u r ea n db r i g h t n e s sc o n t r a s to fa ni m a g e ，i sp r e s e n t e d t h e nt h en o i s ev i s i b i l i t yo ft h ef r i tc o e f f i c i e n t sw a se s t i m a t e d w a t e r m a r kw a s e m b e d d e da d a p t i v e l y r o b u s t n e s sa n dt r a n s p a r e n c ya r ep r o v e nb ye x p e r i m e n t a l r e s u l t s ，a n dt h e yp r e c e d et h es c h e m ep r o p o s e di nm e t h o d1 2 a ni m a g ew a t e r m a r k i n gs c h e m ei nf r i td o m a i nw a sp r o p o s e di nc h a p t e r3 b a s e do nm a pe s t i m a t e i m a g ee d g ei sas e to ft h es i n g u l a r i t i e so fa ni m a g e ，w h i c hi s n o to n l yt h ep o i n ts i n g u l a r i t i e s ，b u ta l s ot h el i n e a r t h ef r i ta l l o w sr e p r e s e n t i n ge d g e s i n g u l a r i t i e sa l o n gc h iv e si nam o r ee f f e c t i v ew a yt h a nt r a d i t i o n a lt r a n s f o r m a n i m a g ew a so p e r a t e db yr o b e r t so p e r a t o r ，s i n c ee d g ei m a g ei st y p i c a l l yc u r v e ，t h ee d g e i m a g eo b t a i n e dw a sp a r t i t i o n e da n dt r e a t e db yf i n i t er i d g e l e tt r a n s f o r m b a s e do n l a p l a c i a np r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o nf u n c t i o n ( p d f ) ，w ea n a l y z e dt h ef i n i t er i d g e l e t t r a n s f o r mc o e f f i c i e n t sb ya d o p t i n gm a x i m u ma p o s t e r i o r ( m a p ) e s t i m a t i n gp r i n c i p l e b a s e do nt h eh u m a nv i s u a ls y s t e m ，t h ej u s tn o t i c ed i s t a n c ew a so b t a i n e d ，w h i c h d e t e r m i n e dt h es t r e n g t hi fw a t e r m a r ke m b e d d i n g w a t e r m a r kr e p r o c e s s e db ys p r e a d s p e c t r u mw a se m b e d d e da d a p t i v e l y e x p e r i m e n t a lr e s u l t sp r o v et h er o b u s t n e s sa n d t r a n s p a r e n c y 3 w ep r o p o s e dan o v e lc o n t e n t - b a s e di m a g es e m i f r a g i l ew a t e r m a r k i n g a l g o r i t h mf o ra u t h e n t i c a t i o ni n f i n i t er i d g e l e tt r a n s f o r m ( f r i t ) d o m a i ni nc h a p t e r4 t h ea u t h e n t i c a t i o nw a t e r m a r kw a sg e n e r a t e da c c o r d i n gt ot h ei m a g ef e a t u r e ，w h i c h w a st h em e a no fe a c hi m a g eb l o c ke x t r a c t e df r o mf r i t ，w h i c hw e r ec o d e di n t ot w o b i t e se a c hv a l u e i tw a se m b e d d e di nt h ef r i tc o e f f i c i e n t sb yd i t h e r i n gm o d u l a t i n g m e t h o d t h e s ec o e f f i c i e n t sw e r es e l e c t e db ya d o p t i n gm i n i m i z i n gb a y e sr i s ke s t i m a t e w ed e f i n e da t a m p e r i n gf u n c t i o n ，a n da c c o m p l i s h e d a u t h e n t i c a t i