一种基于仿射变换的图像置乱预处理的水印算法.pdf

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1、20l4年2月汕头大学学报(自然科学版)第29卷第1期Feb．2014JournalofShantouUniversity(NaturalScience)V01．29No．1文章编号：10014217(2014)O1—0009—08一种基于仿射变换的图像置乱预处理的水印算法李银华，叶瑞松(汕头大学数学系，广东汕头515063)摘要：本文提出了一种基于仿射变换迭代生成的混沌序列对图像进行置乱预处理的水印嵌入算法．选取适当的仿射变换参数及给定初值，使用仿射变换迭代得到一个混沌序列，利用该混沌序列排序生成一个置换排列，对载体

2、图像进行置乱的预处理，从而可以增强水印算法的安全性、透明性和抗攻击的鲁棒性．水印算法是在图像空间域实现的，采用一个图像融合的技术．嵌入算法简单，容易操作．实验结果显示，置乱算法比传统的基于仿射变换的置乱算法有更好的置乱效果，置乱加密的密钥空间也更大；嵌入水印的宿主图像能够有效地抵御剪切、噪声、JPEG压缩等水印攻击，具有较好的鲁棒性．关键词：仿射变换；混沌系统；图像置乱；水印算法中图分类号：O29文献标识码：AO引言随着网络技术和多媒体信息处理技术的快速发展，多媒体数字作品的传输与获取变得日益便捷，但同时也导致数字产品

3、成为非法侵权、盗版行为的对象，多媒体数字作品的版权问题越来越引起人们的重视，数字水印技术是解决这个问题的一个有效的重要方法．水印技术就是将标志数字媒体版权的比特信息按一定的嵌入算法嵌入到数字媒体中，嵌入的水印一般要求具有较好的透明性、安全性、鲁棒性[1-41．通常情况下，要求所嵌入的水印是不可见的，即透明性，使人的感觉系统无法察觉因为嵌入水印数据而导致原始数据所产生的变化，但是水印可以用提取算法提取出来，从而提供了一种版权保护和作品授权的有效方法．为了满足数字水印技术在各种应用中的安全需要，提高水印的安全性和鲁棒性显得

4、尤为重要．为了满足这些要求，对水印和载体图像的预处理显得很有必要，对载体图像或水印信息的置乱加密预处理可以提高水印的安全性、鲁棒性、透明性等[5】．置乱技术是图像加密、图像信息隐藏、图像水印等技术的基础性的工作l，它既可作为一种图像加密方法，又可作为进一步隐藏图像信息、水印嵌入的预处理过程，是一个值得深入研究的课题．已有很多文献提出了图像置乱的方法，如Arnold变换、收稿日期：2013—06—04作者简介：李银华(1986一)，男，汉族，江西省九江市人，硕士．E-mail：564509899@qq．COInl0汕头大

5、学学报(自然科学版)第29卷Fibonacci变换、Fibonacci—Q变换、基于生命游戏的数字图像置乱变换、基于仿射变换的图像置乱等．朱桂斌等人在文献[8]所提出的图像置乱是利用拟仿射变换在有限整数域上进行的，即对坐标为(，Y)的像素，用他们提出的拟仿射变换得到新的像素位置(，Y)，令像素(，Y)的灰度值为原始图像在像素(，Y)的灰度值，从而达到置乱效果，为了使得图像位置变换一一对应，要求拟仿射变换的变换矩阵的行列式值为1，也即保面积变换．该置乱算法需要迭代多次才有较好的置乱效果，并且由于变换在有限域中实现，变换的

6、周期都比较短，使得置乱加密的安全性受到影响．本文将利用混沌系统生成混沌序列，并利用混沌序列对图像进行置乱预处理，使用的混沌系统源于一个简单的仿射变换，仿射变换的变换矩阵行列式绝对值大于1就可使得其对应的系统是个混沌系统．本文推广了文献[8]的拟仿射变换，使得推广的仿射变换具有更好的混沌性质．并用排序方法对混沌序列进行排序得到一个置换，从而对图像进行置乱预处理．置乱效果和文献[8]的做了比较，在视觉上和置乱度衡量上都具有较好的效果．从安全的角度看，本文的仿射变换的系统参数和状态初值的选择范围都很大，具有更大的密钥空间，安

7、全性更好．应用本文提出的置乱算法对载体图像进行预处理，使得水印比特信息在载体图像中分布分散均匀，增加了不可见性、抗剪切、JPEG压缩、噪声等类型攻击的鲁棒性．数值试验的结果表明，本文所使用仿射变换混沌系统具有优良的混沌特性，可以生成具有伪随机性、遍历性、对系统参数和状态初值敏感性的混沌序列，用该混沌序列在水印嵌入过程，使得水印算法具有很好的安全性、透明性、鲁棒性．1仿射变换1．1有限整数数域上的仿射变换仿射变换的一般形式为f=似+6y+e【Y：c++厂写成矩阵的形式()当然，可以将(1)作如下的分解：(I)当C=0时，

8、㈤bx㈦：∽㈣(II)当C≠0时，f／1：f口6+fe、】f01f6+dy／Icd／ly／／l01jIC1一6第1期李银华等：一种基于仿射变换的图像置乱预处理的水印算法11文献[8]引进整数提升变换，证明了当det(＼1=±1时，可以在整数域上实现式(1)Cd／所示的仿射变换，从而可以实现图像位置的置乱．由于在各级整数提升变换中引