基于加性非高斯噪声信道模型的DCT域数字水印技术研究

本文提出了基于加性非高斯噪声信道模型的DCT域数字图像水印算法.该算法将水印信号嵌入在图像的DCT中频变换系数上,并采用广义高斯分布建立DCT交流变换系数的统计模型.在数字水印不可感知特性的基础上,应用统计信号检测理论,推导出相应的水印检测算法.实验结果验证了新方法的有效性.     

数字水印的信道选择及容量分析

该文提出了一种基于噪声允许的信道选择方案,根据图象自身特点,结合人眼视觉模型和噪声可见性函数,找出了在满足不可见性条件下每个信道可嵌水印的最大强度。在应用香农信道理论进行容量估计的同时,协调好了鲁棒性、不可见性、容量三者的关系。     

一种基于多尺度空间的图像水印算法

当前数字水印对常见的图像处理攻击如高斯噪声、中值滤波、有损压缩等具有较强的抵抗能力,但其抵抗剪切、缩放等几何攻击的能力较差。因此,为提高数字水印的鲁棒性,结合尺度不变特征变换算子和视觉感知模型,提出一种基于不变特征的水印嵌入方法。基于广义高斯分布模型对小波系数进行刻画,并根据二值假设检验理论确定水印的检测阈值,由此进一步给出水印虚警和漏警之间的工作特性曲线关系。实验仿真结果表明提出的水印方法在抗压缩、叠加噪声、缩放、剪切、旋转等攻击时具有较好的鲁棒性能。     

基于Gauss-Hermite分布模型的水印检测算法研究

图像水印的检测来源于统计信号处理的思想,其关键在于如何对图像经变换后的系数进行建模。在已有的水印检测模型中,图像基于高斯分布进行建模,容易导致在抗攻击条件下水印检测的性能较低。为克服这一不足,结合图像的视觉感知模型和高斯-埃尔米特(Gauss-Hermite)统计分布模型,提出一种数字水印的嵌入和盲检测方法。在水印嵌入中,以临界可见误差值JND(Just Noticeable Difference)作为水印嵌入强度,以提高水印的不可感知性。在水印检测中,基于高斯-埃尔米特分布对图像小波系数进行建模,并通过假设检验提出了水印的盲检测模型,最后推导了虚警概率和检测概率之间的工作特性关系。仿真结果表明:提出的水印检测模型在诸如噪声、JPEG压缩、滤波以及缩放等攻击下具有较好的性能。     

非高斯噪声环境下基于RLS的稀疏信道估计算法

现有的信道估计算法大多是基于高斯噪声模型假设。然而在实际无线通信环境中,常常出现脉冲噪声使得噪声不再满足高斯模型,而是满足一种广义高斯分布(GGD)噪声模型。采用传统的自适应信道估计算法(如递归最小二乘(RLS)算法)无法抑制这种非高斯噪声的干扰。对此提出一种可抑制非高斯噪声干扰的RLS信道估计算法。该算法通过在标准RLS算法中引入两种稀疏约束函数(L1-范数和L0-范数)来有效地挖掘稀疏结构信息。通过蒙特卡罗仿真,验证了提出的信道估计算法的估计性能比标准RLS算法更好。     

基于GSM模型的扩频水印安全性分析

近年来, 数字水印安全性的研究日益受到重视. 对数字水印安全性的攻击是指对水印通信中密钥的估计, 水印的安全性可以用对水印密钥估计的Cramer-Rao 界(Cramer-Rao bound, CRB)来衡量. 扩频水印的安全性具有重要的研究价值. 以往的研究假设图像载体呈高斯分布, 忽视了实际自然图像载体分布的非高斯性对水印安全性的影响. 本文利用高斯尺度混合(Gaussian scale mixture, GSM)模型描述自然图像载体的非高斯特性, 从理论上分析了扩频水印在KMA (Known message attack) 和WOA (Watermarked only attack)攻击下的CRB和MCRB界(Modified Cramer-Rao bound), 得出了扩频水印安全性与观测次数、秘密载波长度、水印嵌入能量以及嵌入信息分布特征的关系. 本文的工作对于设计新一代的安全、鲁棒水印具有重要的意义.     

