基于混沌的组合域数字水印算法

摘要  提出一种基于混沌的组合域的数字水印算法。依据重要性将原始水印分成两部分,分别嵌入载体图像的DCT域和空域。利用混沌对重要水印进行加密，嵌入载体图像DCT域的中频系数中；其余水印嵌入载体图像空域的非LSB位。使得水印方案在具有良好安全性的同时增加了其水印信息的容量。水印提取时不需要原始载体图像。关键词 混沌序列，DCT域，空域 1  引言近年来兴起的数字水印技术为数字多媒体作品的版权保护、图像认证、篡改提示、使用控制等应用提供了诸多解决思路，引起了学者的广泛关注。根据水印隐藏的位置可分为时（空）域数字水印和变换域数字水印。时域数字水印的代表是由Tirkel等人提出的LSB算法。该算法可嵌入的信息量相当的大，但稳健性较差；变换域数字水印的代表是由Cox等人提出了一种基于扩频通信的思想，利用DCT变换技术向图像中添加水印。该算法稳健性好，但较空域算法可嵌入的信息量较小。而由F.Y.Shih[1]等人提出组合域的数字水印算法，有效的将二者的优势结合起来，在考虑鲁棒性的同时大大提高了水印信号的容量。本文就是借助F.Y.Shih等人的思想，提出引入混沌序列的新的组合域数字水印算法。在得到较强的鲁棒水印的同时提高水印信号容量。将原始水印信息分成重要和不重要两部分，分别嵌入DCT域和空域，提取时不需要借助原始图像。并利用混沌密码对重要部分进行加密来增强其安全性。使得水印方案在具有良好鲁棒性的同时增加了其水印信息的容量。本文第二部分介绍了详细的算法，第三部分给出了实验结果和结论。 2  基于混沌的组合域数字水印算法： 2.1 混沌系统混沌现象是非线性动力系统中出现的确定性的、类似随机的过程，且利用其对初值的敏感依赖性，可以提供数量众多、非相关、类似随机而又确定可再生的信号。因此，利用混沌信号的初值敏感性、类随机性以及可再生性，对水印信号进行加密，以增强水印信号的鲁棒性。自同构是强混沌系统Anosov微分同胚的特例。一个二维的花托自同构可以看作二维平面内的空域变换，它可用如下的映射表示[2]：                               （2）其中k=1，这类混沌系统称之为猫映射（cat map），也称Arnold变换。对所给出的重要水印图像进行加密。也可以将k值作为一个密钥，提高图像的安全性。    还有一类非常简单却被广泛研究的动力系统是Logistic映射，其定义如下 ：                             （3） 2.2 水印的嵌入FW的非LSB位，最终得到含水印图像SW。 2.3水印信号的提取：3      实验结果及分析        (b)嵌入水印后的图像以及提取出的水印图像      (c)对含水印图像加椒盐噪声以及提取的水印图像  (d)对含水印图像经低通滤波器以及提取的水印图像图2    实验结果    图2(a)是原始载体图像（lena），后边是原始水印标志，其中水印依据重要性分成了两个部分W1和W2；（b）为加入水印后的图像，从图中可以看出来本算法具有良好的视觉不可见性，后边是无攻击情况下提取出来的水印；（c）在（b）图的图像中加入强度为0.01的椒盐噪声后的图像，右边是提取的水印结果；（d）（b）图经过低通滤波器，右边是检测结果。4     结论本文提出了一种基于混沌的组合域数字水印新算法，该算法依据重要性将原始水印分成两部分,分别嵌入载体图像的DCT域和空域。利用混沌对重要水印进行加密，并用有良好不相关性的混沌序列代表二值水印图像，嵌入载体图像DCT域的中频系数中；其余水印嵌入载体图像空域的非LSB位。实验结果表明该算法具有很好的不可见性，可以抵制一般的图像处理操作。并在确保重要信息安全的条件下增加水印信息的容量。  [1] F.Y.Shih and S.Y.T.Wu. Combinational image watermarking in the spatial and frequency domains. Pattern Recognition 2003,36(4):969~975[2] 孙圣和，陆哲明等. 数字水印技术及应用 .北京：出版社，2004 [3] 黄继武，SHI Y Q.一种自适应图像水印算法.自动化学报，1999，25（4）：476~482[4] Chiou I H, Wu Jaling. Hidden Digital Watermarks in Images. Trans. on Image Processing. 1999,8(1):58~68