一种多级数据嵌入的信息隐藏方法研究

林虹虹

摘要：利用Bandelet变换实现数字图像特征信息自适应提取，对水印信息实现自适应多级调制嵌入，强化了对特征信息的保护和恢复，以及对检测信号进行进一步的信息筛选。实验结果表明，提出的数字水印特征多级嵌入调制及其检测的研究方法，提高了水印图像的恢复性和抗攻击能力。

关键词：数据调制 信息隐藏 Bandelet 数字水印

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（a）-0008-02

作为一种信息的技术，信息隐藏综合了诸多科学的理论、技术，目前已经被应用于保护数字版权以及保密通讯中，信息隐藏技术以其优越的特性开始受到关注并成为了信息科学安全中几乎研发的重点。而为了实现信息隐藏，当前技术研发重心便落到了基于小波变换的信息隐藏方法。

相较于Fourier，小波变换不但将局部化变换思想继承下来，还进一步予以拓展将频变化同窗口大小的变化结合起来，从而灵敏的将局部奇异特征表现出来。但从采样角度分析，在进行多为信号的表示中，小波分析仍旧存在两点问题。首先小波变换中平移不具备不变性；其次不能稀疏表示方向性奇异特征。随着技术研发的不断深入，国际专家针对小波转换提出了创新性的尺度分析方式，即多尺度分析，又被称作新型小波理论。

Bandelet变换由于具备自适应处理设计各向异性的基函数，通过各向异性基函数字典的建立、完善，从而稀疏表示图像边缘。文章从全兴的角度对数字水印进行研究，通过Bandelet变换，对图像边缘信息进行稀疏表示。通过对水印特征信息的分析，从而设计出多级数据调制嵌入数字水印算法，该算法在特征信息嵌入过程中采用的隐藏策略不同于一般信息，确定算法后还需建立，相应的数学模型，用以检测识别水印特征级，从而对水印信息量进行提升，加强数字水印检测识别能力以及攻击抗性。

1.理论研究

Bandelet是一组正交基，所以表示图像时信息无冗余。它的自适应策略使得可以用较少的Bandelet系数表示图像在边缘处的奇异性质，首先定义了一种能表征图像局部正则方向的几何矢量线；再对图像的支撑区间S进行二进剖分S=OΩ_i，当剖分足够细时，每一个剖分区间Ω_i中最多只包含图像的一条轮廓线（边缘）。对于包含轮廓线的局部区域，几何正则的方向就是轮廓的切线方向。根据局部几何正则方向，在全局最优的约束下，计算区域Ω_i上矢量场r（X1，X2）的矢量线。再沿矢量线将定义在Ω_i上的区间小波以生成Bandelet基，从而能够充分利用图像本身的局部几何正则性。所有剖分区域Ω_i上的Bandelet的集合构成了一组L2（S）上的标准正交基。构造Bandelet变换的中心思想是定义图像中的几何特征为矢量场，而不是看成普通的边缘的集合。矢量场表示了图像空间结构的灰度值变化的局部正则方向。

2.特征级数字图像水印算法

虽然技术发展迅猛，但是当前还并未有使用Bandelet变换从而多级隐藏检测水印特征的技术。通过对Bandelet变换的分析，我们可以清楚了解到其性质，Bandelet变换将经典小波变换中的诸多弊端解决掉了。并且基于Bandelet变换，水印图像具备了稀疏表示能力，可以对几何边缘依照實际需要进行稀疏表示，从而在检测、提取水印特征信息中性能良好。

2.1分割几何特征条件

对水印图像的集合特征依照分割模型条件分割，分割后信源的局部数据通全局数据之间通过分析信源信号联合分布建立联系。如此一来，图像统计形式便成了Banddet变换模型。基于此，分割后的图像数据将局部与整体的特征统计以Bandelet变换数据链联系起来。

2.2多级结构的水印形式

文章以Bandelet变换系数分布、重要性的不同，提出了一种建立在Bandelet变换结构基础之上的多级数据调制嵌入的信息隐藏实现方法。通过这种方式，可以将频率不同但几何方向、空间位置相同的系数归为同组，并形成多级性树结构。该方式可以将图像特征点不同的数字水印数据依照树结构的差异性分解为能量不同的向量基，从而依照不同的多级结构节点生成水印信息，并保证其强度不同。

文章所论述的Bandelet变换系数深度为四级，其树结构的节点上子节点树木一致，每一个节点上，多小波树某子带系数则由水印数据位移的向量基表示。

2.3多级调制嵌入数字水印数据