基于混沌理论的数字水印技术研究

基于混沌的DCT域数字水印技术研究摘要：通过对基于混沌的DCT域数字水印技术在图像生成、水印嵌入、水印提取以及对水印攻击实验的结果分析中可以看出，此技术满足信息时代信息化所要求的数字图像信息隐藏的需要。

关键词：数字水印技术；图像生成；嵌入；提取；实验0 引言20世纪90年代以来，信息技术，特别是互联网的飞速发展已经从根本上改变了人们交流思想和相互沟通的模式。

在网络技术得到广泛应用的现代社会里，数字化信息的应用更是得到了空前的发展，它给人们的生活带来了很大的便利，但同时也给人们带来了隐患。

由于数字信息的易于传播、拷贝，这也就导致了敏感信息可能被轻易地窃取、篡改、非法复制和传播，使得版权保护、个人隐私受到威胁。

在数字化信息受到非法攻击的今天，数字图像信息隐藏技术应运而生。

1 信息隐藏、数字水印技术及混沌序列简介信息隐藏技术是以图像、音频、视频、文本等没有实际意义的公开数字媒体作为隐蔽载体，把要传输的秘密信息通过一定的算法嵌入到该公开载体信息中。

使得在传输的过程中不引起其他人的注意，然后通过公开的信道（特别是互联网信道）传送给接收方而不至于被他人发现。

信息隐藏的一个重要分支就是数字水印技术。

它是目前公认最有希望的一种解决方案。

近年来对数字水印的研究得到了空前的发展。

它是通过一定的算法将一些标志性的信息直接嵌入到数字作品中，而不影响原作品的价值和使用。

被嵌入的标志性的信息通常是不可见或不可察觉的，只能通过一些专用的检测器或阅读器才可以被检测或者被提取。

这些标志性信息就是水印，水印可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的图像或文本。

数字水印技术包括空域图像水印技术、DCT域图像水印技术等，后者在压缩、滤波和其它一些数字处理具有更强的稳健性，DCT 域水印算法计算量较小，与常用的国际数据压缩标准（JPEG、MPEG、H261/263）兼容，便于在压缩域中实现。

混沌序列是一种纯伪随机序列。

具有简单的生成形式，具备白噪声的统计特性，对初始条件敏感，且不具有逆推性。

基于混沌系统的数字水印设计与算法研究一、前言数字化时代的到来，使得数字内容的传播变得更加快捷、便利，但是也带来了一系列的问题。

其中，数字内容防抄袭和保护成为了亟待解决的问题。

因此，数字水印作为一种可靠且难以被删除的数字版权保护技术被广泛应用。

基于混沌系统的数字水印设计与算法研究，就是为了解决数字内容保护这一问题而提出的。

本文将从如下几个方面进行阐述：数字水印技术概述、混沌系统的基本原理、基于混沌系统的数字水印设计与算法研究、实验结果分析以及总结与展望。

二、数字水印技术概述数字水印技术是将特定的数字信息嵌入到原始载体中，以达到保护数字版权和防抄袭的目的。

基本的数字水印系统包括两个部分：嵌入过程和提取过程。

嵌入过程是将一个特定的信息（数字水印）嵌入到原始载体（如音频、视频、图像等）中，使得该载体的主要内容不受影响，并且保证数字水印的隐私性和不可见性。

提取过程是从水印载体中提取出数字水印，以检测副本、鉴别版权、验证真伪等。

数字水印技术的应用领域十分广泛，包括数字版权保护、影像存储、金融领域、身份识别等等。

三、混沌系统的基本原理混沌系统是一种复杂的非线性系统，其演化过程具有随机性、复杂性和不可预见性等特点。

混沌系统在密码学领域、数字水印领域、图像加密等方面得到了广泛应用。

混沌系统有许多不同的类型，但其中最具代表性的应该是著名的Lorenz混沌系统。

Lorenz系统是一个基于三个方程的非线性动力学系统。

它的三个方程用于描述在匀速流体中传热过程中的一种流体的流动：$$ \frac{dx}{dt} = \sigma(y - x) $$$$ \frac{dy}{dt} = x(\rho - z) - y $$$$ \frac{dz}{dt} = xy - \beta z $$其中，x、y、z是三个描述流体速度、密度等物理量的变量，t 是时间。

$\sigma$、$\rho$、$\beta$是系统的物理参数。

通过改变这些参数的值，我们可以得到不同的Lorenz混沌图形。

基于混沌序列的数字水印研究作者：党小娟甘霖蒲伟华来源：《电子技术与软件工程》2016年第11期摘要随着计算机网络技术快速发展，数字多媒体信息的复制、存储以及传播更方便、更快捷。

但是存在的问题也逐渐严重化，比如作品侵权更为容易、纂改也更便利，就需要采取有效措施保护版权。

因此，数字水印技术是研究的重要课题。

本文提出了基于混沌的图像水印算法，首先采用Arnold技术对水印图像进行置乱形成了新的混沌序列，然后采用小波变换分析载体图像，经过变换后就生成了水印图像。

【关键词】混沌序列数字水印技术 Logistic事实上，数字图像水印技术是数字水印技术的分支，主要是用来对具有特殊要求的图像实施加密，对这些图像进行安全防护。

但是随着信息技术快速发展，图像信息也趋向了复杂化，需要极高的传输安全以及传输信息量，并且传输图像的范围也不断扩大，而且市场的需求量逐渐增大。

由此可见，图像水印技术逐渐成为保密技术、安全的研究重点内容。

1 数字水印技术的定义及特征数字水印技术，就是将文字、音频以及视频等各类信息标识，通过处理信号模式将这项标识嵌入到原始的数据之中。

该标识就是利用照度、空间以及频率等各种匿藏不可见，仅仅通过初始设定的仪器设备、专业技术或者检测设备等才可以正常提取。

将标识信息嵌入到原始作品中，就必须要具有基本的特征：首先要具有安全性，嵌入进去的水印标识进入到原始数据中，是被隐藏起来的，这样就防止在计算过程中因格式变化丢失了水印数据。

