基于混沌置乱的军工图像数字水印算法

2013-09-14王洪兰

电子测试 2013年6期

王洪兰

（湖南科技工业职业技术学院，湖南湘潭 411207）

0 引言

随着计算机网络和通信技术的迅猛发展，数字媒体的传播和使用等信息安全问题成为越来越突出的问题，尤其在军事和国家安全等对信息的安全性和保密性有更高要求的领域，其前景越来越广阔。国有大型军工骨干企业江南工业集团有限公司所生产的设施图纸（图像）就涉及到了保密问题，因此，如何能够保证图像（图纸）方便使用又能够保证数据传输的安全性，已成为公司迫切解决的问题之一。基于上述考虑，文中提出了一种基于混沌置乱的军工图像数字水印算法。该算法是将水印图像进行Arnold置乱及logistic混沌加密预处理，然后将水印图像和原始图像同时进行三级小波变换，最后将加密后的水印图像嵌入到原始图像中去，实现图像水印的嵌入。理论分析和实验结果表明，该算法不仅具有较好的隐藏性，同时也具有较强的鲁棒性。

1 混沌系统和Arnold置乱

1.1 混沌系统

文中采用Logistic映射对经过置乱后的水印图像进行预处理。Logistic映射是一类简单却被广泛研究的混沌动力系统。用非线性差分方程描述如下：

其中为0≤u≤4分支系数，x(n)∈(0,1)。当3.5699459＜u≤4时，Logistic映射工作于混沌状态。也就是说，由初始条件 x0在Logistic映射的作用下所产生的序列 x 0，x1,……,xn 是非周期、不收敛的并对初始值非常敏感。

1.2 Arnold置乱

Arnold置乱是一种改变图像像素的相互位置关系，降低图像相关性，从而达到保密图像为目的的图像加密方法。Arnold变换公式为：

其中，N是矩阵的大小， ),( yx 和 ),(''yx 表示像素点在变换前后的位置，其实质为一种点的位置移动。Arnold变换具有周期性,其算法易于实现，置乱次数可为隐藏系统提供密钥，从而增强系统的安全性和保密性。

2 DWT域数字水印算法

2.1 水印的生成

这里的原始水印图像使用32*32的二值图像如图2所示。利用Arnold变换对图像进行置乱，置乱145次后的图像如图3所示，同时，进一步实验证明，对于32*32的二值图像，经过192次Arnold变换后恢复到原图像如图4所示。再次，使用Logistic混沌技术生成一个混沌序列，将其加入到Arnold置乱后的水印图像中去，形成水印图像如图5所示。