基於隨機矩陣編碼的數字密寫研究

《基於隨機矩陣編碼的數字密寫研究》是依託華南農業大學，由王春桃擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於隨機矩陣編碼的數字密寫研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王春桃
• 依託單位：華南農業大學

項目摘要

如何以可行的計算複雜度獲得任意逼近嵌入效率上界的矩陣編碼密寫算法是數.字密寫領域具有重要科學意義和實用價值的問題。首先，本項目利用具有良好漸近最優性能的隨機碼設計矩陣編碼，並在限定最大可修改比特數目的基礎上將矩陣編碼問題轉化為稀疏表征問題，進而利用稀疏表征的相關理論和方法獲得具有多項式計算複雜度的編碼算法。進一步研究隨機編碼矩陣的最優構造方法，獲得一簇針對任意載體長度、稀疏程度和連續嵌入容量的隨機編碼矩陣，並籍此揭示基於隨機矩陣編碼的密寫方法對嵌入效率上界的逼近性能。其次，本項目設計失真原型和失真函式，以更好地反映載體元素的修改對局部統計特性及密寫分析的影響，從而更好地引導密寫算法自適應地將信息嵌入到失真最小、最不利於密寫分析的載體元素中。最後，我們將失真原型/函式與隨機矩陣編碼進行整體最佳化，並研究具有多項式複雜度的最佳化求解方法，以更進一步逼近嵌入效率上界，進而設計更實用、安全的密寫算法。

結題摘要

設計具有高效嵌入效率的矩陣編碼以及構造能良好反映數字密寫對統計特性影響的失真原型/函式，是提高數字密寫性能的核心問題。本研究項目通過分析現代數字密寫分析工具的特點以及數字密寫對統計特徵的影響特性，構造了兩種自適應失真函式，能較好地引導STC將秘密信息嵌入到對統計特徵影響較小的係數中，進而提升了數字密寫的性能，與同類最好數字密寫算法性能相當或更好。本研究項目將數字密寫問題表征為矩陣編碼問題，並利用稀疏矩陣理論和方法去構造具有高嵌入效率的隨機編碼矩陣。我們獲得了相應的結果，不過在同等的計算複雜度情況下性能不如其他研究人員提出的、高性能的校正子格線編碼（STC），影響了結果的實際套用價值。此外，我們嘗試套用冗餘小波分析數字密寫對統計關係的變化時，利用數值分解方法和理論推導方法構造了兩種具有可旋轉、可縮放和平移不變性的可變形金字塔變換（DPT），發現並推導了旋轉、縮放和平移的同步機制。雖然利用DPT沒能更好地揭示數字密寫對統計關係的變化，但鑒於其良好的幾何同步特性，我們利用其設計了抵抗幾何攻擊的數字水印算法，取得了較好的抗幾何攻擊性能。我們亦嘗試套用研究過程中累積的稀疏矩陣理論和方法對加密圖像進行壓縮，設計了兩種加密圖像壓縮算法，所獲得的性能優於同類最好加密圖像壓縮算法，且與針對未加密原圖像的JPEG壓縮性能相當甚至更好。