其次要具有隐蔽性；作品中具有了数字水印必定会降低质量，同时极难察觉。

最后要具备鲁棒性，所得水印信息就必定要具备一定的抗干扰或者具有抗攻击能力，即经过多次攻击之后，数字水印能够确保完整特性，还必须要确保能够正确识别。

事实上，许多水印算法均具备了这类特征，不仅可以抵抗各种攻击与干扰，有效保障了信号质量，隐藏大量数据。

事实上，数字水印技术即将数字、文字、音频、图像以及视频等各种标识信息，同时把这项信息嵌入到了原始的数据信息，实现了文件控制、身份识别、数据标识、信息保密传递以及产品防伪等各种作用。

一种基于混沌序列的时空域数字水印算法52?计算机应用研究2003年一种基于混沌序列的时空域数字水印算法*张志明,王磊,郑应平(1.西北工业大学自动控制系,陕西西安710072;2.同济大学电信学院,上海2oo092) 摘要:随着计算机网络和多媒体技术的飞速发展,数字水印技术作为知识产权保护的有效手段,正得到广泛的研究与应用.数字水印技术向多媒体作品中加入不易察觉但可以判定区分的秘密信息,从而起到保护数字作品的版权或完整性的作用.根据人眼视觉系统模型对图像感知的视觉掩蔽效应,提出了一种基于混沌序列的时空域数字水印的改进算法.最后,实验说明了算法的有效性和稳健性.关键词:数字水印;版权保护;混沌序列;人类视觉系统中图法分类号:TP391;TN918文献标识码:A文章编号:1001.3695(2O03)04-0O52-03 ADigitalWatermarkingAlgorithminSpatialDomain BasedonChaoticSequencesZHANG.min,WANGLei2,ZHENGYing-ping2(1.却t.矿Autorata/cC0mro/,Noahweaanth/,~/ty,Xi'anShan~710072,Oana;2.%e矿E/earon/c&哟白,,|cI,,SJl喇200092,Oana)A喇:Withtherapiddevelopmentofthecomputer,networkandmultimediatechnology,ⅧmlalIlghasbeenWidelystudiedand印bed舾alleffectivemethodforcopyrightllotection,TollotectthecopyrightOrtheintegrityofthejng B,wat啜maIkiI1gembedsimperceptiblebutdistinguishablesecretmessagesintothemedia.Animpr ovedalg【in叩domainbased onchaoticsequmlcesislaoposedinconjunctionwiththehumanvisualmode1.The∞叫如1eInalresullsshowthatthehiddenwa=I眦kisIdmsttomootc【m姗HdⅢesofprocessingandJPEGcc咀l聪.KeyWM~-"DgW衄螅rkillg;CopyrightProtection;ChaoticSequeIlces;Hvs(Hl咖nVisionSystem)随着计算机,网络和通信技术的飞速发展,特别是Intemet的普及,信息的安全保护问题日益突出.基于计算机和网络的信息交换为多媒体数字作品的使用,传播提供了便利的途径,然而数字作品极易被非法复制和窜改的特性,使得数字作品的版权保护成为一个迫切需要解决的实际问题.数字水印(DigitalWatermarking)技术作为多媒体领域中知识产权保护的有效手段,正得到广泛的研究与应用uJ.数字水印是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性,向数字作品中加入不易察觉但可以判定区分的秘密信息——水印(Watermark),从而起到保护数字作品版权或完整性的一种技术.这种被嵌入的水印可以是一段文字,标志,II)序列号等.到目前为止,已经有许多文献对于水印的隐藏和提取做过研究,数字水印的算法多种多样,大致可以分为时空域和变换域两类.数字水印应满足不可感知性,可靠性和稳健性等要求uJ.Htas等[2,33提出了一个基于统计学原理的时空域水印方收稿日期:2002-07-07基金项目:国家"973"重点基础研究资助项目(G1998o3o417);德国西门子公司教席基金资助项目案;本文根据人眼视觉系统模型对图像感知的特点,基于混沌序列利用人眼视觉掩蔽效应提出了对该方案的改进算法.经过实验证明,本算法对于常见的信号处理和JPEG有损压缩都有较好的稳健性,且在水印的提取过程中不需要原始图像.1混沌动力系统与混沌序列[2]混沌现象是在非线性动力系统中出现的确定性的,类似随机的过程,这种过程既非周期又不收敛,并且对初始值有极其敏感的依赖性.一个一维离散时间非线性动力系统可以定义为:xk+l=r(Xk).式中Xk∈V,k=1,2,3,…称为状态;r:V—V是一个非线性映射,将当前状态Xk映射到下一个状态Xk+..如该映射r:v满足以下三个条件:①具有对初始条件的敏感依赖性;②是拓扑传递的;③周期点在V中稠密,则说对应的动力系统在V上是混沌的.一类非常简单却被广泛研究的动力系统是Logistic映射,定义如下:】【k+l=k(1一xOxkE(O,1)(1)式中0≤≤4,称为分枝参数(BifurcationParameter).混沌动力系统的研究工作指出,当3.5699456</.t≤4时,第4期张志明等:一种基于混沌序列的时空域数字水印算法?53? Logistic映射工作于混沌状态,由不同初始状态Xo经过式(1)生成的序列是非周期,不收敛,不相关的并对初始值非常敏感.通过简单的变换,Logistic映射同样可以在(一1,1)定义:】【k+l=1一∈(0,2)(2)在=2的满射条件下,Logistic混沌序列的概率分布函数PDF(ProbabilityDensityFunction):p(x)=q一通过PDF,可以很容易地计算Logistic映射产生的混沌序列的统计特性L2J,结果表明系统在进入混沌状态后,产生的序列具有0均值,8-like自相关及互相关为0 的特性.该混沌序列具有以下优点:①形式简单.只需要混沌映射参数和初始条件就可方便生成,不必浪费空间来存储整个序列.②初始条件敏感性.一般不同的初始值,即使相当接近,迭代得到的混沌轨迹序列都不相同,同时,混沌动力系统具有确定性,给定相同的初始值,其相应的轨迹肯定相同.从安全的角度考虑,在一般情况下,很难从一段有限长度推断混沌序列的初始条件.③具有白噪声的统计特性,可以用于需要噪声调制的众多应用场合.2基于混沌序列的时空域数字水印算法2.1Pitas统计水印方案Pitas等L3.4J所提出的数字水印方案中,设原始图像I大小为N×M,水印w为N×M的二维二进制{0,1} 二值样本序列,其中{0}和{1}的数量相同.将I划分为两个大小均为P=N×M/2的子集A和B,A:IWii= 1},B={viiIW.i=0}.通过适当改变子集A中像素的灰度值(或者彩色图像中的亮度值),将水印w嵌入到原始图像I中.具体做法是首先生成集合c,C={,riiIvii∈Af,然后将集合B与c合并得到含水印图像I= cUB.水印方案中∑kiPk,k值应该比较小,从而使得k/v的值也足够小,以不引起视觉上可感知的变化.进行水印检测的关键之处在于检查图像的两个子集C和B 像素平均灰度值(或者亮度值)的区别.2.2混沌水印信号由以上分析可见,利用混沌序列作为水印信号具有简单易行,安全可靠的特点.利用给定的不同密钥Key (实际为生成混沌序列的初始值),可以得到众多确定的混沌序列.利用给定密钥k生成的混沌实数序列是一维序列,需要经过变换为二维水印信号.为了使水印稳健,水印信号应该嵌入源数据中对人的感觉最重要的部分,具体在频域空间,这种重要部分就是低频分量,因而水印应该具有抵抗低通滤波的特性.从式(2)生成混沌水印信号序列的方法总结如下:①利用Logistic映射生成实数值序列{Xk;k=0,1,2,…},从序列中Xk选取N×M个元素;②通过定义阈值函数r经过阈值变换后得到{0,1}二值混沌序列,{r(xk);k=1,2,…,N×M},其中r可以定义为r()={);③通过删rt变换(变换次数亦可作为密钥的一部分),将r(】【k)转换得到二维的二值水印信号w.2.3基于HVS的水印嵌入算法人类视觉系统HVS的对图像所具有的频率掩蔽,亮度掩蔽和对比度掩蔽等效应表明L6J:背景的亮度越亮,纹理越复杂,人类视觉对其轻微变化就越不敏感,只要嵌入水印信号低于HVS的对比度门限(ContrastSensitivity Threshold),HVS就无法感觉到信号的存在;利用HVS的如下三个特性:①人眼对不同灰度具有不同的敏感性,通常对中等灰度最为敏感,而且向低灰度和高灰度两个方向非线性下降;②对图像平滑区的噪声敏感,而对纹理区的噪声不敏感;③边缘信息对于人眼非常重要,必须保护边缘的质量不受大的损害.