传统的数字水印技术从20世纪90年代提出以来得到了广泛的研究，在诸如数字权利管理、多媒体内容描述与认证、隐藏通信等一些领域也得到了较好应用。数字水印技术的初衷是为了解决版权保护问题，但随着研究的进展和应用的明晰化，人们逐渐发现可以利用数字水印技术将元数据嵌入在媒体里以实现认证、媒体内容检索、权限管理和拷贝跟踪等一系列更实用的功能。基于元数据嵌入思想的水印认证技术利用了水印技术的优点，将数字签名和相关信息作为水印嵌在载体媒体中，实现对载体媒体的原始性、真实性和完整性认证。这类水印认证技术的研究和应用在20世纪90年代中后期发展起来，采用的手段是脆弱或半脆弱水印技术。　　但水印认证技术本身存在缺陷：由于水印数据的嵌入必然会给载体数据带来误差，使得传统的脆弱和半脆弱水印技术对原始载体数据的精确认证在理论上不可行。为了解决这一问题，可逆数字水印技术在20世纪90年代末应时而生，通过数据可逆嵌入的方式实现了载体数据的可完全恢复性，从原理上保证了利用水印技术对原始载体数据进行认证的精确性。与此同时，可逆数字水印能完全恢复原始载体数据的特性引起了许多研究人员，特别是医学图像处理人员和一些国家军方的注意，数据嵌入的可逆性成为这些特殊场合的要求，而且所嵌入的信息也不再仅仅局限于数据量较小的认证信息。随着研究的深入和应用的扩展，传统可逆数字水印算法在数据容量上遭遇了挑战，已经远远不能满足诸多应用对数据容量的要求。如何在保持载体图像视觉质量的情况下显著提高水印嵌入的数据容量，成为近两年来图像可逆水印算法研究的主题。另一方面，传统图像可逆水印算法全都针对自然图像，而更具有商业和军事保护价值、对精确度要求严格的二维矢量数据(如矢量地图)则缺乏可逆水印的应用研究。此外，实际应用中大多数图像都以有损压缩格式存储，但至今尚缺乏能对码流进行精确认证的压缩域可逆水印算法。　　针对以上问题，本文在总结传统图像可逆数字水印算法的基础上，重点研究了自然图像可逆水印算法的性能改进、基于数值扩展原理的可逆水印算法的通用模型、二维矢量数据可逆水印算法和矢量量化压缩域可逆水印算法。鉴于全球范围内对图像与图形可逆水印的研究刚刚兴起，在理论、算法设计、应用框架设计和性能评估等方面存在诸多不成熟之处，本文在提升可逆数字水印算法性能，构建通用性算法框架及其优化，扩展应用对象等方面做了一些尝试。主要研究内容和成果如下：　　针对现有图像可逆数字水印算法嵌入量上的局限，提出了数种整数变换域数值扩展算法。这些算法利用整数变换域系数能量集中分布的特性，提升了可逆数字水印算法的数据容量，降低了嵌入失真。另一方面，利用变换域系数预测技术去除系数间的冗余，使得在同等数据容量条件下，嵌入失真得到进一步降低，可逆数字水印的性能(数据容量/失真度之比)得到提高。另外，本文将空间直方图移位方法应用到了整数小波域，提高了算法性能。　　在现有的数值扩展技术和直方图移位技术的基础上，提出了可逆数字水印算法的直方图扩展通用模型，将一些经典可逆水印算法在直方图扩展模式上给出了统一解释，并可根据此模型找出适合给定直方图的最优扩展模式。给出了基于直方图扩展技术的图像可逆水印算法的全局框架，指明了性能改进的各个可能的方面。　　针对整数离散余弦变换的系数修改引起的空间域数值误差估计的问题，利用浮点数离散余弦变换作为桥梁，提出并设计了整数离散余弦变换系数经修改引起的像素值误差的估计方法，其方法框架同样适用于其它具有非线性特性的整数变换，如整数小波变换。此方法较好地解决了整数变换域系数修改对空间域数据影响的估计问题，使数值溢出问题的解决有了量化基础。　　将可逆水印的应用对象扩展到二维矢量数据和图像矢量量化压缩域。提出了二维矢量数据可逆数字水印的概念和算法，并可使水印嵌入误差可由应用精度或用户需要进行控制，算法比较实用。另外，对压缩域可逆数字水印算法进行了研究，提出了一个较为实用的矢量量化压缩域可逆数字水印算法，在保持矢量量化压缩算法性能和提高水印数据容量两方面均表现良好。