一种基于置乱变换和形态成分分析的数字水印隐写方法
【专利摘要】本发明属于加密通信以及信息安全【技术领域】，具体为一种基于置乱变换和形态成分分析的数字水印隐写方法。本发明主要包括三个过程，依次是数字水印的嵌入过程、通信传输过程和数字水印的提取过程。本发明将形态成分分析理论扩展到了盲源信号分离的架构中，对数字水印的嵌入、隐藏、通信和提取都具有良好的性能效果，并且对于各种噪声攻击具有较强的抗攻击性和鲁棒性。本发明采用双密钥控制数字水印嵌入和提取，以及加密和解密过程，使得被传输的数据更加安全。
【专利说明】一种基于置乱变换和形态成分分析的数字水印隐写方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字水印的生成、嵌入与提取，隐写术，版权验证，加密通信以及信息安全【技术领域】，特别涉及一种基于置乱变换和形态成分分析的数字水印隐写方法。
【背景技术】
[0002]随着数码影像技术爆炸性地发展，如何有效地保护原始图像的版权，以及如何对侵犯版权者进行举证起诉都成为了社会日益关注的焦点。作为一种有效的版权验证方法，数字水印技术在信息安全领域引起了高度关注。数字水印(DW)作为一种版权标记，是覆盖在原始数字图像上的某种视觉图案，例如可以是国徽、公司的标志或者是个人的签名等等。隐写术是一种通过将重要信息隐藏在其他信息中，而使人不会发觉重要信息存在的信息隐藏工具。对数字水印的隐写技术能够提高通信的安全性，因为对于潜在的攻击者来说，他并不知道嵌入水印的存在。
[0003]对于一个信息隐藏系统来说，隐藏容量、安全性和抗攻击性是三个最重要的方面。隐藏容量指的是能够在载体图像中隐藏的最大信息量的大小，安全性指的是信息隐藏系统能够抵御信息窃听者对被隐藏信息进行检测的能力，而抗攻击性指的是在攻击者完全损毁被隐藏的信息之前，载密图像所能够承受的最大修改量。由于隐藏容量和抗攻击性往往是相互矛盾的，所以对于任何一个实用的信息隐藏系统来说，都需要在能够嵌入的数据量大小和承载信号对修改的抵御能力之间做成权衡。
[0004]数字水印和隐写术是最为常见的两种信息隐藏方法，两者之间也有稍许差别。对于数字水印技术来说，它的首要目的是使得信息隐藏系统获得较高的抗攻击性，即人们几乎不可能在不降低数据对象本身质量的情况下去除掉数字水印。而对于隐写术来说，它的首要目的是使得信息隐藏系统获得较高的安全性和隐藏容量，即在隐写术中，被隐藏的信息往往是对修改比较脆弱的，即使是对载密图像做非常微小的修改，也可以损毁被隐藏的信息。这样一来，通过被隐藏的信息在接受到的时候是否完好，人们就能够准确地判断出载密图像在传输过程中是否收到过攻击。
[0005]一个隐写系统会将需要隐藏的内容嵌入到不起眼的载体媒介中，以免引起窃听者的怀疑。对于隐写术通信来说，它由隐写系统和共享密钥两个关键部分组成。从本质上讲，隐写术通信的发送者和接收者都同意使用并且信任这样一个隐写系统和共享密钥，共享密钥决定了需要被隐藏的信息是如何在载体媒介中进行编码的。
[0006]例如，A用数码相机拍摄了一幅新图像，并且想通过隐写术通信来传送一些隐藏信息。A会把它的共享密钥以及它想传送的消息提供给隐写系统。隐写系统使用共享密钥来确定如何把需要被隐藏的消息编码在图像的冗余数据位中。隐写系统用共享密钥生成的载密图像由A发送给B。当B接收到这幅载密图像后，使用共享密钥并通过信任的隐写系统，就能恢复得到A隐藏在图像中的信息。
【发明内容】
[0007]为了克服现有数字水印和隐写技术的不足，本发明提供了一种基于置乱变换和形态成分分析的数字水印隐写方法，该方法采用双密钥控制数字水印嵌入和提取，以及加密和解密过程，使得被传输的数据更加安全，能有效应对现有信息安全领域应用中遇到的挑战。
[0008]本发明提供一种基于置乱变换和形态成分分析的数字水印隐写方法，其将形态成分分析理论扩展到盲源信号分离的架构中；采用双密钥控制数字水印嵌入和提取，以及加密和解密过程；该方法主要包括三个过程，依次是数字水印的嵌入过程、通信传输过程和数字水印的提取过程；其中:
所述数字水印的嵌入过程包括如下步骤:
(1)选择置乱变换模式，产生第一级密钥，置乱变换的模式作为第一级密钥，第一级密钥只在版权拥有者和授权用户之间共享；
(2)将包含原始版权标记的图像OCilf通过步骤(1)选定的置乱变换模式进行置乱变换，生成用于嵌入的数字水印Hf;第二级密钥同样只能在版权拥有者和授权用户之间共享(3)将用于嵌入的数字水印ODW和原始的载体图像OCf相混合，得到原始含水印图像
OWI,具体形式如下:
Oin=4οα+A2OW= AS
其中S是原始源矩阵,4是混合矩阵,它定义了原始载体图像OO和用于嵌入的数字水印Odw对于原始含水印图像Oiri具体的贡献大小-J1表示的是原始载体图像οα对于原始含水印图像OWI的贡献大小，A2表示的是用于嵌入的数字水印ODW对于原始含水印图
像O H"的贡献大小；
所述的通信传输过程包括如下步骤:
将原始含水印图像OWI通过信道进行传输，授权用户能够观测到接收的含水印图像RWI ;接收的含水印图像IIWI用下式表示:
Ifi=OfItf=M-F 其中，BlTi = [r ivif?-,TwiJJr是尺寸大小为的观测矩阵，A = [α【,…是尺寸大小为iV χΝ的混合矩阵且
【权利要求】
1.一种基于置乱变换和形态成分分析的数字水印隐写方法，其特征在于:其将形态成分分析理论扩展到盲源信号分离的架构中；采用双密钥控制数字水印嵌入和提取，以及加密和解密过程；该方法主要包括三个过程，依次是数字水印的嵌入过程、通信传输过程和数字水印的提取过程；其中: 所述数字水印的嵌入过程包括以下步骤: (1)选择置乱变换模式，产生第一级密钥，置乱变换的模式作为第一级密钥，第一级密钥只在版权拥有者和授权用户之间共享； (2)将包含原始版权标记的图像OCM通过步骤(1)选定的置乱变换模式进行置乱变换，产生第二级密钥，生成用于嵌入的数字水印ODIf;第二级密钥只能在版权拥有者和授权用户之间共享。 (3)将用于嵌入的数字水印ODW和原始载体图像οα相混合,得到原始含水印图像響圓，具体形式如下:
2.根据权利要求1所述的数字水印隐写方法，其特征在于:所述置乱变换模式选自Arnold置乱变换、Fibonacci置乱变换或仿射置乱变换中的任一种。
3.根据权利要求1所述的数字水印隐写方法，其特征在于:所述置乱变换模式为Arnold置乱变换时，以具体迭代的次数作为第二级密钥进行数字水印嵌入；通过对提取的数字水印￡0爾进行T — KeyJteration次置乱变换迭代，提取版权标记ECM ;其中常数T是置乱变换的周期，周期取决于用于变换的图像的尺寸大小。
【文档编号】G06T1/00GK103971323SQ201410216594
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】余翀 申请人:复旦大学