在信息化时代，数字多媒体已经取代传统媒介成为信息的主要载体。电子图像，音频，视频极大的丰富了人们的生活，然而软件技术以及网络技术的发展使得多媒体信息面临各种安全问题，其中重要的一点是数据完整性受到篡改或数据丢失的威胁。多媒体信息在网络传输中很可能被窃取并被破坏或篡改，这种篡改可以是对单幅图像关键内容的篡改，也可以是对一组前后关联的图像组中部分图像的替换或者修改，如果被篡改的对象是重要的电子票据，医学图像，军事图像，或者是具有关联性的作为法庭证据的图像组，那么将会带来严重的经济损失以及其他严重后果。所以多媒体内容的完整性保护就成为一个多媒体安全方面的重要课题，具有重大的学术价值以及实际意义。而如何在认证检测的基础上对篡改或者缺失的多媒体内容进行恢复是本文侧重研究的主要课题。　　另外，随着大数据和云计算时代的到来，海量的多媒体数据在云存储中将会面临新的完整性保护方面的问题，如何得知在云端中的大块的多媒体数据是完整的，没有缺失或者被恶意替换或者修改，并且当完整的数据受到破坏之后，面对可能出现的大粒度上以及小粒度上数据丢失或者修改，如何同时解决在不同粒度上的数据缺失恢复出完整的数据是一个具有时代意义的研究课题。　　针对多媒体内容在数据完整性上可能面临的不同威胁，本文对图像的篡改恢复问题进行了模型化的分析，给出了一种通用的解决方案。并将构造的特殊的秘密分享方案以及垂直阵列码应用到图像组的内容保护与恢复上，另外还构造了一种新的编码来实现云存储中海量的多媒体数据不同粒度上的完整性保护与恢复。　　本文的主要工作及贡献如下:　　1.对图像完整性认证水印进行了回顾，并对新出现的特殊的认证水印-自恢复水印现状进行了全面的回顾总结和研究，针对传统以备份为代表的自恢复方法所存在的主要问题和两个主要挑战，抽象出了自恢复问题的一般信道模型，对自恢复问题的特点和需求进行了分析，揭示出了自恢复问题中存在的内在权衡关系。基于信道编码方法与图像完整性保护之间的内在统一性，确定了编码是解决自恢复问题的最佳选择，并进一步根据模型特点和需求分析指出了解决传统方法所存在问题的几个关键之处，为自恢复问题的解决提供了理论上的指导。　　2.在模型分析的基础上给出的具体的解决方案中，将编码理论中最前沿的喷泉码引入到用于恢复的参考信息的生成过程，编码方法的采用很好的解决了传统备份方法带来的参考依赖和参考浪费的问题，使得用编码产生的参考信息提供的恢复能力大为提高。在编码策略上本文采用了两次编码的方式避免了额外的解码需求，使得冗余的参考信息能够提供最优的恢复能力，同时为了能够充分利用未被篡改的图像块的信息，使其对恢复有所贡献，本文采用了系统化的编码方法，这些改进使得该方案不受篡改类型和参数的限制始终能够达到一个以前方法中难以达到的稳定的理论上界。在恢复表现上能够容忍高篡改率的同时使得恢复图像达到较好的质量。另外本文所提出的自恢复方法根据不同篡改率产生可变的嵌入负载，最大限度的减小嵌入图像的失真，从而能够进一步的提高嵌入图像和恢复图像的质量。　　3.针对图像不同区域的重要性，提出了基于ROI(Region of Interest)的自恢复方法，本方法能够同时容忍ROI区域和RONI区域都发生一定比例的篡改。图像根据重要性被分成了ROI和RONI两部分，为了尽可能的减少嵌入对ROI区域的影响，在ROI区域仅仅嵌入少数的认证数据，而在RONI区域中嵌入大部分的高精度的基于编码的ROI参考数据。由于编码的有效性，剩余的嵌入空间使得RONI部分也能够根据需要被粗略的恢复。在嵌入方法上，为了最大限度的减少数据嵌入对图像保真度的影响，一种高保真度的方法被自适应的应用到本方案中。实验结果表明，本方案即使在ROI区域100％篡改的时候还能够容忍一定比例的RONI区域的篡改，这是传统方案所不能达到的，并且恢复图像能够保持较高质量。更进一步的，本方案能够通过较小的修改，达到ROI区域的无损恢复。在应用方面，本方案可以应用到电子选举系统中，实现对电子选票的保护，防止对选票内容的恶意篡改，并在篡改发生的时候进行恢复。　　4.提出了基于秘密分享的关联图像组内容的认证以及交叉恢复。对具备图像组恢复功能的秘密分享方案进行了分析，指出了实现图像组内容保护及交叉恢复对一般的秘密分享特殊的要求，并根据图像的像素表达特点和视觉冗余特性，采用了有限域GF(2m)上的代数几何码构造了特殊的图像组分享方案。此方案从秘密分享的角度来看是理想的和完全的，并且份额图像和最后恢复出来的图像质量都是很高的，这种思路为图像组内容的交叉恢复提供了一种通用的方法，也为秘密分享方案开辟了一条新的应用道路。　　5.提出了基于垂直阵列码的关联图像组内容认证与交叉恢复方法。在关联图像组内容保护数据分布的基本特点的基础上，从一般意义上说明了垂直阵列码更适合图像组保护中数据分布的特点，这种新的策略避免了一般的秘密分享或者编码数据产生方向与图像组保护中最终数据存放位置之间的矛盾，从而使得方案流程更加简单和清晰，并且由于阵列码的运算只需要简单的异或运算，故运算复杂度大大降低。在实际方案构造中将团队发明的E码应用进来，使得图像组的恢复能够不受参数的限制。　　6.将基于编码的完整性保护思想推广到了云存储环境下的多媒体数据的完整性保护与恢复，并针对多媒体数据完整性保护与恢复在当前大数据时代云存储中遇到的新的不同粒度上的威肋，提出了一种能够在大粒度和小粒度上同时实现恢复的新的编码方法。本编码方法根据有限域的一些优良特性，将GF(2m)上的元素用二元比特矩阵表达，从而大大降低了整个运算过程的复杂度，通过此方法构造的生成矩阵，能够通过一次编码实现大粒度上的宏编码和小粒度上的微编码，在GF(2m)上的宏编码具备MDS特性，而在GF(2)上的微编码是近似MDS的，这在编码理论中是一种新的接近最优的编码，为云存储中不同粒度上的数据完整性保护与恢复提供了新的解决方案。