本文尝试应用地分类HVS特性对ki取值以获得更好的视觉掩蔽性.实际应用中,将原始图像1分成8×8的块,计算每一块的灰度(或者亮度)均值和方差,以此作为块分类的依据L7』:均值较小的块对应图像的平滑区域,均值较大的区域则可能是纹理区域或者边界,其中纹理区域的方差较小而边界区域的方差较大.如此根据计算值将所有图像块分为四类,并为每一类块指定强度因子.块分类中第一类亮度较低,纹理简单,HVS对其中像素值的改变较为敏感,所叠加的水印分量强度应最小;第二类亮度较高,纹理复杂,且是边界,其叠加的水印分量的强度应较小;第四类亮度较高,纹理复杂,也不是边界,HVS 对其中像素值的改变的敏感性最弱,叠加的水印分量的强度应最大;其余块划分第三类.根据实验分析,本文对此四类块选取强度因子为a[2:3:5:10].水印嵌入前首先可以利用从视觉模型导出的可见性差值(JustNoticeableDifference,JND)描述来确定在图像的各个部分所能容忍的数字水印信号的最大强度,选取适当的k值,从而避免在插入水印时破坏视觉质量.对源图像I中点I(i,i),根据块分类结果选择嵌入强度因子a(i,j),计算得到水印嵌入掩码}lii=k;水印嵌入算法可以表示为∈:I×W×K—I,L.,=∈(Io,W).式中Io和Ic 分别表示嵌入水印前后的数字图像作品,水印嵌入规则一般可以描述为k)=Io(k)①h(k)①∞(k),其中①为某种叠加操作.本文中的水印嵌入采用加法规则:L(i,j)=lo(i,j)+kx'a(i,j)×∞(i,j)2.4水印检测算法本文水印算法是盲水印算法,即在水印提取时不需要原始载体图像.首先根据密钥Key利用2.2节的方法构造确定的二维水印矩阵序列w;然后分别计算图像子集B和子集c中像素灰度(或者亮度)的平均值b和C,以及它们的样本方差sb和Sc;然后根据b和C计算面=C—b;最后计算测试统计值q=t,其中=(+4)/P.存在两种假设分别为:rH0:图像中不包含水印(西=0)LH1:图像中包含水印(三=1)54?计算机应用研究2003钲在假设下,测试统计值q满足平均值为0,自由度为(2P-2)的学生分布'8J,该分布可以由一个正态分布来很好的近似表示.可以通过对测试统计值q与阈值t的比较来对图像中是否存在水印作出一个判断,如果q<t,则认为图像中不包含水印,否则,可以认为图像中包含水印.3实验结果与讨论本文实验中的水印载体图像采用纹理复杂度完全不同的256级灰度图像Lenna和Baboon,大小512×512. 通过主观观察和峰值信噪比PSNR来分析水印嵌入过程造成的失真,图1显示了水印的不可见性,图1(a)为Lenna源图像,图1(b)为嵌入水印后图像,图1c)为嵌入掩模图像.主观观察可见嵌入水印后人眼基本分辨不出图像的改变.■一■■■■P水SN印R善)人蠢霎源(d图)B像abooP水SN印R图=娄源图饿:嵌入掩模源图像像'一墙檄『Y1374409dB【×16J32.2965dB图1水印不可见性演示经过实验证明,水印图像经过常见的信号处理如低通与中值滤波,噪声叠加,直方图均衡,锐化,随机裁剪等操作后仍能够准确检测出水印信号的存在,同时也能抵抗压缩比至1:20的JPEG有损压缩.■■■■●■(a)Len翟na7J~-13(f)JPEG,~:3287dB14.O68BdB图2水印稳健性演示本文基于混沌序列和HVS人类视觉系统模型,在Pitas方案的基础上提出了一类自适应的图像空域统计水印算法,算法具有以下特点:①应用混沌序列和变换方法,安全性高;②利用HVS特性,采用自适应方法,增强了算法的稳健性;③水印的嵌入和检测均在时空域进行,计算复杂度小,算法简单可靠.参考文献:l1]CIPodilchuk,EJDelp.Di舀talWatermarking:Al8thlsandApplicationslJj.ⅢEEsiPro~ing,2001,69(13):33.46.[2]陈式刚.映像与混沌[M].北京:国防工业出版社,1995.13]IPitas.AMethodforSignaturecastingonDigitalhnages[C]. InProceedingofInternationalConferenceofImageProcessing,1996.215.218.【4jNNikolaidis,IPitas.Cop~ghtProtectionofUsingRo-bustDigitalSignatures[C].IEEEInternationalConferencesonAcoustics,SpeechandSignalPinching(ICASSP-96),1996.2168.2171.[5]NMemon,DNeuhoff,SShende.AnAnalysisofSomeConlnlonScanningTechniquesforLosslesshl1ageCoding[J].ⅢEE TransactionsonhIlageProcessing,2OOO,9(11):1837?1848. 16jNJ~ant,JJohnston,RSafranek.SignalCompressionBasedon ModelsofHumanPerceptionlJJ.ProceedingsoftI1e皿EE, 1993,81(10):1385.1422.[7]章毓晋.图像分割[M].北京:科学出版社,2001.[8][美]MRSpiegel,JSchiller,RASfinivasan.概率与统计[M].孙山泽,戴中维.北京:科学出版社,2OO2.作者简介:张志明(1975.),男,江苏常熟人,博士学位研究生,研究方向为智能测量与控制;王磊(1961.),男,教授,博士生导师;郑应平(1941.),男,教授,博士生导师.(上接第42页)象部分来自复制服务器,部分来自于目标系统.由于空间几何对象可能跨越几个空间区域,这些来自不同空间区域的空间几何对象要形成一个完整的整体就必须将这些空间几何对象合并成一个空间几何对象.合并可以采用对象关系数据库管理系统Oracle8i Spatial数据模型提供的测试几何对象之间空间关系的一套方法,如Disjoint,Intersects,Within和Relate等,针对几何对象的操纵,数据模型提供了一套相应的方法,如Clip,Union等.其中,Clip方法对空间对象按给定区域进行剪切;Union方法对两个空间对象在给定容差(Tolerance)下进行合并.因为对来自于复制服务器的数据和节点数据进行了转换,所以能够进行成功匹配,合并成功.合并后,再在节点复制代理中对更新进行定位后提交目标系统.参考文献:[1]丁力,汪小林,罗英伟,等.地理信息系统与数据库结合研究[J].中国图像图形,2001,6(11):1102.1106.[2]李琦,杨超伟,陈爱军.WebGIS中的地理关系数据库模型研究[J].中国图像图形,2000,5(2):119.123.[3]TimHMurphy.DatabaseManagementSystemsRDBMS:ORDB- MS;orOODBMS?AnIntroductionandComparison[EB/OL]. /RDBMS.him.2001.05.[4]MichaelStonebraker,DorothyMoore.对象关系数据库管理系统一下一个浪潮[M].杨冬青,唐世渭,裴芳,等.北京:北京大学出版社,1997.[5]胡启平.利用基于空间对象的分割与合并技术实现GIS数据共享的研究[D].武汉:武汉大学博士学位论文,2001.[6]OpenGisConsortium.,I1leOpenGISGuide:IntroductiontoInte- mperatableGeopmeessingandOpenGISSpecification(Third'edition)lEB/OLJ.http://www.ope.,?.[7]潘农菲.的空间数据在关系.n型gis数.据rg/库tec的hn实.现199理8论06GIS及其应用技术[J].计算机应用研究,2OO2,19(2):92.94.[8]OracleSpatialUser'sGuideandReference,Release8.1.6[EB/ OLJ..作者简介:武小平,男,讲师,硕士,现从事计算机教学和网络数据库方面的研究;胡启平,男,副教授,博士,研究方向为GIS应用和多媒体数据库.。

