《電子技術(shù)應(yīng)用》
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直方圖移位安全可逆圖像水印算法的研究
2020年信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全第9期
趙文鵬，李子臣,，游福成,，李禎禎
北京印刷學(xué)院 信息工程學(xué)院,，北京102600
摘要： 針對一些在數(shù)字版權(quán)保護(hù)和多媒體信息安全領(lǐng)域中，需要對嵌入的水印信息進(jìn)行加密來確保水印信息的機(jī)密性,，提出直方圖移位安全可逆的圖像水印算法,。對載體圖像的最大像素值和最小像素值分別進(jìn)行減一加一的操作，并且對該像素值進(jìn)行標(biāo)記,，圖像預(yù)處理的方法,，解決了嵌入水印信息時(shí)像素值修改產(chǎn)生的溢出問題。利用祖沖之序列密碼算法(ZUC算法)對水印信息進(jìn)行加密,。在水印嵌入階段,，計(jì)算每個(gè)半平面像素的四鄰域、八鄰域的預(yù)測差值,，來構(gòu)建二維直方圖,，嵌入加密的水印。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，算法能夠無損地恢復(fù)原始載體圖像,，加密水印信息能夠正確解密,，含加密水印圖像的峰值信噪比均達(dá)到50 dB以上,；該方案具有良好的加解密效果，水印圖像具有很好的質(zhì)量和水印隱蔽性,，算法具有可逆性,，并且解決了像素溢出的問題。
中圖分類號： TP309.7
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.007
引用格式： 趙文鵬,，李子臣,，游福成，等. 直方圖移位安全可逆圖像水印算法的研究[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全,，2020,，39(9)：34-38.
Research on histogram shift safe reversible image watermarking algorithm
Zhao Wenpeng，Li Zichen,，You Fucheng,，Li Zhenzhen
School of Information Engineering，Beijing Institute of Graphic Communication,，Beijing 102600,，China
Abstract： In the field of digital copyright protection and multimedia information security, the embedded watermark information needs to be encrypted to ensure the confidentiality of the watermark information, so a safe and reversible image watermarking algorithm for histogram shift is proposed. The maximum and minimum pixel values of the carrier image are subtracted one and added one respectively, and the pixel value is marked. The carrier image is preprocessed to solve the problem of overflow caused by pixel value modification when embedding watermark information. The watermark information is encrypted using ZUC sequence cipher. In the stage of watermark embedding, the predicted difference of four fields and eight fields of each half-plane pixel is calculated to construct a two-dimensional histogram, and then the encrypted watermark is embedded. Experimental results show that the algorithm can restore the original carrier image lossless, the encrypted watermark information can be decrypted correctly, and the peak signal-to-noise ration value of the encrypted watermark image reaches more than 50 dB. The experimental results further illustrate that the scheme has good encryption and decryption effects, the watermark image has good quality and watermark concealment, the algorithm is reversible, and solves the problem of pixel overflow.
Key words : encrypted watermark；prediction difference,；histogram shifting,；pixel overflow

0 引言

    隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體的快速發(fā)展及普及，數(shù)字內(nèi)容規(guī)模呈指數(shù)級增長,，使得數(shù)字內(nèi)容的安全性越發(fā)重要[1],。數(shù)字水印技術(shù)(Digital Watermarking)應(yīng)運(yùn)而生,。數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏的一個(gè)重要分支。

    傳統(tǒng)的水印是以顯性嵌入在作品中的形式存在的,，會極大地影響原作品的展示,、傳播、學(xué)習(xí)和欣賞,。顯性水印指的是嵌入水印之后,，人類肉眼可以看見嵌入的水印信息。

    現(xiàn)在越來越多的水印是隱性水印,，隱性的水印嵌入技術(shù)是指載體圖像嵌入水印之后,，人類肉眼無法看見嵌入的水印信息。版權(quán)方面[2],，現(xiàn)在的數(shù)字水印技術(shù)是將水印信息,，如用戶信息、版權(quán)信息等嵌入到數(shù)字載體中,，由此來確定版權(quán)擁有者,、跟蹤侵權(quán)行為、所有權(quán)認(rèn)證,、認(rèn)證數(shù)字內(nèi)容來源的真實(shí)性等,。一旦攻擊者獲知了水印算法，利用提取水印算法很容易獲取水印信息,，出現(xiàn)信息泄露或偽造水印的現(xiàn)象,，因此，使用水印加密技術(shù),，即使水印被攻擊也只能得到無用的數(shù)據(jù),。在其他領(lǐng)域，如軍事方面,，數(shù)字水印用于秘密通信,，讓軍事機(jī)密消息的傳遞不暴露在傳統(tǒng)的信息通道中，同時(shí)也需要保護(hù)水印信息,。

    在已有研究中,，文獻(xiàn)[3]提出了基于直方圖移位的方法，具有良好的PSNR值,，但嵌入容量和水印圖像的魯棒性需要進(jìn)一步提高,。文獻(xiàn)[4]中提出了對直方圖進(jìn)行修改并對提取方式進(jìn)行了改進(jìn)，增強(qiáng)水印的魯棒性,，但算法并沒有提高水印嵌入容量,。文獻(xiàn)[5]中提出了一種基于直方圖修改的圖像水印算法，能抵抗一般的傳統(tǒng)攻擊,，增強(qiáng)了算法的魯棒性,，但算法并沒有提高水印嵌入容量,。文獻(xiàn)[6]提出了基于二維直方圖平移的方法，解決圖像在嵌入容量較大的情況下,，水印隱蔽性和認(rèn)證圖像質(zhì)量不高的問題,，利用篡改檢測方法定位出圖像被篡改的區(qū)域，圖像完整性的認(rèn)證進(jìn)一步增強(qiáng),，但是沒有考慮像素溢出和水印信息安全的問題,。




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作者信息:

趙文鵬，李子臣,，游福成,，李禎禎

(北京印刷學(xué)院 信息工程學(xué)院，北京102600)

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