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1、2005年4月北京师范大学学报(自然科学版)Apr.2005第41卷第2期JournalofBeijingNormalUniversity(NaturalScience)Vol.41No.23基于置乱和混沌加密的数字图像水印技术研究•贾淑芸黄荣怀温孝东叶卫平(北京师范大学信息科学学院,100875,北京)摘要为了进一步增加水印系统的安全性,对经过置乱变换的二值数字图像水印用时空混沌技术进行加密,使攻击者无法解读嵌入的水印.关键词数字水印;置乱变换;混沌加密;小波变换分类号TP391.41近年来,多媒体技术与Internet技术发展迅速,极和标准,从而实现真正实
2、用的版权保护方案,是信息隐[2]大地改变了出版、商务、通讯等行业的运作方式,也极藏技术最具挑战性也最具吸引力的一个课题.一般大地改变了人们的生活方式.多媒体制作领域逐渐繁意义上认为,数字水印应具有较好的安全性、可证明荣,各种形式的多媒体作品包括音频、视频、动画、图像性、不可感知性和鲁棒性.等纷纷以网络形式发布.但是,互连网络逐渐普及的副3)基于小波变换(DWT)的数字图像水印技术作用也十分明显:作品侵权更加容易、篡改更加方便.小波域算法要先用小波变换把图像分解成一个低频近任何人都可以借助一台普通的个人计算机和一根电话似图像和各个分辨率下3个方向上的高频细节图像
3、,线,通过网络轻易取得他人的原创作品,尤其是数字化结合小波域的人眼视觉特性,把要隐藏的水印加入到的图像、音乐、电影等等[325],甚至不经作者的同意而任意各个高频子带中,以达到人类视觉系统不可感知的复制、修改和发行,从而侵害了创作者的著作权.因此目的.文献[6]给出了一种新颖而简单的算法,本文在网络多媒体作品的版权保护问题,成了一项重要而紧设计系统时借鉴了这一水印嵌入方法.迫的研究课题.数字水印技术正是为了解决这一问题本文使用的载体图像为512×512的标准LENA灰而产生的.度图,因此使用4级小波变换,得到一个32×32的逼近然而,当今的一些数字水印技术由于
4、没有采取加子图.密措施,对于非授权者来讲,容易获取嵌入的数字水4)数字图像水印的置乱变换置乱技术是随着印,并进行篡改,从而影响水印的安全性.使用本文介信息的安全与保密被重视而发展起来的图像加密技绍的加密方法,对经过置乱变换的水印再用混沌技术术.目前,常用的技术主要有以下几种:Arnold变换、幻进行加密,在密钥未知的前提下,非授权者无法获取嵌方、Hilbert曲线、Conway游戏、Gray变换等方法.随着入的数字水印,从而提高了水印系统的安全性.近年来数字水印技术的兴起,将置乱技术应用于水印系统,通过置乱变换尽可能地分散错误比特的分布,提1基于置乱和混沌加密
5、的数字图像水印[7]高数字水印的视觉效果来增强数字水印的鲁棒性.算法本文中,我们采用基于Arnold变换的数字图像置[1]1)数字图像水印数字水印是永久镶嵌在其乱技术:设有单位正方形上的点(x,y),将点(x,y)变到他数据(宿主数据)中具有可鉴别性的数字信号或模另一点(x′,y′)的变换为式,而且并不影响宿主数据的可用性.由于二维水印可x′1,1x=(mod1).(1)以是一幅小的二值数字图像,该图像的内容表明数字y′1,2y产品的版权信息,因此具有特别意义.本文主要对二值反复进行这一变换,可以得到迭代程序:n+1n图像(大小为32×32)水印进行研究.Px
6、′,y′=APx,y(modN),n=0,1,2,⋯.(2)2)数字图像水印技术指标如何设计一套完美将数字图像视为一个矩阵,则经过Arnold变换后的图的数字水印算法,并伴随以制订相应的安全体系结构像会变得混乱不堪.但继续使用Arnold变换,一定会出3“八六三”国家高技术研究发展计划基金资助项目(2001AA144130)•通讯作者收稿日期:2004209217©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第2期贾淑芸等:基于置乱和混沌加密的数字图像水印技术研究147现一幅与原图
7、相同的图像,即Arnold变换具有周期进行置乱预处理(图12b),再使用时空混沌序列对置乱[8]性.后的水印进行加密,生成要嵌入在原始图像数据文件5)水印的时空混沌加密为了提高系统的安全中的最终水印(图12c).一个数字水印系统的提取算法性,我们使用时空混沌系统对二维签名进行混沌加密.与嵌入在步骤上是一一对应的逆过程,这里就不再赘加密后的水印呈现出一种类随机性.述了.签名水印的恢复不需要原始图像的辅助,是一种本文我们采用了单向耦合映射格点时空混沌盲水印技术,因此在实际应用过程中是非常方便的.载(OCRML)系统来产生用作加密签名水印信息的混沌体图像和嵌入了水印
8、的灰度图见图2.[9]二值序列.该系统