基于混沌的DWT域多功能图像数字水印算法
郭锐;朱从旭
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2008(44)23
【摘要】提出了一种基于混沌的DWT域多功能图像数字水印算法.原始水印分为鲁棒水印和半脆弱水印,分别用于版权保护和图像认证.根据不同的应用,鲁棒水印又分为容量小但鲁棒性要求相对高和容量大但鲁棒性要求相对低的两种,它们和半脆弱水印分别嵌入DWT域的不同部分.并利用广义猫映射置乱鲁棒水印和Logistic 混沌系统生成半脆弱水印以提高安全性.实验表明,嵌入水印后的图像视觉质量好,其中鲁棒水印能抵抗各种常规图像处理,半脆弱水印能准确地检测并定位内容篡改.【总页数】3页(P83-85)
【作者】郭锐;朱从旭
【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083;广东省电子商务市场应用技术重点实验室,广州,510320【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于混沌加密的DWT域数字图像水印算法的研究 [J], 翟朗
2.基于Logistic混沌加密和DWT的数字图像水印算法 [J], 于子甲;李珺;朱文文
3.基于混沌加密的dwt域数字水印算法 [J], 龚岩琳
4.基于混沌序列的DWT域图像水印算法 [J], 尹显东;姚军;李在铭;邓君
5.基于混沌细胞自动机的DWT域数字音频水印算法 [J], 陈建东;赖惠成
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基于混沌的组合域数字水印算法本文介绍了一种基于混沌的组合域数字水印算法。