一类带边信息的时变数字水印信道容量分析

在对数字水印信道容量分析时,通常假设水印攻击信道的概率分布是完全已知的,但实际中对水印攻击信道的信息在某种意义上是不完整的,如信道估计误差、拉伸和几何攻击等。该文提出了一类带边信息的时变水印信道模型,它包含时变攻击的确定和随机两部分,在对水印信道的概率分布作很少假设条件下,获得了这类水印信道容量的上界和下界,同时也证实了在实际应用中加性高斯噪声信道模型不足以描述水印信道,最后用数值仿真验证了这个结论。     

基于弱信号检测理论的离散小波变换域数字水印盲检测算法

水印检测是数字水印技术的一个关键步骤，但是目前所提出的绝大多数水印检测算法既不具备赖以支撑的理论基础，其检测性能也不是优化的．利用数字水印的不可感知特性，应用弱信号检测理论进行水印检测的研究．首先从图像小波变换系数的统计特性出发，利用广义高斯分布（GGD）来建立小波细节子带系数的统计分布模型；然后针对水印嵌入强度未知的情况，将水印检测问题转化为非高斯噪声中具有未知参数的确定性信号的检测，在弱信号条件下提出一种离散小波变换（DWT）域图像水印的优化盲检测算法．检测性能分析表明，该检测算法能够实现恒虚警率水印检测．实验结果验证了检测性能理论分析的有效性和实际性能的优越性．     

数字水印的攻击方法及评价

介绍了数字水印的基本理论,分析和总结了数字水印的攻击技术,并对水印系统做出了理论评价。通过Matlab实验仿真,使用图像低通滤波、旋转、剪切、JPEG压缩、高斯噪声和椒盐噪声攻击方法对比分析了基于DCT和DFT的水印系统的鲁棒性,并对水印质量做出了评价。     

基于叠加嵌入的码分多址数字水印信道性能分析

由于CDMA具有的优点,人们在数字水印中引入CDMA技术,以改善水印稳健性．但是,在目前的CDMA水印研究中,存在如下问题：嵌入强度一般是依靠经验来确定的．注意到水印信道中对不可觉察性的要求(通过PSNR度量),该文给出了CDMA数字水印中应用叠加嵌入模型时PSNR值的计算表达式,给出了嵌入强度的估算方法,得出了信道误码率表达式,并分析了保持PSNR值情况下扩频正交码码长对于误码率的影响．得出如下结论：在水印比特数、PSNR值不变的情况下,正交码码长的选择不影响水印检测误码率。     

数字水印信道分类及其信道容量分析

在数字水印理论模型研究过程中,将数字水印系统看作一种通信系统,将信道的概念引入数字水印系统,形成数字水印信道,通过对水印信道容量的研究来指导数字水印系统中嵌入算法及攻击算法的设计。基于带边信息的水印信道模型,根据水印编码方和水印译码方是否知道水印的边信息(即信道状态信息),该文将数字水印信道归纳为4类：编译码双方都不知道边信息的水印信道,仅编码方知道边信息的水印信道,编码方和译码双方都知道边信息的水印信道,仅译码方知道边信息的水印信道。对相应的水印信道容量进行了分类讨论,结果证明,这一类含水印强度因子的水印信道容量是水印强度因子的单调函数。     

数字水印嵌入分析研究

在借鉴传统通信模型的基础上提出了图像数字水印系统的通信模型,从信息论的角度研究水印系统的性能,对水印算法设计中所涉及到的嵌入强度、嵌入位置和水印信道的容量等问题进行了理论分析,并推导出有效提取水印的信噪比下界.根据理论结果设计的水印算法具有良好的不可感知性和鲁棒性,最后实验结果表明了该分析和计算的有效性及可行性.     

