信息隐藏技术与应用第56章

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1、第5章基于混沌与细胞自动机的数字水印结构5.1概述5.2细胞自动机5.3信号分析和图像处理5.4各种数字水印结构形式5.5基于混沌与细胞自动机数字转化为灰度图像5.5.1混沌产生随机序列5.5.2细胞自动机5.5.3灰度图像产生过程5.5.4水印算法5.5.5实验测试方法及结果目前数字水印的研究主要集中在以下几个方面：1)具有良好健壮性的水印算法的研究，出现了第一代水印（1GW）和第二代水印（2GW）；2)水印的生成及嵌入到宿主信号的策略，水印应该以什么形式存在，如何嵌入到宿主信号，使得水印算法具有好的性能；3)水印检测器的优化，优化水印检测过程，得到最小的漏检率和最小的虚警率，研究水

2、印解码，使得很好恢复出水印；4)水印系统评价理论和测试基准；5)水印攻击建模，对嵌入水印的媒体受到的有意的和无意的修改进行建模，特别是对于新提出的压缩标准，如JPEG2000，MPEG4等；6)印应用研究，这方面的研究主要集中在水印应用系统，包括在网络环境下保护数字媒体的版权，防止非法复制以及对用户进行跟踪等。本章讨论基于混沌与细胞自动机的数字自动转化为灰度图像的方法。数字作为密钥，不同数字能产生不同的灰度图像，其实现过程为数字作为种子，使用混沌迭代产生随机序列，然后转化成二值图像，经细胞自动机处理，最后使用平滑过程，这样就产生了灰度图像。灰度图像作为嵌入宿主信号的数字水印结构，该水印

3、结构的能量集中在低频，为了检验该形式特性，采用空域下嵌入水印,频域下检测水印是否存在。实验的结果显示该水印结构有好的特性，使用该水印结构的水印算法能抵抗一些常见的攻击。5.2细胞自动机5.2.1细胞自动机基本概念细胞自动机的定义：细胞自动机是能和其它细胞（automata/cell）相互作用具有相同的可计算功能的细胞的数组。这个数组可以是一维的串（String），二维的格子(Grid)，三维的立体(Solid)，大部分细胞自动机被设计为简单的方行的格子（RectangularGrid）,也有一些设计成蜂窝状。描述细胞自动机必要的特征包括：状态(State)、邻居关系(Neighbour

4、hood)和规则（Rules）。(1)细胞（Cell）:组成细胞自动机的基本单元；(2)状态（State）:描述每个细胞自动机不同状态的变量，最简单的情况下，每个细胞自动机有两个状态，即0或者1，在复杂的模拟情况下有更多的不同状态，状态可以是数字也可以是描述的特征；(3)邻居关系（Neighbourhood）：是定义的能和具体细胞发生作用的细胞集，我们可以这样理解，这些邻居对这个细胞有影响，不同的细胞自动机有不同的邻居关系，下面给出常见二维格子自动机的几种邻居关系；(4)规则（Rules）：规则定义了每个细胞根据当前状态和邻居的状态来改变自己的状态。规则也是设计者自己定义的，一些细胞自

5、动机规则如Life,Brain,Aurora,Axon,Vote等。Fabricpatterns：设想此细胞自动机由一串细胞组成。描述如下：(1)状态:0或1(2)邻居:两个相邻的细胞NCN(3)规则:下面的列表显示每个可能的局部配置的细胞的新的状态。如细胞和它的两个邻居的状态排列。因为对每个细胞有可能的状态为0或1，对3个细胞有8条所需要的规则，分别列出如下：000->0100->1001->1101->1010->1110->0011->0111->0假设开始只有一个细胞状态为1，下面给出这个串随时间的变化情况，这里“.”表示0。细胞自动机有很多好的特性，包括自组织性、行为像人性等

6、。5.2.2基于投票规则的细胞自动机基于投票规则的细胞自动机:状态:0或1邻居:中心的3*3邻居规则:计数p表示中心的3*3邻居中1的个数（包括中心本身）,ifP<5,中心设置为0,否则设置为15.3信号分析和图像处理空域过滤及过滤器的定义：使用空域模板进行的图像处理，被称为空域过滤。模板本身被称为空域过滤器，图像的空域滤波就是二维卷积，即对每个像素的输出都是其自身灰度与其邻域像素灰度的加权组合，不同的线性滤波器对应着不同的灰度加权方式。利用7x7的均值滤波器来平滑（Smoothing）经过细胞自动机处理后的模式，均值滤波器的卷积模扳为：5.4各种数字水印结构形式5.5基于混沌与细胞自

7、动机数字转化为灰度图像5.5.1混沌产生随机序列混沌区的数据有两个特性：迭代不重复性和初值敏感性。当选定适当系数使方程进入混沌状态时，方程将进行无限不循环迭代，因此不会出现重复的迭代值。任何人如果不得到迭代方程及其初值x0都无法预测下一个迭代值，这种迭代的结果可以用来产生随机序列。混沌产生随机序列采用了混合光学双稳模型，下面的方程为混合光学双稳模型的迭代方程：A和XB是方程的系数，随着参数A，XB的变化，系统将从固定点失稳，经倍周期分岔进入混沌