随着数字化产品在中国的普及，特别是国际互联网用户的成倍增长以及电子商务的迅速发展，数字产品的版权保护及内容认证成为急需解决的问题，数字水印技术正是实现此类保护策略的关键技术，它的研究热潮始于二十世纪九十年代中期，是一门从信息隐藏领域分离出来的新兴学科。近十年来，在国内外学者的不懈努力下，数字水印技术得到迅速发展，研究内容也越来越广泛、深入。同时，随着与信号处理、密码学、通信理论等多个学科间的相互交叉与渗透，使得数字水印在许多领域都得到有效的应用。 本文研究的是静止图像水印系统。当前的图像水印系统在算法领域主要考虑两个问题：安全性和鲁棒性。安全性是与密码学理论相关的，鲁棒性是与图像分析，图像理解，模式识别等有联系的。本文依托面向无线多媒体传输和保密通信的混沌数字水印技术这一课题，对数字水印技术做了广泛而深入的研究，提出多个核心算法，并对每个算法做了详细的性能分析和计算机仿真。全文的研究思路就是围绕安全性和鲁棒性这两个主体展开，结合着混沌分形理论的最新应用，取得了很多创新成果，与此对应的具体创新点如下： 提出了基于混沌置乱的优化路径搜索水印嵌入和提取算法。在数字水印嵌入时把水印信息嵌入像素的关系中，生成一条最小距离路径，提取时，要求整条路径满足事先定义的最优距离，这条路径上某些点的灰度发生改变时也没有关系，所以具有一定的纠错能力。利用混沌映射的性质对原始图像进行置乱，复杂度不高，实现方便。 针对数字图像水印的安全性问题，提出了一种有效的水印预处理方案。该方案利用混沌映射产生的序列生成随机矩阵，并将其转换成正交矩阵，把正交矩阵作为图像的变换核，可以设计出一套满足密码学中Kerckhoffs准则的变换域水印方案，能提高水印系统的安全性。理论分析和仿真结果显示，该方案不仅能达到离散余弦变换DCT水印算法所能达到的最大抗压缩性能，而且具有更高的安全性。 首次发现一类无限折叠迭代混沌映射ICMIC所具有的特殊频谱特性，与其它映射不同的是，该映射在有限区间内具有无限折叠次数，其Lyapunov指数明显高于许多典型的混沌映射，说明它具有更好的内在随机性。可以用这个映射产生的混沌序列作为水印调制的扩频序列，对应于不同水印要求产生混沌序列。该序列的功率谱在大部分区间的平坦分布特征与高斯白噪声类似，但是它在特殊区域会产生特殊的功率谱特性，这么复杂统计特性是其它混沌映射不具备的。扩频水印的初始序列产生后，需要把它加入到图像的相应位置上，序列要进行二维扩展，也就是说把一维的序列空间填充成二维矩阵，采用具有分形特点的Peano-Hilbert空间填充曲线，可以充分利用到前面提到的混沌序列的特殊统计特性。可以证明Peano-Hilbert曲线在特定的准则定义下具有最好的局部属性。采用低通序列进行Peano-Hilbert空间填充，分析图像的频谱，明显可以发现它的频谱能量都集中在低频部分，对压缩攻击具有很好的鲁棒性。同时针对一类特殊的Jitter攻击方式——抽条，该攻击能破坏扩频序列的同步，造成水印检测失败，而ICMIC图像序列良好的相关性，使之对Jitter攻击具有很好的鲁棒性。 针对水印几何同步问题提出一种基于预估计的水印模版跟踪方案。通过对图像一阶矩的分析，发现图像的质心能体现图像的几何变换特性，因此可以对水印图像的几何攻击产生一个预估计，进而计算出几何攻击的变换参数。在水印检测中，不是对水印图像进行几何逆变换，而是对水印模版进行几何变换，利用模版的主动匹配，可以得到较好的检测效果。该方案可以有效地抵抗任意比例的缩放和任意角度的旋转攻击，以及更加一般的仿射变换攻击，并且在常规的图像处理中具有很好的鲁棒性。通过对水印模版矩阵的预失真代替对接收载体数据的失真补偿，减少载体数据中水印信息的进一步丢失，提高水印检测的准确率。 在半脆弱数字水印方面，针对现有技术的不足，提出了自适应分块技术的混沌半脆弱数字水印，它能区分恶意篡改和非恶意修改，同时根据分块大小自适应显示篡改细节或轮廓部分，为水印走上实用化道路迈出重要的一步。这套方案中，利用混沌动力系统的点映射到图像中的点对，交换点对中的两个点的位置，使整个图像上的点近似随机分布，整个过程完全用密钥控制，具有很高的安全性，半脆弱水印方案就是基于这种有效的置乱方式，此时，恶意修改和图像压缩将对水印图像产生不同影响，可以精确的定位恶意修改的区域。