混沌序列下的圖像水印嵌入算法分析

黨小娟 甘霖 戴靜

【摘要】 在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的今天，圖像在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸是越來(lái)越頻繁，因此圖像加密成為研究的重要課題。而混沌序列具有初始條件敏感性、易生成性以及可完全重現(xiàn)性等各種特征，所以該序列就要先加密處理，之后分塊處理圖像，這種加密技術(shù)具有極強(qiáng)安全性。本文闡述了混沌理論，在理論基礎(chǔ)上分析了圖像水印的嵌入算法。

【關(guān)鍵詞】 混沌序列 圖像水印 嵌入算法

一、前言

作為多媒體數(shù)據(jù)的內(nèi)容認(rèn)證與版權(quán)保護(hù)技術(shù)，數(shù)字水印得到了大量研究和應(yīng)用。這種保密方案主要使用到電子產(chǎn)品版權(quán)的保護(hù)中，因此具有了魯棒性、不可感知性以及安全性等各種特征，這些特征也正是確保圖像傳輸安全性所需。因此，研究該技術(shù)必然具有現(xiàn)實(shí)意義。

二、混沌序列理論

2.1 混沌映射

經(jīng)過(guò)函數(shù)映射，就能夠得到良好的一維非線性映射，該映射具有隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特征。因其生產(chǎn)出來(lái)的混沌序列屬于某區(qū)域中的混沌序列，而且該序列為整數(shù)值，具有隨機(jī)性，對(duì)初值非常敏感。定義如下所示：

其中第一個(gè)式子表示不大于符號(hào)內(nèi)值的最大整數(shù)，第二式子表示不小于符號(hào)內(nèi)值的最小整數(shù)。而xk∈{1，2，...m}，參數(shù)為a∈{1，2，...m}。

2.2 生成混沌序列

上式混沌映射經(jīng)過(guò)了n次迭代之后就形成了新的混沌映射，也就是本論文所要使用的映射，當(dāng)然所得的混沌映射式同樣具備混沌特征，也就是具有xk+1= f na（ xk）；假如給定了初始值x0，其參數(shù)a，m獲得值與迭代次數(shù)n值就已經(jīng)被確定了，自然也就生成了混沌序列是：{xk；k=0，1，2，3，...}，這個(gè)序列同樣具備了混沌特征，自然也就對(duì)初始的條件x0非常敏感。

三、計(jì)算圖像水印嵌入的強(qiáng)度因子

按照HVS（人眼視覺(jué)系統(tǒng)）的特征，嵌入的水印強(qiáng)度比某門(mén)限低時(shí)，人眼感知圖像的質(zhì)量相同，就不能夠看見(jiàn)嵌入的水印，該門(mén)限值也就是臨界不可見(jiàn)門(mén)限。所以所選水印嵌入強(qiáng)度因子是不是適當(dāng)是水印算法的關(guān)鍵之處。

要確定水印強(qiáng)度因子，就必須要滿足人類的視覺(jué)系統(tǒng)特征，同時(shí)要依據(jù)原來(lái)圖像內(nèi)容合理的進(jìn)行調(diào)整，水印嵌入的次數(shù)不能夠太多，如果太多必然會(huì)因多次水印相加的平均積累引入誤差。所以應(yīng)用這個(gè)算法過(guò)程中，僅僅有兩次水印能夠自動(dòng)滿足嵌入所需，一次就是將水印低頻嵌入到子圖Hn0中，另一次就是把水印嵌入三個(gè)細(xì)節(jié)子圖Hn1，Hn2及Hn3中數(shù)值較大的小波系數(shù)之中。

四、算法設(shè)計(jì)

從上面的具體分析來(lái)看，實(shí)施嵌入算法的步驟如下所示：

其一對(duì)水印反色進(jìn)行預(yù)處理；設(shè)定水印選擇了256級(jí)的灰度圖像，如果水印的像素平均值超過(guò)了127，就要反色處理，確保水印的高平均像素具有不可見(jiàn)性。其二完成反色預(yù)處理后，就必須要對(duì)水印實(shí)施混沌映射處理，把完成置亂的各個(gè)像素按照掃描順序形成一維序列。其三把H（原始圖像）經(jīng)過(guò)n級(jí)的小波變化，讓低頻子圖大小和水印大小二者非常相同，對(duì)原始圖像進(jìn)行變換后形成最后一級(jí)的小波變換，就能夠獲得四個(gè)子圖，分別為Hn0、Hn1、Hn2、Hn3。其四水印嵌入；在水印的嵌入過(guò)程中，就要依據(jù)圖像的小波子圖分塊不同計(jì)算出嵌入強(qiáng)度因子。低頻子圖Hn0所得嵌入強(qiáng)度因子即為a1；可以通過(guò)計(jì)算所得。而嵌入水印氛圍了兩個(gè)步驟，首先要把水印的一維序列嵌入到低頻子圖的各分塊中，可得嵌入強(qiáng)度的因子是a1；之后依據(jù)水印序列值個(gè)數(shù)就能夠獲取三個(gè)細(xì)節(jié)所得各個(gè)子圖，并從子圖中獲取個(gè)數(shù)相同的大系數(shù)值，一般都是按照絕對(duì)值的大小取，并對(duì)該系數(shù)值水印嵌入。就能夠獲取嵌入的強(qiáng)子因素是a2.其五通過(guò)n級(jí)的小波反變換，就能夠獲得反應(yīng)后圖像Hw。事實(shí)上，提取水印算法就是嵌入逆過(guò)程，而提取水印過(guò)程中就必須要合理利用原始圖像。

五、結(jié)束語(yǔ)

事實(shí)上，這種算法的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)加密算法，而且加密比較好，且不易破解。嵌入算法加密效果好、加密速度快，而且抗攻擊性強(qiáng)及初始值敏感等各種特征，具有較好的抗干擾性與魯棒性，因此具有實(shí)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

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