一種基于置亂變換和形態(tài)成分分析的數(shù)字水印隱寫方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于加密通信以及信息安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于置亂變換和形態(tài)成分分析的數(shù)字水印隱寫方法。本發(fā)明主要包括三個過程，依次是數(shù)字水印的嵌入過程、通信傳輸過程和數(shù)字水印的提取過程。本發(fā)明將形態(tài)成分分析理論擴展到了盲源信號分離的架構(gòu)中，對數(shù)字水印的嵌入、隱藏、通信和提取都具有良好的性能效果，并且對于各種噪聲攻擊具有較強的抗攻擊性和魯棒性。本發(fā)明采用雙密鑰控制數(shù)字水印嵌入和提取，以及加密和解密過程，使得被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更加安全。
【專利說明】一種基于置亂變換和形態(tài)成分分析的數(shù)字水印隱寫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字水印的生成、嵌入與提取，隱寫術(shù)，版權(quán)驗證，加密通信以及信息安全【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于置亂變換和形態(tài)成分分析的數(shù)字水印隱寫方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)碼影像技術(shù)爆炸性地發(fā)展，如何有效地保護原始圖像的版權(quán)，以及如何對侵犯版權(quán)者進行舉證起訴都成為了社會日益關(guān)注的焦點。作為一種有效的版權(quán)驗證方法，數(shù)字水印技術(shù)在信息安全領(lǐng)域引起了高度關(guān)注。數(shù)字水印(DW)作為一種版權(quán)標記，是覆蓋在原始數(shù)字圖像上的某種視覺圖案，例如可以是國徽、公司的標志或者是個人的簽名等等。隱寫術(shù)是一種通過將重要信息隱藏在其他信息中，而使人不會發(fā)覺重要信息存在的信息隱藏工具。對數(shù)字水印的隱寫技術(shù)能夠提高通信的安全性，因為對于潛在的攻擊者來說，他并不知道嵌入水印的存在。
[0003]對于一個信息隱藏系統(tǒng)來說，隱藏容量、安全性和抗攻擊性是三個最重要的方面。隱藏容量指的是能夠在載體圖像中隱藏的最大信息量的大小，安全性指的是信息隱藏系統(tǒng)能夠抵御信息竊聽者對被隱藏信息進行檢測的能力，而抗攻擊性指的是在攻擊者完全損毀被隱藏的信息之前，載密圖像所能夠承受的最大修改量。由于隱藏容量和抗攻擊性往往是相互矛盾的，所以對于任何一個實用的信息隱藏系統(tǒng)來說，都需要在能夠嵌入的數(shù)據(jù)量大小和承載信號對修改的抵御能力之間做成權(quán)衡。
[0004]數(shù)字水印和隱寫術(shù)是最為常見的兩種信息隱藏方法，兩者之間也有稍許差別。對于數(shù)字水印技術(shù)來說，它的首要目的是使得信息隱藏系統(tǒng)獲得較高的抗攻擊性，即人們幾乎不可能在不降低數(shù)據(jù)對象本身質(zhì)量的情況下去除掉數(shù)字水印。而對于隱寫術(shù)來說，它的首要目的是使得信息隱藏系統(tǒng)獲得較高的安全性和隱藏容量，即在隱寫術(shù)中，被隱藏的信息往往是對修改比較脆弱的，即使是對載密圖像做非常微小的修改，也可以損毀被隱藏的信息。這樣一來，通過被隱藏的信息在接受到的時候是否完好，人們就能夠準確地判斷出載密圖像在傳輸過程中是否收到過攻擊。
[0005]一個隱寫系統(tǒng)會將需要隱藏的內(nèi)容嵌入到不起眼的載體媒介中，以免引起竊聽者的懷疑。對于隱寫術(shù)通信來說，它由隱寫系統(tǒng)和共享密鑰兩個關(guān)鍵部分組成。從本質(zhì)上講，隱寫術(shù)通信的發(fā)送者和接收者都同意使用并且信任這樣一個隱寫系統(tǒng)和共享密鑰，共享密鑰決定了需要被隱藏的信息是如何在載體媒介中進行編碼的。