o n f l e x i b l y e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h ea l g o r i t h mi ss i m p l ea n de f f e c t i v e ，p r o v i d ev e r yg o o d c l a s s i f i c a t i o no fm a l i c i o u st a m p e r i n ga n di n c i d e n t a lm o d i f i c a t i o n ，a n di th a st h e a b i l i t yt ol o c a l i z et a m p e r i n ga tah i g hr e s o l u t i o n a tt h es a m et i m e ，t h i ss c h e m e i sa l s o u s e di nc o p y r i g h tp r o t e c t i o n 4 a ni m a g ew a t e r m a r k i n gs c h e m ei m p r o v e di nd c td o m a i nw a sp r o p o s e di n c h a p t e r5 t h i sa l g o r i t h me m b e d d e dw a t e r m a r kb yt h er e l a t i o n s h i po fd i f f e r e n c e 4 山东大学博士学位论文 m i d d l ef r e q u e n c yc o e f f i c i e n t s ，w h i c hs i t ed i f f e r e n td c tn e i g h b o r i n gb l o c k s ，a n di t c a nc o r r e c te r r o r st os o m ee x t e n t ，a n di m p r o v e sr o b u s t n e s so fw a t e r m a r k c o m p a r ea m i d d l ef r e q u e n c yc o e f f i c i e n tw i t ht h r e ec o e f f i c i e n t s ，w h i c hs i t et h ef r o n t ，t o p l e f t ，a n d t o pd i r e c t i o nr e s p e c t i v e l y , a n do b t a i nt h r e er e l a t i o n s h i pm a t r i c e s t h e yd e t e r m i n e da p o l a r i t ym a t r i xt o g e t h e ra c c o r d i n gt om a j o r i t yd e c i s i o nr u l e 。w a t e r m a r ki sav i s u a l l y r e c o g n i z a b l ep a t t e r n ，a n dw a se m b e d d e di nt h es e l e c t e dc o e f f i c i e n t sa c c o r d i n gt ot h e p o l a r i t ym a t r i xa n dp e r m u t e dw a t e r m a r k e x p e r i m e n t sa r eg i v e na n dr e s u l t ss h o wt h a t t h i sn e wm e t h o ds u r v i v e ss u c c e s s i v e l yi m a g ep r o c e s s i n go p e r a t i o n s ，i m a g ec r o p p i n g ， a n dt h ej o i n tp h o t o g r a p h i ce x p e r t sg r o u p ( j p e g ) l o s s yc o m p r e s s i o n 5 am o r ee f f i c i e n tr o b u s tw a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mb a s e do nd c tw a sp r o p o s e d c h a p t e r5 t h es t r e n g t hp a r a m e t e ro fw a t e r m a r ki ns o m ea p p r o a c h e sp r o p o s e dw a s d e t e r m i n e db ye x p e r i m e n t s ，a n dl a c k so fs t u d y a tt h es a m et i m e ，w a t e r m a r ki s d i f f i c u l tt oe m b e da d a p t i v e l y w ea i ma te s t a b l i s h i n gam a t h e m a t i c a lm o d e lf o rh i d i n g d a t ai nh o s t i m a g e b ym o d i f y i n g t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e nt h es e l e c t e d m i d d l e - f r e q u e n c yc o e f f i c i e n t sa n ds t a n d a r dv a r i a n c eo fd c tc o e f f i c i e n t s ，w a t e r m a r k w a se m b e d d e d t h i ss c h e m eo