基于ICA和DWT的多重数字图像水印算法

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随着网络数字多媒体技术的发展,数字水印技术成了数字版权保护领域的研究热点。数字水印技术是将特定的信息嵌入到数字多媒体中,从而保护数字多媒体的安全,这种嵌入通常是不可见的,并且对于含水印数据的各种可能的操作具有鲁棒性。独立成分分析(ICA)是近期发展起来的一种盲源信号分离技术,在许多应用领域发挥着重要的作用。目前,已经有越来越多的专家将其应用在数字水印领域。本文简单介绍了数字水印技术的产生背景和发展状况,对小波分析理论在数字水印领域的中应用做了重点介绍。以静止数字图像水印作为研究对象,利用ICA技术在小波变换数字图像领域中的应用,采用置乱技术,实现了两种多重数字水印算法。下面是本文的主要内容。第一章是对数字水印技术的概述,对水印产生的背景知识、数字水印的基本框架和性能评估指标做了简单的介绍,同时概括了数字水印的研究现状和主要应用领域。第二章为本文研究的数字水印算法做了预备知识简介。对置乱技术、小波分析理论和ICA技术做了详细的介绍。其中对ICA技术的算法FastICA做了重点介绍。同时,在此基础上介绍了一些其他研究者在这一领域所做的工作。第三章和第四章是本文的重点章节,分别介绍了两种基于ICA技术和小波分析理论的多重数字水印算法。(1)基于ICA的多重数字图像水印算法。该算法利用ICA技术,在小波分解得到的中频子带中嵌入水印,并利用ICA盲源分离的特性实现了水印的盲提取。首先是水印的生成,该算法实现的是多重水印的嵌入,选取多个有意义的图像作为水印信息,先分别将它们置乱,再将置乱后的图像利用ICA技术进行混叠,然后选择混叠后的一个图像作为水印嵌入,该水印包含所有原始水印的信息。其次是嵌入位置的选取,对原始载体图像进行分块编号;然后由混沌序列发生器产生一组混沌序列,根据密钥选出一定数量的序列;依据序列从原始图像中选出小块组成一个子图像。本算法是对子图像进行小波分解,将含有多个水印信息的水印嵌入到小波分解后的中频子带中。水印嵌入后将其进行小波逆变换,再根据密钥把子图像还原到原始图像中即可得到水印图像。水印的攻击检测采用Stirmark工具对水印图像进行攻击,该算法具有较强的鲁棒性和不可见性。(2)基于图像独立特征分量的多重水印算法。该算法首先根据ICA技术在图像特征提取方面的应用,根据嵌入水印的个数提取出其特征分量,然后对这些特征分量进行两层小波分解,并将各个处理后的水印嵌入到中频子带中,水印的提取过程是非盲的,因为用到了原始载体图像。实验结果表明,该算法在增大水印信息容量的同时保证了水印的不可见性,同时,它对各种常见加噪、JPEG压缩、旋转和剪切等攻击具有较强的鲁棒性。本文的最后一章则是对第三章和第四章提出的两种算法进行了比较,并对本文进行了总结,同时进一步展望了将来的工作方向。
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