混沌二维置换网络的设计及其在图像数字水印隐藏中的应用

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1、混沌二维置换网络的设计及其在图像数字水印隐藏中的应用谢荣生秦红磊郝燕玲杨树国〔哈尔滨工程大学，哈尔滨，150001)【摘要】本文利用Logistic映射生成的混沌序列具有遥两性和良好的相关性等特点，提出了一种混沌图像笠乱网络，并对豆乱网络的遥历时间复杂度及其!乱性质进行了分析.将这种混沌I换网络应用到图像水印的嵌入算法中，能够有效地经受住剪切攻击，从而提高水印图像的穗健性.【关键词】兰乱网络，混沌序列，数字水印，小波变换1引言随着Internet和多媒体题技术的发展，以及视频图像网络传播分布的迅速增长，使得作品侵权变得越来越容易，任何

2、人都可以借助一台计算机通过网络轻易地取得他人的原始创作品，尤其是数字化的图像、音乐、电影等，甚至不经作者同意而任意复制、修改，从而侵害了创作者的著作权，因此，多媒体信息的版权保护问题成了一项重要而急迫的研究课题，许多不同的数字水印嵌入方案被建议用来解决版权保护问题。一个好的水印方案必须满足以下特性:隐形性:水印的存在不应明显干扰被保护的数据。稳健性:水印必须难以被破坏和伪造，能够经受各种攻击诸如，滤波、压缩、旋转、加噪、剪切、缩放等。确足往:水tljilf价甲d'11a.5lip'Wvlc^w。二。。。稳健性被认为是水印方案设计的关键

3、和难点，一个健壮的水印方案往往要采用多种技术，如文献[1)综合加密技术、扩频技术和图像处理技术来抵抗滤波、压缩、缩放等攻击。剪切是一种常用的、攻击力很强的水印攻击手段，水印图像经过剪切后往往很难再提取出图像水印来。(这里，有必要区分水印图像和图像水印:水印图像为加入了水印信息的图像;图像水印意味着水印为一幅图像。)本文采用图像置乱方法将图像水印置乱，然后再用小波变换方法将水印嵌入原图像。这里的置乱方法必须具有随机性，使得去掉置乱图像的任何一部分都能够通过反置换得到图像水印的基本轮廓。数字图像置乱的作用就是将图像的信码的次序打乱，实现信

4、码流帧空间内的置乱，消一98一除信码流中的图像信息的相关性。混沌现象是非线性动力系统中一种确定性的、类随机过程，混沌信号具有对初始值的高IV敏感性、不可预测性，并具有遏历性[3,47。因此，特别适合作为置乱地址产生器份。另外，由于混沌序列的这些优良特性，文献[1]所述的加密过程就不需要了，因为混沌置乱本身就是一个抗破译能力很强的加密手段。本文将Logistic混沌映射产生的混沌序列作为图像置乱网络的里乱地址，应用于图像里乱并对混沌序列的追历时间复杂度及其置乱的指标做了分析。2混沌图像置乱2.1图像It乱网络的设计及其追历性分析Logi

5、stic映射的定义为:xr+l=px=(1-.J0<。-<4,0

6、可以作为良好的图像It乱网络地址产生器。对于一个二维mX。的图像，利用两个Logistic映射产生的序列分别乘以m和n,得到两个分别属于[0,m一1]和[0,n一1]区间的两个整数作为It乱阵列的行地址和列地址，依次将图像的数据点重新进行排列，达到对其里乱加密的目的。将(0,1)区间分别分为m等分和。等分，L为由两个Logistic映射产生的混沌序列分别作为行地址产生器和列地址产生器遍历这mx耳个区间所播要的迭代次数。如果迭代的次数L>mxn，则会因为图像置乱网络实现的时间复杂度过离，而没有实际意义，下面对L和二Xn的关系进行分析。为

7、了使Logistic混沌序列对mn个区间进行迫历，迭代次数L孺满足下式:LJ笋J协,(xbjy)d.d，，‘片乙’-犷}r,17r1*1P}(x)pZ。”·‘，ca)其中P}(x)和Pz(Y)由式(3)定义，O-

8、6)由上式可以看出，为了使棍沌序列对所有区间进行遍历，迭代次数L需满足式(6)0但是，由于式〔3)是在大量迭代的基础之上得到的，因此式(6)还只能作为基本理论依据，对于实际应用还要做统计分析。下面分别对m和n分别取不同值