w nb o t hg o dr o b u s t n e s sa n dt r a n s p a r e n c e b a s e do nt h e l a p l a c i a nd i s t r i b u t i o nm o d e lo fd c tc o e f f i c i e n t s ，t w ot h r e s h o l d so fe m b e d d i n g w a t e r m a r kw e r ed e d u c e da c c o r d i n gt ot h em i n i m u mm e a ns q u a r e de r r o r ( m m s e ) a n dm a x i m u map o s t e r i o r ( m a p ) e s t i m a t er e s p e c t i v e l y w a t e r m a r kc o u l db e e x t r a c t e dw i t h o u tt h eo r i g i n a li m a g e w a t e r m a r kw a sp e r m u t e db yao n e w a yh a s h c o n s t r u c t e db yt h er s am e t h o d e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h i sw a t e r m a r k i n g m e t h o di sr o b u s tt oc o m m o ni m a g ep r o c e s s i n g k e y w o r d s ：d i g i t a lw a t e r m a r k ， p r o t e c t i o n ，a u t h e n t i c a t i o n ，f i n i t e r o b u s t n e s s ，t r a n s p a r e n c y i m a g ew a t e r m a r k ，h u m a nv i s u a lm o d e l ，c o p y r i g h t r i d g e l e tt r a n s f o r m ，d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m ， 5 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丑竺途兰釜 日期：型夕：! ! ! ! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：彳! 丝珞童芝导师签名：塾j 红 日期：丝211 = ! 山东大学博士学位论文 第一章绪论 1 1数字水印研究的意义 数字水印技术的研究与发展具有重要的意义，它的价值主要体现在两个方 面：一是学术价值，二是商业价值。 数字水印给基础研究和应用研究引入新的问题。数字水印技术是- - 1 7 交叉学 科，它涉及了不同学科领域的思想和理论，如信号处理、信息论、编码理论、密 码学、检测理论、数字通信、概率论和随机理论等，它吸引了许多来自通信、 密码学、图像处理等领域的专家从事这项研究。数字水印技术的特殊要求给上述 领域引入了新的问题。例如：如果数字水印技术按照通信信道建立模型，则水印 的任何攻击都可以当噪声处理，这就给通信领域提出了新问题：如何在这种情况 下增强水印算法的抗噪能力。所以数字水印技术具有很大的学术价值。 数字水印技术有很大的商业价值，它不但己广泛用于许多商业领域，同时还 有着很好的商业前景。现在己建立了许多数字水印应用系统，它们包括所有者鉴 别系统、d v d 防盗版系统、广告确认服务系统、用于交互式电视的水印系统等， 同时它还有许多潜在的商业应用，如：交易的跟踪、所有权的证明、拷贝控制、 认证、信息传输等许多应用。 综上所述，数字水印在商业和学术两方面都具有非常重要的意义和地位，所 以对数字水印的研究成为许多研究机构和人员的重要课题。 1 2 数字水印的产生和发展 随着计算机技术和网络技术的迅速发展，可以轻而易举地对数字产品进行获 取、存储、复制、篡改和传播，使数字产品的版权保护、真实性和完整性认证受 到了很大的冲击。怎样保护数字媒体原创者的版权和经济利益，数字媒体是否安 全、可信，由此引发的信息安全、版权纷争等问题己成为日益严重的社会问题， 数字作品的版权保护和认证已经成为迫切需要解决的难题。 数字水印技术是信息隐藏技术的一个重要分支，能够有效保护数字产品版权 和数据安全。传统的加密方法是依靠密码学技术对数字产品进行加密，只有合法 用户才拥有密钥，这样可以保证数字产品内容的安全传送，同时作为存取控制和 6 山东大学博士学位论文 征收费用的手段。但是，被加密的数字内容在解密之后，就不能保证其不被非法 拷贝、再次传播和盗用。由于密码学对多媒体内容保护的这种局限性，种新的 技术应运而生，即数字水印技术。它通过在原始媒体数据中嵌入特定意义的标记 信息水印来实现版权保护，被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等， 它与原始数据紧密结合并隐藏其中，成为原始数据不可分离的一部分。 数字水印的提出是在2 0 世纪9 0 年代，通过向艺术作品中嵌入标识码以证明 所有权的思想可以追溯到1 9 5 4 年。数字水印技术首次被使用j 是在1 9 5 4 年 m u z a k 公司的e m i lh e m b r o o k e 申请的名为“i d e n t i f i c a t i o no fs o u n da n dl i k e s i g n a l s ”【2 】的专利中。通过应用中心频率为i k h z 的窄带陷波器，将认证码嵌入 音乐载体。该认证码使用了莫尔斯码，把该频率上能量缺失的持续时间编码为点 或长划。该系统被m u z a k 公司用到了1 9 8 4 年前后【3 】。从此，人们开始了对水印 技术各种各样的应用研究。许多公司通过嵌入水印信号进行设备控制【4 巧】。a z t i r k e l 等在1 9 9 3 年所撰写的文章“e l e c t r o n i cw a t e rm a r k 中首次使用了“w a t e r m a r k ”这一术语】。