该算法通过嵌入多个数字水印，提高了数字图像的鲁棒性，同时通过混沌映射实现了更好的安全性。

本文首先介绍了数字水印的相关概念和应用场景，接着详细讲解了组合域数字水印算法的实现步骤，并给出了详细的算法流程图和实验结果。

数字水印是一种将一段信息嵌入到数字媒体中的技术。

它可以用于版权保护、身份验证、防伪等领域。

数字水印技术主要分为空域和频域两个方向。

空域数字水印通过修改图像像素的强度或颜色值来实现嵌入，其嵌入和提取过程简单，但对图像的处理和攻击鲁棒性较差。

频域数字水印则通过将水印嵌入到图像的频域中，其鲁棒性较好，但对水印的修改和攻击较为敏感。

组合域数字水印是一种将空域和频域数字水印相结合的方法，既能提高鲁棒性，又能提供一定的安全性。

组合域数字水印算法主要分为水印嵌入和水印提取两个步骤。

在水印嵌入过程中，首先将原图像分成若干个子块。

对于每个子块，使用快速傅里叶变换将其转换为频域。

然后利用同态加密技术将空域水印嵌入到子块的高频部分，将频域水印嵌入到子块的低频部分，并将加密后的水印和子块的高频低频部分合并得到嵌入了多个数字水印的子块。

最后将所有子块合并得到嵌入了多个数字水印的图像。

在水印提取过程中，首先将原图像分成若干个子块，并对每个子块进行快速傅里叶变换。

然后利用同态解密技术提取空域和频域水印，并进行比对判断水印是否正确。

最后将提取出来的水印合并得到完整的数字水印。

为了提高算法的安全性，本文采用了混沌映射对数字水印进行了加密。

混沌映射具有强随机性和不可重复性等特点，能够有效地保护数字水印的安全性。

在组合域数字水印算法中，使用了一种特定的混沌映射算法，采用了双向置换的方法对数字水印进行了混沌加密。

这种方法不仅能够保证数字水印的安全性，而且还能提高水印的鲁棒性。

实验结果表明，本文提出的基于混沌的组合域数字水印算法能够有效地增强数字图像的保护性能，提高水印的鲁棒性和安全性。

山西师范大学本科毕业论文混沌数字水印技术的原理与发展现状姓名刘晓庆院系物理与信息工程学院专业电子信息工程班级1105班学号1152030224指导教师李娟答辩日期成绩混沌数字水印技术的原理与发展现状内容摘要近年来，计算机网络以及通信技术飞速发展，网上交流的多媒体信息已经达到了从未有过的的广度和深度。

