基于双重频域和离轴全息的鲁棒水印关键技术研究

This study proposes a robust and secure blind detection algorithm for image and video watermarking.?In the implementation process of image watermarking, the transformations of the carrier signal frequency-domain employ a double transform of two-dimensional wavelet transform and the discrete fractional random transform.That will improve the security and robustness of the watermarking system.Moreover,the embedded information is encoded by two-dimensional code, and then use the off-axis holographic technique to change the two-dimensional code image information into the off-axis hologram.By using Off-axis holographic technology can improve the robustness、security and the embedding capacity of the watermarking system, and can achieve blind detection.The frequency domain transformations of video watermarking algorithm employ two-dimensional wavelet transform、 three-dimensional discrete cosine transform and the discrete fractional random transform.A three-dimensional discrete cosine transform will be done for the part of the coefficients get from doing a two-dimensional wavelet transform for each .frame of the video signal.Three-dimensional discrete cosine transform is composed of intraframe two-dimensional discrete cosine transform and interframe one-dimensional discrete cosine transform.?Do the discrete fractional random transform for the signal transformed by two-dimensional wavelet transform and three-dimensional discrete cosine transform again.Finally,superimpose the off-axis holographic signal on the signal transformed by discrete fractional random transform.This will greatly enhance the robustness and security of the watermarking system.

本研究提出一种既具有鲁棒性又具有安全性的图像及视频水印盲检测算法。在图像水印的实现过程中，载体信号的频域变换采用二维小波变换和离散分数随机变换相结合的双重变换，这将提高水印系统的安全性和鲁棒性。此外，嵌入信息通过二维码进行编码，然后用离轴全息技术将二维码图像信息转变成离轴全息图。采用离轴全息技术可以提高水印系统的鲁棒性、安全性和嵌入容量，并可以实现盲检测。视频水印算法中频域变换采用二维小波变换和三维离散余弦变换以及离散分数随机变换。视频信号的每一帧经过二维小波变换后，对部分子带系数进行三维离散余弦变换。三维离散余弦变换由帧内二维离散余弦变换和帧间一维离散余弦变换组成。对二维小波变换和三维离散余弦变换之后的信号再次进行离散分数随机变换。最后在经离散分数随机变换后的信号上叠加离轴全息信号。这将大幅提高水印系统的鲁棒性和安全性。

数字水印系统的安全性和鲁棒性一直是水印研究热点中的难点，也是迫切要解决的问题。到目前为止，鲁棒性问题没有得到完美的解决。因此，需要重点研究现有数字水印技术算法的稳健性、安全性和抗攻击性，并融合数字信号处理技术，找出它们之间的关系，从而提出更好更实用的算法。本研究提出了一种既有鲁棒性又有安全性的图像及视频水印盲检测算法。图像水印算法的实现过程中，首先嵌入信息要通过二维码进行编码，再用离轴全息技术将二维码图像转换为离轴全息图，然后对原始图像采用二维小波变换和离散分数随机变换相结合的双重变换进行处理，最后将离轴全息图叠加在经离散分数随机变换处理后的特定频域系数上。视频水印算法中频域变换则采用了二维小波变换和三维离散余弦变换以及离散分数随机变换。视频信号的每一帧经过二维小波变换后，对部分子带系数进行三维离散余弦变换。对二维小波变换和三维离散余弦变换处理后的信号再次进行离散分数随机变换，最后在离散分数随机变换处理后的每帧信号上叠加离轴全息信号。. 为了验证其鲁棒性和安全性，进行了大量的攻击实验和安全性测试，并构建水印系统实现样本作品的批量处理。安全性能测试结果表明通过控制离散分数随机变换中分数阶次、整数周期变量和随机种子等参数以及离轴全息生成器中参考光入射角度、物体与CCD之间的距离等参数有效地提高了算法的安全性。图像水印的鲁棒性实验分别对隐藏QR码和Datamatrix码全息水印的各种不同标准图像施加压缩、加噪声、旋转、剪切、滤波等攻击后进行性能评价。视频水印的鲁棒性实验主要对隐藏QR码全息水印的各种不同样本视频信号施加噪声、旋转、帧丢失、帧交换、帧平均、马赛克、剪切等攻击后进行性能评价。实验结果表明误码率大部分可以控制在7%以内，能够正确提取二维码中隐藏的秘密信息，具有较强的鲁棒性，并且通过了漏检和误检检测以及唯一性验证。本研究以合理的实验方案进一步证实了本研究中所提出的研究方案和技术路线的正确性。. 通过验证，本方法有效地提高了水印系统的鲁棒性和安全性，并实现了水印的盲检测。本研究中的离轴全息算法、离散分数随机变换、多重分步式变换处理等特色应用及创新无疑是过去的研究中尚未试图过的新颖的方案。本研究在一定程度上提高水印算法鲁棒性的同时，确保了水印系统的安全性，进而加快了数字水印技术走向实用化的进程。结果表明，本研究具有一定的独创性和商业应用前景。