一种基于混沌序列的数字水印算法实现及分析.doc

 文章编号 :1000 - 9779 (2005) 02 - 0064 - 03 一种基于混沌序列的数字水印算法实现及分析 杨 洁 , 刘金平 , 蒋加伏 (长沙理工大学 , 湖南 长沙 410076) 摘 要 : 数字水印技术是进行数字产品保护的一种重要手段 。提出了一种基于混沌序列的 数字水印算法 ,在水印嵌入原始图像之前 ,利用混沌发生器生成的随机序列对水印图像进行 置乱处理 ;水印位置的确定采用边缘提取的方法 ,简单易行 。 关键词 : 混沌序列 ; 数字水印 ; 嵌入 中图分类号 : TP391 文献标识码 : A 随着数字媒体的飞速发展和广泛应用 ,特别是 Inter net 的普及 ,为图像信息的传输和获取提供了非 常有利的条件1 ,但同时也带来了新的问题 ———信息数字化产品的版权保护问题 。数字水印 ( Digital Water mar king) 技术作为信息数字化产品的版权保护的有效手段 ,正得到广泛的研究与应用 。数字水印 本质上是一个隐藏在数字化多媒体中的信息 ,它不易被人眼察觉但是可以被计算机“阅读”,数字水印具 有不可感知性 、鲁棒性 、安全性和可靠性等特性 。 混沌现象是自然界中存在的普遍现象 ,是非线性动力系统中局部线性与整体非线性性相互作用的 结果 。由于混沌序列具有对初值的敏感性 、非周期性等特征 ,因此经过混沌置乱预处理的水印信息就很 难被破解 ,具有很高的安全性和可靠性 。目前 ,有很多基于混沌序列的数字水印算法都是利用混沌产生 的随机序列来确定水印的嵌入位置 ,但是这样容易出现在人眼敏感的位置上加水印的问题 ,影响水印嵌 入的效果 。本文利用混沌产生的随机序列来对水印图像进行置乱预处理 ,其实质相当于是给水印图像 进行加密之后再将其嵌入原始图像中 ,增强了水印的抗剪切能力 。 1 混沌序列与混沌发生器 1 . 1 混沌序列的特点 混沌是存在于确定系统中的内在的随机性 ,它的不严格的定义是 :如果一个系统具有对初值的敏感 性且存在非周期运动 ,则认为该系统是混沌的 。 混沌序列具有 3 个非常明显的特点或者说是优点 ,那就是 :易于产生 ,混沌序列仅需要采用一维混 沌映射方程就可以得到 ,且生成速度快 ;对初值极其敏感 ,初值有微小的变化就能得到两个完全不一样 的混沌序列2 ,同样 ,混沌系统模型或者其中任一参数不同就可以得到互相关性为零的不同混沌序列 ; 必威体育官网网址性好 ,如果不知道混沌模型及其相关参数 ,几乎不可能破译 。因此 ,利用混沌序列对水印进行置乱 处理之后 ,增强了水印的安全性和可靠性 。 1 . 2 混沌发生器 文献 3 提出了一个很好的混沌发生器 ,由它生成的混沌序列是一个整数值混沌序列 ,其定义如下 : max Int〔( m / a) x k 〕 1 ≤ x k ≤ a = f a ( x k ) = ( 1) x k +1 min Int〔m ( m - x k ) / ( m - a) 〕 a x k ≤ m 收稿日期 :2004 - 11 - 15 基金项目 :湖南省自然科学基金资助项目 (03JJ Y3101) 作者简介 :杨 洁 (1966 —) ,女 ,长沙理工大学讲师 . 其中 : max Int ( z ) 表示不小于 z 的最小整数 , 即大于等于 z 的最小整数 ; min Int ( z ) 表示不大于 z 的最大 整数 , 即小于等于 z 的最大整数 ; x k ∈{ 1 , 2 , , m } ; 参数 a ∈{ 1 , 2 , , m } 。 混沌发生器 ( 1) 经过 n 次迭代后就得到一个混沌随机序列 。本文利用这个混沌序列对水印图像进 行处理 , 得到混沌水印图像 。 水印的嵌入与检测算法 2 原始图像 I R 是大小为 M ×N 的灰度图像 , 若原图像是彩色图像 , 就应先将其转换成灰度图像 。而 水印图像 I W 则是大小为 m ×n 的灰度图像 , 水印图像的像素数必须少于原始图像的像素数 , 即要求 m M 且 n N 。 2 . 1 水印的嵌入算法 1) 给定混沌发生器 ( 1) 的参数 a 、m 和迭代次数 n 的值 ( n 的值由原始水印的大小决定) , 选取初始 值 x 0 , 并把初始值 x 0 作为密钥 , 这里 a 、m 和 n 的值可以公开 , 将得到的随机序列对水印图像进行混沌 预处理 。首先将得到的一维随机序列转化为与水印图像相同规格的矩阵 , 将混沌矩阵和水印矩阵都转 换成二进制之后对这两个矩阵进行异或运算 , 得到另外一个矩阵 , 且将其称为混沌水印矩阵 。 2) 对原始图像 I R 用的是算子并且选