数字图像是非常多见的多媒体信息，比声音、文字等包含着更加直观立体且丰富多样的信息量，因此获得了越来越普遍的应用。

然而，具有容易被复制、易被篡改等特点，经常易受到抄袭、修改或破坏等各种手段的攻击。

因此，找到一种保护数字多媒体作品的方法迫在眉睫，于是数字水印技术应运而生。

数字水印的本质是信息隐藏技术，它主要用来保护数字媒体等的版权所有、证明作品是否是真实并且可靠的、监视追踪盗版窃取的行为。

论文首先介绍了数字水印的定义、分类以及它的一些主要特征，随后主要阐述了本文所使用的数字水印的实现方法，为数字水印算法的解释、实现及结果分析提供了理论依据。

作为数字水印算法的重要组成部分，论文介绍了DCT变换以及m序列的产生及水印实现步骤，最后通过matlab程序仿真对嵌入水印的图像质量以及水印相似度做了结果分析。

【关键词】数字水印离散余弦变换（DCT） m序列水印的攻击、检测The principle and current state of the chaotic digital watermarking technologyAbstractIn recent years, the rapid development of computer network and communication technology, multimedia information exchange has reached unprecedented breadth and depth. Digital image is a very common multimedia information, Sound, text and other than contains the amount of information and more visual variety, It has been used more and more widely. However,the character of easy to be copied and tampered is the weakness of digital images. Therefore, it is imminent to find a way of protecting the digitai multimedia works.In hence,the technology of digital watermarking emerges as the times require. Digital watermarking is information hiding, it is used to protect the digitai multimedia works’ copyright , testify works is true and reliable or not and supervise the behavior of Piracy.This paper firstly introduces the definition classification and characteristics of digital watermarking,subsequently, I mainly elaborated Implementation method of digital watermarking,to provide a theoretical basis for the explanation,realization and results analysis explanation of the digital watermarking algorithm. As an important part of digital watermarking algorithm,this paper introduces DCT ,m sequence and the watermark implementation steps. Finally, analysising of the results of the embedded watermark image quality and watermark similarity through the MATLAB simulation program.【Key Words】digital watermarking DCT m sequence the attack and detection of watermark目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景 (1)1.2 研究的目的和意义 (1)1.3 数字水印的发展现状 (1)第二章数字水印技术 (2)2.1 数字水印技术的定义 (2)2.2 水印的分类 (2)2.3 数字水印的特点 (3)第三章数字水印的实现方法 (3)3.1 离散余弦变换（DCT变换） (3)3.2 m序列的定义及产生 (3)3.3 基于DCT变换和m序列的水印算法 (3)第四章水印的攻击及检测 (4)4.1 常见的水印攻击 (4)4.2 检测水印质量的标准 (4)第五章程序实现及结果分析 (5)5.1 水印的嵌入、提取及攻击程序 (5)5.2 攻击后的结果分析及相关数据 (5)第六章小结 (8)参考文献： (9)附录 (10)致谢： (14)混沌数字水印技术的原理与发展现状学生姓名：刘晓庆指导教师：李娟第一章绪论1.1 研究的背景近年来，计算机网络以及通信技术飞速发展，网上交流的多媒体信息已经达到了从未有过的的广度和深度。

基于混沌置乱的数字水印开题报告信息科学学院通信与信息系统2001级硕士研究生贾淑芸导师：黄荣怀教授题目：基于置乱技术和容量估计的数字水印系统一、提出背景和研究意义二、数字水印的术语和系统模型三、数字水印的研究现状和发展方向四、数字水印系统的设计（一）数字水印的设计（1）置乱技术的应用（2）加扰技术的应用（二）数字水印嵌入算法的设计（1）DCT变换（2）HVS模型（3）容量估计（三）数字水印提取和检测算法的设计（四）系统的设计目标五、数字水印系统的性能评价（一）不可见性（二）鲁棒性（1）抗压缩性能（2）抗剪切性能（3）抗滤波性能（4）抗噪声性能（5）抗缩放性能（6）抗旋转性能六、工作重点与难点（一）系统模型的设计（二）系统算法的设计（三）系统性能的检验七、系统完成时间规划（一）前期文献的调研（二）中期算法的设计与实现（三）后期论文的撰写八、参考文献一、提出背景和研究意义：1990年，Tanaka等利用信息隐藏技术将不可感知的信息隐藏在视听数据中。

1993年Tirkel等正式提出了水印（watermarking）一词。

他把“水印”这个术语引入到数字产品环境中。

1994年，VanSchyndel在ICIP’94会议上发表了题为“Adigitalwatermark”的文章，这是第一次在主要会议上发表的关于数字水印的文章。

1995年Co某发表了扩频数字水印。

之后，数字水印引起了极大的关注，数字水印技术逐渐成为信息隐藏领域中的研究热点。

二、数字水印的术语和系统模型2.1数字水印的概念与特点许多文献讨论数字水印技术，但目前数字水印始终没有一个明确的统一的定义。

文献[1]给出了如下的定义：数字水印是永久镶嵌在其他数据（宿主数据）中具有可鉴别性的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性。

数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的重要分支。

该技术通过将秘密信息（水印）嵌入在原始数据中来证实该数据的所有权。

信息隐藏一般由密钥（Key）来控制，即通过嵌入算法将水印隐藏于原始信息数据中，含有水印的数据通过信道传递，然后检测器利用密钥从含有水印的数据中恢复出水印。

实验四：基于混沌细胞自动机数字水印实验【实验目的】：1、掌握细胞自动机生成水印的原理与方法，能够编写代码实现；2、运用前几次对实验的学习与实践的经验与理解，实现数字水印的设计。

【实验内容】：（请将你实验完成的项目涂“■”）【实验工具及平台】：■Windows+Matlab□其它：（请注明）【实验方法及实验步骤】：1、水印模板:2、水印的嵌入:3、水印的检测以下的图像，水印嵌入位置为尺度3下小波系数，本实验的分析均在尺度3的小波变换下进行，以保证一定的鲁棒性。

图1 512*512灰度图，水印强度0.3，细胞自动机迭代次数10图2 256*256 RGB图，水印强度0.3，细胞自动机迭代次数401、水印强度参数α对水印鲁棒性的影响：（1）方法：针对本算法，水印的鲁棒性体现为，当含水印的载体受到一定的攻击时，检测出来的相关系数若仍然较大，则具有较好的鲁棒性。

取alpha的不同值进行实验与对比，其中迭代次数为10，对图像进行不同程度和不同种类的攻击之后，通过常规检测方法（余弦定理）和经DCT变换后的检测方法得到的相关系数曲线（图中a表示alpha值）：图1 alpha与JPEG压缩后水印性能（灰度图）图2 alpha与添加椒盐噪声后水印性能（灰度图）图3 利用Stirmark中旋转攻击后水印性能（RGB图）图4 alpha分别为0.5和0.01时，密钥为919种子911 912 913 914 915 916 917 918 919 920常规0.22607 0.12177 -0.032978 -0.044746 -0.086643 0.17984 0.079189 0.076874 0.91043 0.16996 DCT 0.22834 0.12277 -0.033845 -0.044493 -0.086359 0.18062 0.080039 0.07722 0.91573 0.17132 种子921 922 923 924 925 926 927 928 929 930常规0.014769 0.013106 0.017374 0.0074454 -0.0017455 0.0077239 -0.0043754 0.014526 0.004376 0.0088687 DCT 0.18383 0.14475 0.10334 0.042098 0.021728 -0.023929 -0.12915 0.10599 0.14675 0.22898表1 图4中alpha=0.5相应表（2）结论：1）由上面几个攻击强度-相关系数曲线可以看出，数字水印的检测准确度随着攻击强度的增大而下降；在相同的攻击强度下，alpha值越大则检测所得相关系数越大。

