[发明专利]基于分数阶超混沌和DWT-SVD的彩色图像水印嵌入和提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全中的图像水印领域，尤其涉及一种基于分数阶超混沌和DWT-SVD（离散小波变换-奇异值分解）的彩色图像水印嵌入和提取方法。 

背景技术

计算机网络和通信技术的迅猛发展，使得数字媒体（图像、音频、视频）的传播越来越便捷，随之而来的数字媒体的信息安全、版权保护和认证等问题日益凸显。传统的基于密码学的安全措施对非法复制、伪造、篡改和侵权等攻击显得力不从心，出于对数字产品本身及其原有者利益的保护，数字水印技术应运而生。另一方面，与整数阶混沌系统相比，分数阶混沌系统具有更丰富、更复杂的非线性动力学特性，难于预测和破译，用于加密算法时可增大密钥空间。因此，分数阶混沌系统应用于数字水印技术，可提高水印信息的安全性。 

根据水印存在方式，数字水印分为可见水印和不可见水印。在版权保护领域使用较多的是不可见水印，其必须具备的基本特征是：不可感知性、鲁棒性和安全性。数字水印实现方法多种多样，按照数字水印嵌入的位置，可将其分为空间域数字水印和变换域数字水印两类。空间域数字水印是直接在原始信息的信号空间上叠加水印信息；变换域水印是先将原始信息进行某种变换（DCT变换、DWT变换、DFT变换等），然后在变换域上选择位置嵌入水印信息。现有的研究表明，变换域水印方法比空间域水印方法具有更强的鲁棒性和抗攻击性，得到了广泛深入的研究。特别地，小波变换（DWT）具有很好的时域-频域特性，能够有效的从信号中提取信息，可对信号进行多尺度的细化分析，并且能较好地匹配HVS（Human Visual System），与JPEG 2000、MPEG 4压缩标准兼容。因此，基于DWT域的数字水印研究是目前数字水印领域的一个研究热点。 

现有的图像水印算法研究主要集中于灰度图像，嵌入水印采用的是一维ID序列、二值图像或灰度图像。彩色图像在现实生活中更为常见，它比灰度图像包含的信息量更丰富，且能够提供更多的信息去抵抗非法攻击，在其中嵌入水印进行版权保护显得尤为重要。无论是一维ID序列水印，还是二值图像水印或灰度图像水印，存在的缺陷是，水印所包含的知识产权信息量少，安全性差；嵌入水印信息时，未能充分考虑图像自身的局部相关特性及其人眼视觉特性，数字水印的透明性和鲁棒性有待进一步提高。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分数阶超混沌和DWT-SVD的彩色图像水印嵌入和提取方法，具有安全性高、鲁棒性强、版权信息量大的优点。 

本发明采用下述技术方案：一种基于分数阶超混沌和DWT-SVD的彩色图像水印嵌入方法，包括以下步骤： 

（1）、分别输入RGB格式的图像大小为 的原始彩色图像和图像大小为的彩色水印图像；

（2）、利用分数阶超混沌系统生成混沌序列，对彩色水印图像进行加密，得到RGB格式的加密图像；

（3）将加密图像嵌入原始彩色图像，得到嵌入彩色水印的彩色图像。 

其中所述的步骤（2）中使用的分数阶混沌系统为分数阶超混沌Chen系统， 

分数阶超混沌Chen系统：                     

分数阶次，系统参数，，，和为正的实数，利用分数阶Chen混沌系统对彩色水印图像进行加密的具体步骤如下：

21、给定分数阶次，系统参数、、、和，初始值、、和，利用分数阶超混沌Chen系统生成长度为的四个实值混沌序列、、和；

22、对序列、、和按以下式子进行处理：

，，，，

得到三个新的序列、和，并抛弃各序列的前个值，得到三个长度为的新的序列、和；

23、将序列、和分别放大倍并取整，即，，，

得到新的序列、和；

24、将序列、和中的数据按升序重新排列，并将原序列中各元素所在的位置序号取代重排序列中的对应元素，得到三个由位置序号组成的序列、和；

25、将序列、和中的每个元素分别对256取余，得到改进的序列、和，并进一步将这三个序列转换成三个大小为的矩阵、和；

26、分离彩色水印图像的R、G、B三基色分量得到三个大小为的矩阵、和；将三基色分量矩阵、和中的元素分别与矩阵、和中的元素逐个进行异或运算，即，，，其中，，最终得到加密图像。

其中所述的步骤（3）中彩色水印的加密图像嵌入原始彩色图像的具体步骤如下：