數字水印的魯棒性評測建模和算法研究.pdf

1、數字水印的魯棒性是水印技術實用化的一個重要指標。與加密技術不同，數字水印技術并不嚴格要求內容無失真?zhèn)鬏敚灰藗冊谝曈X或聽覺上感知無變化，允許內容使用時和原始內容存在一定程度的失真。這就要求隱藏在數字內容中的水印信息在傳輸和處理后能幸存(被有效檢測)，這種幸存能力稱為數字水印的魯棒性。論文結合魯棒水印的研究需求，從理論和算法設計兩個方面開展研究。
　　 理論上要設計符合魯棒性要求的水印算法必須首先確定魯棒性的描述方式和評價標準。

2、論文在這一領域的主要研究成果如下：
　　 (1)將數字水印看作一個通信過程，將參與水印系統(tǒng)的各方看作隨機統(tǒng)計量，以接收的數字內容和水印信息之間的互信息為代價函數，建立水印系統(tǒng)魯棒性描述和度量的一般模型--互信息度量模型。該模型可作為一般水印系統(tǒng)魯棒性分析的框架。
　　 (2)論文在互信息度量模型框架下，按照數字水印透明性和魯棒性的要求，對具有典型代表意義的擴頻水印和量化水印進行性能分析。
　　 i.在擴頻水印分析

3、中，從一般加性擴頻方案和改進的擴頻方案兩個方面，分析推導了度量魯棒性的互信息函數求解方式，仿真計算了高斯噪聲和JPEG壓縮情景下魯棒性函數隨水印噪聲比或壓縮強度的變化關系，并通過實驗測量和統(tǒng)計誤比特率來驗證魯棒性評測結果的有效性。實驗結果表明互信息函數評測的魯棒性能與實驗誤碼率評估的結果很好地匹配，且水印噪聲比越大，互信息函數值越大，水印系統(tǒng)越魯棒，相應的誤碼率越小。
　　 ii.針對量化水印范式，論文分析了量化索引調制(Qua

4、ntization IndexModulation：QIM)水印和失真補償量化索引調制(Distortion CompensatedQuantization Index Modulation：DC-QIM)水印之間性能差異，運用互信息度量模型評測它們在不同條件下的魯棒性，并通過仿真實驗檢驗該模型在高斯噪聲和均勻噪聲以及JPEG壓縮條件下的魯棒性估計，實驗結果表明，互信息度量模型評測的魯棒性隨水印噪聲比增大而增大，且與實驗檢測的誤碼率之間

5、是匹配的，兩者對水印系統(tǒng)可靠性的評測結果是一致的。
　　 (3)算法研究方面，在DCT域水印的嵌入策略分析中，以互信息度量模型對魯棒性評測結論為指導，確定水印嵌入位置的選擇方法，指出在兼顧透明性和魯棒性要求的前提下DCT域DC系數是一種較優(yōu)的嵌入位置。實驗仿真表明，基于DC系數的水印方案和低頻、高頻AC系數相比，具有較好的魯棒性，且其PSNR或SNR是可接受的感知范圍。
　　 (4)論文以互信息度量模型對魯棒性的評測結論

6、為指導，結合獨立分量分析(Independent Component Analysis：ICA)方法提出一種 DCT域上的圖像水印算法。在算法實現(xiàn)時，以視覺掩蔽門限系數為參數調制水印的嵌入強度，以公開傳播渠道獲取的公共參照圖像，作為ICA算法的一個參考輸入，提取水印。在魯棒性測試實驗中，算法表現(xiàn)出較好的魯棒性。由于參與ICA運算的公共參照圖像由密鑰控制生成，無需作為隱秘參數，因此不占用水印系統(tǒng)的傳輸信道，從這個意義上認為是個盲檢測的水印