基于通用解码的抗几何攻击水印方法及相关安全性问题研究

近年来数字水印的研究已取得重要进展，但其中有关抵抗几何攻击的水印方法仍被认为是颇具挑战的"公开"问题，并缺乏"通用"的解决方法。本项目研究几何攻击环境下通用水印解码（universal decoding）理论和方法中的几个关键问题，包括：（1）采用信息论框架研究在随机码（random coding）和随机装箱码（random binning）二种典型水印编码下几何攻击水印信道的性能，并研究同步机制对实际水印信道性能的影响和实用化通用解码器的设计；（2）认识到同步对实际通用水印解码器设计的重要性，本项目研究和实现一种新的具有旋转/尺度/平移不变性的可变形多尺度变换（DMST），基于DMST，可以在变换域同时实现几何同步和有效水印解码；（3）研究有关通用解码水印系统的安全性，研究和发展基于自然图像模型的水印系统安全评估和有效安全攻击方法。

通过将几何攻击水印信道描述为离散无记忆信道（DMC）和代表几何攻击的可逆映射T_A的级联信道，美国学者Moulin从理论上证明了抗几何攻击通用水印解码器的存在性。本项目研究有关抗几何攻击通用水印解码方法中的几个关键问题，并在有关几何攻击环境下通用水印解码的理论框架、实用化通用水印解码器设计、水印安全性评估、有效安全攻击方法和大容量鲁棒水印方法上取得显著进展。在项目研究的过程中，我们还同时在多媒体内容安全的其他重要领域，包括可逆信息隐藏、JPEG图像隐写和图像被动取证研究方面取得积极进展。本项目的研究成果对于发展新一代抗几何攻击水印方法和多媒体内容安全研究具有积极意义，本项目的主要研究成果包括：（1）提出和实现了一种新的具有旋转/尺度/平移不变性的可变形多尺度变换（DMST），基于DMST，可以在变换域同时实现几何同步和有效水印解码。（2）针对有关通用解码水印系统的安全性，研究和发展了基于自然图像模型的水印系统安全评估和有效安全攻击方法。（3）研究和实现了一种基于小波域隐马尔柯夫模型的大容量（1/64 bit/pixel）鲁棒水印方法（1/64 bit/pixel），其性能和目前最好的方法相当，计算复杂度低1-2个数量级。（4）针对直方图平移可逆水印方法中的公开问题，即多零/极点对的优化选择，我们提出和推导了有关率和失真模型，及其快速计算方法；在此基础上，分别研究和实现了面向小/大容量的直方图平移可逆水印全局优化算法。（5）研究和实现了一种基于图像差分域统计特征的中值滤波检测方法，可以在低分辨率深度JPEG压缩环境下实现对多图像源（原图像、中值滤波和均值滤波图像等）的有效检测。