[发明专利]基于反馈混沌系统和邻域辅助的图像认证方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字图像的完整性检测和认证方法，特别是涉及基于数字水印技术的图像认证，属于数字水印技术领域。

背景技术

随着计算机和网络技术的发展，数字多媒体的应用越来越普及。数字多媒体具有复制不变性，传递方便，易于操作等优点。但是，数字作品(如数字图像)的使用也带来了很多问题。无损的拷贝使得数字作品的版权受到侵害，给版权所有者带来了大量的财产损失。难以察觉的篡改和拼接操作破坏了图像等数字作品的真实性和完整性。

近年来的数字水印技术为解决这些问题提供了技术支撑。该技术在数字作品中嵌入一个数字标记(即数字水印)，从而达到保护版权、验证完整性的目的。通常，用于图像认证的水印技术有三个基本要求：1)透明性：水印嵌入不能影响数字图像的视觉效果；2)认证能力：水印方案能够证明图像是否遭受篡改；3)篡改定位：水印方案能够定位和标记出发生篡改的位置。

目前，已出现了一些用于图像认证的水印方法。例如，结合数字签名技术来构造认证水印，并将水印嵌入到图像的最不重要位。但是这类方法由于受到数字签名的数据量的影响，定位精度不高。此外，等价图像块的替换也会破坏其认证能力。还有的研究者采用查找表的方法嵌入水印。但这类方法的准确性不高，并且查找表需要存储，会占用额外的存储空间。

如果要对发生篡改的区域进行定位，一般会采用基于图像块的方案。而这类方案容易遭受矢量量化攻击(Holliman M.，Memon N.：Counterfeiting attackson oblivious block-wise independent invisible watermarking schemes.IEEE Trans.on Image Processing，2000年，第9卷，第3期.页码：432-441)。该攻击利用图像块的彼此独立性构造等价类，伪造一幅拼接图像。矢量量化攻击之所以能够破坏图像的认证效果，关键原因就是水印方案没有考虑当前图像块与其周边图像块的关系。

最近，Celik等人提出了一种等级水印方案(Celik M.，Sharma U.，Saber G.，and Tekalp A.M.：Hierarchical watermarking for secure image authentication withlocalization.IEEE Trans.on Image Processing，2002年，第11卷，第6期.页码：585-595)。该方案应用最低层的检测来保证认证的定位精度，而应用更高层的检测来抵抗矢量量化攻击。但是这个方案仍然采用了数字签名作为认证水印，影响了检测的精度。此外，一旦发生了矢量量化攻击，只能在更高层的检测中揭示和判断篡改与否。由于更高层的尺寸是当前图像块的4倍，结果误判的范围扩大了，而且篡改定位的精度更低了。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提出一种基于反馈混沌系统和邻域辅助的图像认证方法，采用邻域辅助的方法合理地建立了图像块之间的关系，同时带有反馈的混沌系统的设计保证了认证水印的有效性以及定位的精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于反馈混沌系统和邻域辅助的图像认证方法，建立了当前图像块及其相邻图像块之间的关系，当图像块的内容发生变化，或者发生图像块的替换操作时，就会导致认证码的变化。带有反馈的混沌系统的设计保证了认证码的合理性和有效性。

本发明包含水印嵌入和水印提取、认证两个阶段。

水印嵌入阶段主要包括以下三个步骤：

步骤1：图像分割

对于一幅M×N大小的图像I，首先将其分割成互不重叠的尺寸为p×q的图像块。每个图像块可以表示为I_x，y，其中，x，y表示图像块在整幅图像中的位置。

步骤2：认证水印的构造

在每个图像块中，认证水印主要通过当前图像块及其右侧相邻块的像素值的某种运算而获得。而构造过程设计了一个反馈混沌系统。对于图像I，当前图像块记为I_x，y，其右侧相邻块记为I_x，y+1。这两个图像块共包含2p×q个像素。这2pq个像素依次输入到反馈混沌系统中。每个输入的像素都将参与混沌系统的初值计算。

一个混沌系统可由公式(1)来描述，

X_n+1＝f(x_n)    (1)