基于混沌和傅里叶变换的数字水印算法赵梅;姜梅;甘信丹【摘要】A digital watermarking algorithm is proposed based on chaotic map and fractional Fourier transform. Design a binary image as a watermark , and encrypt it by a chaotic map under the control of the secret key. The original digital image is fractional Fourier transformed with the chaotic sequences generated by the key, and the watermark is embedded in the phase spectrum coefficient. Finally the watermarked image can be obtained by inversely fractional Fourier transformation. The experimental results show that the algorithm is simple, invisible, and robust against crop, compression, added noise and rotation.%提出一种基于混沌映射和分数阶傅里叶变换的数字水印算法.采用有版权信息的二值图像作为水印,利用混沌映射在密钥的控制下对水印进行加密置乱.利用由密钥生成的混沌序列对数字图像进行分数傅里叶变换,并将已经混沌置乱的水印信息嵌入到原始图像的中频幅度谱系数对应的相位谱系数中,最后进行分数傅里叶逆变换可以得到嵌入水印的图像.通过仿真实验可以证明该算法简便易行,且具有良好的不可见性,对图像的剪切、压缩、添加噪声和旋转一系列的图像攻击操作具有良好的鲁棒性.【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2011(021)002【总页数】5页(P189-192,197)【关键词】数字水印;分数傅里叶变换;混沌;鲁棒性【作者】赵梅;姜梅;甘信丹【作者单位】青岛理工大学计算机工程学院,山东,青岛,266033;青岛理工大学计算机工程学院,山东,青岛,266033;青岛理工大学计算机工程学院,山东,青岛,266033【正文语种】中文【中图分类】TP3090 引言随着多媒体技术与网络信息技术的迅速发展,各种数字化信息被广泛的生成、存储、交换和使用,与此同时,对多媒体数字产品的版权保护也随即成为需要迫切解决的问题,而基于数字水印技术的数字信息版权保护被认为是一种保证网络资源安全的有效技术。

基于混沌和分数阶傅里叶变换的数字水印算法研究的开题报告一、研究背景及意义近年来随着互联网技术的不断发展，数字媒体在日常生活中扮演了越来越重要的角色。

然而，在数字媒体传输和传播过程中，很容易遭受篡改和盗版等威胁，给数字媒体的正常利用和知识产权保护带来很大的挑战。

数字水印技术可以有效解决这一问题，将不可见的信息嵌入到数字媒体中，实现对数字媒体的可靠鉴别和真实性验证。

目前流行的数字水印技术主要有基于离散余弦变换（DCT）的水印算法，基于小波变换的水印算法，基于变换域的局部不变性（LIP）的水印算法等。

但是，传统的数字水印算法一般都是基于整数阶傅里叶变换（FFT），不能很好地处理复杂的线性和非线性信号，也不能有效地防止一些隐蔽攻击。

因此，近年来出现了许多基于分数阶傅里叶变换（FRFT）和混沌系统的数字水印算法。

分数阶傅里叶变换是一种广义的傅里叶变换，可以描述复杂的线性和非线性信号，具有良好的时间-频率分辨率。

而混沌系统可以提供随机的、不可预测的噪声序列，可以实现更强的水印鲁棒性和隐蔽性。

因此，基于FRFT和混沌系统的数字水印算法研究具有重要的理论和实际应用价值。

二、研究内容和方法本文将在分析数字水印技术的基础上，研究基于FRFT和混沌系统的数字水印算法，主要包括以下内容：1. 混沌系统的介绍：介绍传统的混沌系统及其相关特性，例如Lyapunov指数和位相图等。