[0006]例如，A用數(shù)碼相機拍攝了一幅新圖像，并且想通過隱寫術(shù)通信來傳送一些隱藏信息。A會把它的共享密鑰以及它想傳送的消息提供給隱寫系統(tǒng)。隱寫系統(tǒng)使用共享密鑰來確定如何把需要被隱藏的消息編碼在圖像的冗余數(shù)據(jù)位中。隱寫系統(tǒng)用共享密鑰生成的載密圖像由A發(fā)送給B。當B接收到這幅載密圖像后，使用共享密鑰并通過信任的隱寫系統(tǒng)，就能恢復(fù)得到A隱藏在圖像中的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了克服現(xiàn)有數(shù)字水印和隱寫技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于置亂變換和形態(tài)成分分析的數(shù)字水印隱寫方法，該方法采用雙密鑰控制數(shù)字水印嵌入和提取，以及加密和解密過程，使得被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更加安全，能有效應(yīng)對現(xiàn)有信息安全領(lǐng)域應(yīng)用中遇到的挑戰(zhàn)。
[0008]本發(fā)明提供一種基于置亂變換和形態(tài)成分分析的數(shù)字水印隱寫方法，其將形態(tài)成分分析理論擴展到盲源信號分離的架構(gòu)中；采用雙密鑰控制數(shù)字水印嵌入和提取，以及加密和解密過程；該方法主要包括三個過程，依次是數(shù)字水印的嵌入過程、通信傳輸過程和數(shù)字水印的提取過程；其中:
所述數(shù)字水印的嵌入過程包括如下步驟:
(1)選擇置亂變換模式，產(chǎn)生第一級密鑰，置亂變換的模式作為第一級密鑰，第一級密鑰只在版權(quán)擁有者和授權(quán)用戶之間共享；
(2)將包含原始版權(quán)標記的圖像OCilf通過步驟(1)選定的置亂變換模式進行置亂變換，生成用于嵌入的數(shù)字水印Hf;第二級密鑰同樣只能在版權(quán)擁有者和授權(quán)用戶之間共享(3)將用于嵌入的數(shù)字水印ODW和原始的載體圖像OCf相混合，得到原始含水印圖像
OWI,具體形式如下:
Oin=4οα+A2OW= AS
其中S是原始源矩陣,4是混合矩陣,它定義了原始載體圖像OO和用于嵌入的數(shù)字水印Odw對于原始含水印圖像Oiri具體的貢獻大小-J1表示的是原始載體圖像οα對于原始含水印圖像OWI的貢獻大小，A2表示的是用于嵌入的數(shù)字水印ODW對于原始含水印圖
像O H"的貢獻大?。?br> 所述的通信傳輸過程包括如下步驟:
將原始含水印圖像OWI通過信道進行傳輸，授權(quán)用戶能夠觀測到接收的含水印圖像RWI ;接收的含水印圖像IIWI用下式表示:
Ifi=OfItf=M-F 其中，BlTi = [r ivif?-,TwiJJr是尺寸大小為的觀測矩陣，A = [α【,…是尺寸大小為iV χΝ的混合矩陣且
【權(quán)利要求】
1.一種基于置亂變換和形態(tài)成分分析的數(shù)字水印隱寫方法，其特征在于:其將形態(tài)成分分析理論擴展到盲源信號分離的架構(gòu)中；采用雙密鑰控制數(shù)字水印嵌入和提取，以及加密和解密過程；該方法主要包括三個過程，依次是數(shù)字水印的嵌入過程、通信傳輸過程和數(shù)字水印的提取過程；其中: 所述數(shù)字水印的嵌入過程包括以下步驟: (1)選擇置亂變換模式，產(chǎn)生第一級密鑰，置亂變換的模式作為第一級密鑰，第一級密鑰只在版權(quán)擁有者和授權(quán)用戶之間共享； (2)將包含原始版權(quán)標記的圖像OCM通過步驟(1)選定的置亂變換模式進行置亂變換，產(chǎn)生第二級密鑰，生成用于嵌入的數(shù)字水印ODIf;第二級密鑰只能在版權(quán)擁有者和授權(quán)用戶之間共享。 (3)將用于嵌入的數(shù)字水印ODW和原始載體圖像οα相混合,得到原始含水印圖像響圓，具體形式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印隱寫方法，其特征在于:所述置亂變換模式選自Arnold置亂變換、Fibonacci置亂變換或仿射置亂變換中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印隱寫方法，其特征在于:所述置亂變換模式為Arnold置亂變換時，以具體迭代的次數(shù)作為第二級密鑰進行數(shù)字水印嵌入；通過對提取的數(shù)字水印￡0爾進行T — KeyJteration次置亂變換迭代，提取版權(quán)標記ECM ;其中常數(shù)T是置亂變換的周期，周期取決于用于變換的圖像的尺寸大小。
【文檔編號】G06T1/00GK103971323SQ201410216594
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】余翀 申請人:復(fù)旦大學(xué)