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】 在互聯網快速發展的今天，圖像在網絡中的傳輸是越來越頻繁，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，這種加密技術具有極強安全性。本文闡述了混沌理論，在理論基礎上分析了圖像水印的嵌入算法。

【關鍵詞】 混沌序列 圖像水印 嵌入算法

一、前言

作為多媒體數據的內容認證與版權保護技術，數字水印得到了大量研究和應用。這種保密方案主要使用到電子產品版權的保護中，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，研究該技術必然具有現實意義。

二、混沌序列理論

2.1 混沌映射

經過函數映射，就能夠得到良好的一維非線性映射，該映射具有隨機統計特征。因其生產出來的混沌序列屬于某區域中的混沌序列，而且該序列為整數值，具有隨機性，對初值非常敏感。定義如下所示：

其中第一個式子表示不大于符號內值的最大整數，第二式子表示不小于符號內值的最小整數。而xk∈{1，2，...m}，參數為a∈{1，2，...m}。

2.2 生成混沌序列

上式混沌映射經過了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a，m獲得值與迭代次數n值就已經被確定了，自然也就生成了混沌序列是：{xk；k=0，1，2，3，...}，這個序列同樣具備了混沌特征，自然也就對初始的條件x0非常敏感。

三、計算圖像水印嵌入的強度因子

按照HVS（人眼視覺系統）的特征，嵌入的水印強度比某門限低時，人眼感知圖像的質量相同，就不能夠看見嵌入的水印，該門限值也就是臨界不可見門限。所以所選水印嵌入強度因子是不是適當是水印算法的關鍵之處。

要確定水印強度因子，就必須要滿足人類的視覺系統特征，同時要依據原來圖像內容合理的進行調整，水印嵌入的次數不能夠太多，如果太多必然會因多次水印相加的平均積累引入誤差。所以應用這個算法過程中，僅僅有兩次水印能夠自動滿足嵌入所需，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細節子圖Hn1，Hn2及Hn3中數值較大的小波系數之中。

四、算法設計

從上面的具體分析來看，實施嵌入算法的步驟如下所示：

其一對水印反色進行預處理；設定水印選擇了256級的灰度圖像，如果水印的像素平均值超過了127，就要反色處理，確保水印的高平均像素具有不可見性。其二完成反色預處理后，就必須要對水印實施混沌映射處理，把完成置亂的各個像素按照掃描順序形成一維序列。其三把H（原始圖像）經過n級的小波變化，讓低頻子圖大小和水印大小二者非常相同，對原始圖像進行變換后形成最后一級的小波變換，就能夠獲得四個子圖，分別為Hn0、Hn1、Hn2、Hn3。其四水印嵌入；在水印的嵌入過程中，就要依據圖像的小波子圖分塊不同計算出嵌入強度因子。低頻子圖Hn0所得嵌入強度因子即為a1；可以通過計算所得。而嵌入水印氛圍了兩個步驟，首先要把水印的一維序列嵌入到低頻子圖的各分塊中，可得嵌入強度的因子是a1；之后依據水印序列值個數就能夠獲取三個細節所得各個子圖，并從子圖中獲取個數相同的大系數值，一般都是按照絕對值的大小取，并對該系數值水印嵌入。就能夠獲取嵌入的強子因素是a2.其五通過n級的小波反變換，就能夠獲得反應后圖像Hw。事實上，提取水印算法就是嵌入逆過程，而提取水印過程中就必須要合理利用原始圖像。

五、結束語

事實上，這種算法的速度遠遠超過了傳統加密算法，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，因此具有實用價值。

參 考 文 獻

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