2. 基于混沌的数字水印算法：利用混沌系统提供的随机噪声序列，将数字水印嵌入到主数据信号中。

其中，要考虑混沌参数对水印嵌入和检测性能的影响。

3. 分数阶傅里叶变换的介绍：介绍FRFT的相关原理及其应用，特别是在非线性信号处理和频谱分析中的应用。

4. 基于FRFT的数字水印算法：利用FRFT的时间-频率分辨率优势，将时间域的数字水印转换到频域中，从而提高水印嵌入和检测的鲁棒性和隐蔽性。

5. 基于混沌和FRFT联合的数字水印算法：采用混沌系统和FRFT相结合的方法，将混沌噪声序列和时间-频率分辨率优势结合起来，实现更强的水印鲁棒性和隐蔽性。

基于混沌特性的小波数字水印算法研究的开题报告一、研究背景及研究意义随着数字化技术的飞速发展，数字图像等数字信息的传输和存储成为了一种主流方式。

然而，数字信息的易受篡改、复制等问题成为了亟待解决的难题。

因此，数字水印技术应运而生。

数字水印是将一些不可见或难以被发现的信息嵌入到数字信息中，以保护数字信息不受篡改、抄袭等侵犯，同时又尽可能不影响原始信息的质量和可用性。

当前数字水印技术采用多种算法实现，其中基于小波变换的数字水印技术因其在提取时鲁棒性和抗攻击性较高而备受关注。

小波变换技术通过将信号或图像分解到不同的频率段进行处理，从而可以提高数字水印的安全性和隐蔽性。

而在小波变换的基础上，加入混沌特性可以进一步提高数字水印的安全性和不可预测性。

因此，本研究将探索基于混沌特性的小波数字水印算法，以提高数字水印的可靠性和抗攻击性。

二、研究内容及研究方法本研究将基于小波变换和混沌技术，提出一种新的数字水印算法。

具体研究内容包括以下三个方面：1.设计小波数字水印算法：基于小波变换的数字水印技术可以将水印嵌入到图像中不同频率的小波系数中。

本研究将设计一种基于小波变换的数字水印算法，并提出一种有效的水印嵌入和提取方法。

同时，为了增强数字水印的安全性，将引入混沌技术来改善数字水印的随机性和不可预测性。

2.实现数字水印算法：本研究将使用MATLAB等常用的计算机编程语言实现基于混沌特性的小波数字水印算法，并使用大量的数字图像数据进行测试和验证。

通过实际的实验来验证算法的准确性、鲁棒性和抗攻击性。

3.评估数字水印算法：本研究将评估基于混沌特性的小波数字水印算法的性能和优劣。

评估重点包括以下方面：嵌入数据的大小和安全性、水印的图像质量、提取水印的准确性和鲁棒性、对攻击的抵抗能力等。

三、预期成果和研究意义本研究预期将会获得以下成果：1.设计一种基于混沌特性的小波数字水印算法。

2.实现该算法，并使用实验数据进行测试和验证，以分析其鲁棒性、抗攻击性和提取水印的准确性。

基于混沌与置乱加密的DCT域二值图像数字水印算法的开题报告一、研究背景数字图像水印技术是一种将信息嵌入到数字图像中，以保证数据的可靠性、完整性和安全性的技术。

随着互联网的不断发展，数字图像水印技术在保护知识产权、版权保护、网络信息安全等方面得到广泛应用。

目前，数字图像水印技术主要有空域水印和变换域水印两种。

其中，变换域水印技术具有抵抗传统攻击的优势，广泛应用于数字版权保护、医学图像处理、电子政务等领域。

二、研究意义本文主要研究基于混沌与置乱加密的DCT域二值图像数字水印算法。

该算法具有以下特点：1. 采用混沌融合与置乱加密技术，加强了水印的安全性和鲁棒性。

2. 采用二值水印，避免水印对图像质量的影响。

3. 在DCT域进行水印嵌入，保证了水印的透明性和抵抗JPEG压缩的性能。

通过该算法，可以有效地保护数字内容的版权和知识产权，为保护网络信息安全做出贡献。

三、研究内容和方法本文的研究内容为基于混沌与置乱加密的DCT域二值图像数字水印算法。

具体来说，本文将采用以下方法：1. 对混沌融合与置乱加密技术的理论及原理进行深入剖析，并进行算法设计。

2. 在DCT域进行水印嵌入，保证水印的透明性和抗JPEG压缩的性能。

3. 实现算法，并进行仿真实验。

四、预期成果本文将研究基于混沌与置乱加密的DCT域二值图像数字水印算法，通过算法的实现和仿真实验，预计可达到以下预期成果：1. 研究混沌与置乱加密技术在数字图像水印领域的应用，提升对数字信息安全的保护能力。

2. 开发一种具有良好性能的DCT域二值图像数字水印算法。

3. 通过实验评估算法的鲁棒性、透明性和抵抗JPEG压缩性能，验证算法的可用性和有效性。

五、进度安排1. 第一周：研究混沌与置乱加密技术原理，并进行算法设计。

2. 第二周：研究DCT域图像处理技术，并进行算法设计。

3. 第三周：实现算法，并进行算法的调试与优化。

4. 第四周：进行仿真实验，并分析实验结果。

5. 第五周：撰写论文并进行定稿。

混沌系统在数字水印中的应用研究的开题报告一、研究背景数字水印技术是一种在数字内容中不可见地嵌入信息的技术。

它不仅可以保护数字媒体的版权，还可以在很多领域，例如信息管理、数据安全等方面起到重要作用。

在数字水印技术中，混沌系统是一个常用的工具，因为它有多种随机性和不可预测性，可以提供数据的强安全性和保护性。

然而，混沌系统的稳定性和复杂性也会对数字水印的性能和可靠性产生影响。

因此，研究混沌系统在数字水印中的应用是一个值得探讨的话题。

二、研究目的本研究旨在探讨混沌系统在数字水印中的应用，并对混沌系统的特性、稳定性和复杂性对数字水印的性能和可靠性进行深入分析。

具体研究目标如下：1.研究混沌系统在数字水印中的嵌入原理和方法。

2.探讨混沌系统在数字水印中的应用效果及其影响因素。

3.分析混沌系统的特性、稳定性和复杂性对数字水印的性能和可靠性的影响。

三、研究内容本研究主要分为以下几个方面：1.文献综述综述数字水印和混沌系统的基本理论和研究状况，分析当前研究中存在的问题和不足。

在此基础上，提出本研究的研究思路和方法。

2.混沌系统在数字水印中的嵌入原理和方法探讨混沌系统在数字水印中的嵌入原理和方法，并详细介绍各种类型的混沌系统。

3.混沌系统在数字水印中的应用效果及其影响因素通过实验研究，探讨混沌系统在数字水印中的应用效果及其影响因素，分析混沌系统的特性、稳定性和复杂性对数字水印的性能和可靠性的影响。

4.研究结论总结本研究的主要研究内容和所得结论，进一步提出未来的研究方向和改进方案。

四、研究方法本研究采用实验研究的方法，首先在MATLAB环境下，对各种类型的混沌系统进行建模，然后在建立的混沌系统中嵌入数字水印，测量数字水印的鲁棒性、可靠性和安全性等性能指标，在此基础上，分析混沌系统的特性、稳定性和复杂性对数字水印的影响因素。

五、预期成果本研究的预期成果如下：1.研究混沌系统在数字水印中的嵌入原理和方法。

2.实验研究混沌系统在数字水印中的应用效果及其影响因素，分析混沌系统的特性、稳定性和复杂性对数字水印的性能和可靠性的影响。