图像数字水印容量分析

图像水印容量分析是研究在图像中究竟可以隐藏多少信息的问题,研究如何在满足水印不可感知性和鲁棒的前提下传递尽可能多的水印信息。为了研究水印容量,一般把水印的嵌入和提取视为一次通信过程。该文认为应在满足水印不可感知性的前提下,基于图像的内容自适应地限制水印的嵌入功率。该文分析了现有水印容量分析方的不足,提出了一种内容自适应的水印嵌入算法,在此基础上,提出了一种利用噪声可见性函数对水印嵌入功率进行适应限定的水印容量分析方法,并讨论了盲检测和非盲检测情况下的水印容量问题。     

Optimal coding-decoding for systems controlled via a communication channel

In this article, we study the problem of controlling plants over a signal-to-noise ratio (SNR) constrained communication channel. Different from previous research, this article emphasises the importance of the actual channel model and coder/decoder in the study of network performance. Our major objectives include coder/decoder design for an additive white Gaussian noise (AWGN) channel with both standard network configuration and Youla parameter network architecture. We find that the optimal coder and decoder can be realised for different network configuration. The results are useful in determining the minimum channel capacity needed in order to stabilise plants over communication channels. The coder/decoder obtained can be used to analyse the effect of uncertainty on the channel capacity. An illustrative example is provided to show the effectiveness of the results.     

On classical capacities of infinite-dimensional quantum channels

A coding theorem for entanglement-assisted communication via an infinite-dimensional quantum channel with linear constraints is extended to a natural degree of generality. Relations between the entanglement-assisted classical capacity and χ-capacity of constrained channels are obtained, and conditions for their coincidence are given. Sufficient conditions for continuity of the entanglement-assisted classical capacity as a function of a channel are obtained. Some applications of the obtained results to analysis of Gaussian channels are considered. A general (continuous) version of the fundamental relation between coherent information and the measure of privacy of classical information transmission via an infinite-dimensional quantum channel is proved.     

三协作节点的功率分配及其信道容量

针对多协作用户的功率分配及其信道容量问题,讨论了在三个协作用户的通信模型中,当信道增益固定情况下的功率分配。以信道容量为目标函数,给出了最优的功率分配算法。实验结果表明,当信源节点到目标节点的信道增益大于信源节点到各中继节点的信道增益时,信源节点可以直接传送给目标节点。当信源节点到各中继节点的信道增益的平方与信源节点发射功率的乘积小于相应中继节点到目标节点信道增益的平方与相应中继节点发射功率的乘积时,信源节点可以完全通过中继节点来传送给目标节点,在其它情况下,信源节点可以一部分通过中继节点传输,一部分直接传输到目标节点。     

安全高效的水印认证协议

基于完全零知识交互证明系统和位委托方案,提出了可证明的安全水印认证协议.现有文献大都使用基于Cox的扩频数字水印方案或对其进行修改后的扩频水印方案.采用了鲁棒性较强的更适合于版权保护的乘法嵌入规则,在宿主信号中嵌入水印;水印检测时,在充分考虑了不同的变换域、信道特性以及人类视觉特性的基础上,采用基于广义高斯分布和Weibull分布模型的各种变换域的鲁棒优化检测器.使用位委托方案对数字水印信息进行委托,并联合使用随机序列隐藏水印嵌入位置信息.协议确保了在证明相应水印存在的同时,没有泄露任何有关水印的敏感信息,防止了蓄意攻击者利用认证过程中泄露的有关水印的敏感信息(如水印、水印位置、提取密钥等)来移除或伪造水印.数字水印方案对各种变换域的水印检测器给予了较全面的考虑,所以,应用该协议进行水印认证,其安全性、有效性、鲁棒性和实用性都有较大提高.     

基于AVC和小波变换的数字图像水印嵌入量的研究

鲁棒性、不可见性和水印嵌入量是评价图像数字水印质量的3个重要指标,而水印嵌入量又是嵌入算法质量好坏的关键,在分析利用传统通信信道计算水印嵌入量的缺陷和不足的基础上,提出了一种新的计算水印嵌入量算法．该算法不仅分析了图像数字水印的特性,结合了视觉模型和小波变换的特点,而且利用了可变信道（AVC）的原理。实验结果证明,该算法不仅水印嵌入量大,而且水印的鲁棒性和不见性也相当高,此算法的出现为进一步实现信息的隐藏奠定了理论基础。