[发明专利]一种基于混沌序列的数字水印嵌入和提取方法

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信息安全技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于混沌序列的数字水印嵌入和提取方法。

背景技术

在多媒体信息安全技术领域中，数字水印(Digital Watermarking)是信息隐藏技术的一个重要研究方向。数字水印技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体信息，包括多媒体、文档、软件等载体中嵌入隐蔽的标识信息，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。

当数字水印应用于版权保护时，潜在的应用市场在于电子商务、在线或离线地分发多媒体内容以及大规模的广播服务。数字水印用于隐藏标识时，可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。数字水印的认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的安全不可见通信将在国防和隐蔽通信及其对抗中得到广泛的应用。

目前，数字水印系统的数学模型包括数字水印的嵌入模型、数字水印的提取和验证模型两部份。

图1是数字水印的嵌入模型图。如图1所示，假设载体数据为I，数字水印为W，密钥为K，则水印信息为W通过水印嵌入操作f，即I′＝f(W，I，K)完成嵌入，获得嵌有数字水印的载体数据I′，完成数字水印W的嵌入。

图2数字水印的提取和验证模型图。如图2所示，对嵌有数字水印的载体数据I′，通过水印提取操作g，即W′＝g(I，I′，K)提取出数字水印W′。对提取的数字水印W′和原始数字水印W，通过相似性检测函数sim(W′，W)，获得一个布尔输出，即0/1的过程称为水印验证。

值得注意的是，图1、2中的密钥K在水印嵌入/提取中不是必需。

但是现有的数字水印嵌入和提取方法只能满足的实际应用的一些要求，存在以下不足之处：

透明性(transparency)差：数字水印易被觉察到，影响载体数据的使用价值；

鲁棒性(robustness)不强：抵抗正常的图像处理，如滤波、直方图均衡等能力弱。用于版权保护的鲁棒水印需要最强的鲁棒性，需要抵抗恶意攻击；

安全性(security)不高：一个数字水印系统要走向商业应用，其算法必须公开。也就是数字水印系统应类似于密码学中的Kerkhoffs原则：算法的安全性完全取决于密钥，而不是对算法进行保密以取得安全性。所以，密钥空间需足够大，而且分布比较均匀；

另外，数字水印的嵌入位置效果差，同时水印提取依赖原始数据，很多应用场合无法确定原始载体数据，如：在Internet上搜索很多图像的非法拷贝，或者根本没有原始数据。

从上述内容，我们可以看出现有的数字水印透明性差，安全性、鲁棒性较低，其防伪造、抗碰撞攻击能力上均有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数字水印透明性高，安全性、鲁棒性强的基于混沌序列的数字水印嵌入和提取方法。

为实现上述发明目的，本发明的基于混沌序列的数字水印嵌入和提取方法，其特征在于，在发送端，包括以下步骤：

步骤1：二值数字水印图像进行混沌置乱

将二值数字水印图像W按行重排为一维的二值序列{w₁，w₂，…w_k}，然后与混沌二值序列{x₁，x₂，…，x_k}逐位进行异或操作，得到二值序列{w′₁，w′₂，…w′_k}，即混沌置乱的数字图像W′；

步骤2：原始载体图像进行预处理

从原始载体图像I分割，提取出k个m×m大小的图像子块I_i，i＝1，2，…，k，然后对每一图像子块I_i进行离散余弦变换，得到系数矩阵P_i，i＝1，2，…，k，选取每一图像子块I_i的系数矩阵P_i的第一个系数P_i(1，1)，组成一个低频分量矩阵A；

低频分量矩阵A进行奇异值变换A＝USV^T，得到对角矩阵S的奇异值序列{λ₀，λ₁…λ_k}；

步骤3：将二值数字水印图像嵌入到原始载体图像中

(1)、二值数字水印图像嵌入的位置