这标志着数字水印技术作为一门正式学科的诞生。1 9 9 4 年 s c h y n d e l 与t i r k e l 等人共同发表了另一篇题为“ad i g i t a lw a t e r m a r k ”的文章【7 1 ， 正式提出了“数字水印”这一术语。1 9 9 6 年，b e n d e r 等【8 】提出了一种针对打印、 扫描应用的p a t c h w o r k 法。该方法把水印信息嵌入在图像数据的统计特性中。 p a t c h w o r k 方法隐蔽性好，并且对j p e g 压缩、f i r 滤波以及图像剪切操作有一定 的抵抗力，但嵌入的信息量有限。 1 9 9 7 年，c o x 掣9 】提出了基于全局d c t 变换的图像数字水印算法。该算法 首先对整个图像进行d c t ，然后对水印进行直接序列扩频处理后，嵌入到d c t 域中幅值最大的前1 0 0 0 个系数上( 除直流分量) 。实验结果表明，该方案对各种 普通图像处理操作，如按比例缩放、j p e g 压缩、抖动和剪切等具有很好的稳健 性。甚至在图像经过打印、复印及扫描等处理后，水印仍能够被恢复出来。这篇 文献同时指出，扩频方案还可应用于音频和视频的数字水印技术中，但并未进行 实验结果。这个算法的价值不仅在于将通信中直接序列扩频技术应用于水印嵌入 技术，而且明确提出数字水印嵌入在载体图像的最重要分量才能有较强的鲁棒 性。c o x 方案已经成为数字水印技术中一个经典的方案，但其也存在一些缺陷， 其中最重要的一点就是水印的提取过程需要原始图像，即它不是盲水印方案。为 了满足水印的鲁棒性和不可见性，许多水印算法应用视觉模型，在载体的不同区 域嵌入不同强度的水印信息。1 9 9 8 年，z e n g 等【l o 】提出基于分块d c t 的水印方 法。嵌入水印时，根据人类视觉模型自适应地进行水印嵌入，兼顾了水印的不可 7 山东大学博士学位论文 见性和鲁棒性，而且对有损压缩和低通滤波鲁棒性较好。b a m i 等、h s u 等【忆】、 t a n g 等【1 3 1 也在d c t 域做了很多有实际意义的研究。d e e p ak u n d u r 等【1 4 1 6 】提出了 基于小波变换的图像水印算法。把图像和将要嵌入的水印信息分别做小波分解， 根据视觉特性进行数据融合，但该方法在提取水印时需要载体图像。后来该方法 进行了改进，通过对小波系数进行特殊的量化来嵌入水印信息，实现了水印的盲 检。许多学者1 1 7 - 2 0 】也在基于离散小波变换的数字水印技术研究中做了很多有意 义的工作。为了克服水印对于r s t ( r o t a t i o n ，s c a l e ，t r a n s l a t i o n ) 变换鲁棒性较 弱的问题，6r u a n a i d h 【2 l 】等人提出了在水印算法中使用m e l l i n f o u r i e r 变换，该 方法利用坐标之间的变换来实现r s t 不变的目的。该方法对r s t 变换有很好的 鲁棒性，但计算量大。另外，还有利用分形【2 2 1 、混沌【2 3 1 、数学形态掣2 4 1 、奇异 值分解【2 5 】、独立分量分析【2 睨8 1 等技术实现水印的嵌入。近几年，随着有限脊波 变换( f i n i t er i d g e l e tt r a n s f o r m f r i t ) 、c u r v e l e t 变换、c o n t o u r l e t 变换的提出， 出现了一些新的数字水印嵌入算法 2 9 。2 1 。作为多媒体真伪鉴别领域的- - f - 重要技 术，脆弱数字水印的概念在国外始于1 9 9 4 年，而真正引起各国学者关注的是在 1 9 9 7 年。从此越来越多的学者开始脆弱数字水印的研究【3 3 。8 1 。 图像水印作为数字水印的基础，蕴育了很多具有普遍意义的算法，为其他形 式数字媒体的数字水印研究以及在实际中的应用奠定了基础，视频水印、音频水 印等各种媒体水印技术也随着图像水印技术的研究迅速发展起来了【3 9 4 2 1 。 数字水印所具有的学术价值和应用价值使越来越多的学者和机构开始关注 和研究这门技术。计算机、通信和信号处理、图像处理等领域内的许多专家、学 者都参与数字水印的研究。1 9 9 6 年5 月3 0 f t - 6 月1 日，在英国剑桥牛顿研究所召开 了第一届国际信息隐藏学术研讨会( i h - - i n f o r m a t i o nh i d i n gw o r k s h o p ) ，至今已 举办了十多届。1 9 9 9 年开始，s p i e 也开设了关于数字多媒体内容安全和水印的专 题讨论会。2 0 0 2 年，国际数字水印专题讨论会( i w d w - - i n t e r n a t i o n a lw o r k s h o po n d i 西t a lw a t e r m a r k i n g ) 在韩国首尔召开，第八届将于2 0 0 9 年8 月在英国举办。另 外，p r o c e e d i n g so fl e e e 、i e e et r a n s a c t i o n so ni m a g ep r o c e s s i n g 、i e e et r a n s a c t i o n s o ns i g n a lp r o c e s s i n g 、i e e et r a n s a c t i o n so ni n f o r m a t i o nt h e o r y 、i e e et r a n s a c t i o no n i n f o r m a t i o nf o r e n s i c sa n ds e c u r i t y 、s i g n a lp r o c e s s i n g 等多种国际重要期刊都发表 了大量关于数字水印技术的论文，其中许多期刊还组织了数字水印的技术专刊。 数字水印研究领域中也涌现出一大批专家，女l ：l l n g e m a r j c o x 、m a r t i nk u t t e r 、p i e r r e m o u l i n 、j o a c h i mj e g g e r s 、m a