一种数字水印技术领域的基于ＨＳＢ和ＬＳＢ的可恢复的半脆弱水印方法。通过利用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ混沌序列和置乱方法以及图像中ＬＳＢ与ＨＳＢ位平面的特点来嵌入数字水印和进行图像的真伪检测，借助空间域中ＬＳＢ位平面所含水印信息容量大以及ＨＳＢ位平面在图像篡改和水印攻击情况下具有相对稳定性的特点，利用ＨＳＢ编码生成水印信息，采用置乱方法计算出水印嵌入位置，将水印嵌入到ＬＳＢ中，并结合混沌序列的方法，对篡改区域定位。本发明专利技术不仅可对图像内容的恶意篡改进行精确地检测与定位，而且能比较精确地恢复被篡改的原图像信息，对原图质量的影响非常小。
A recoverable semi fragile watermarking scheme based on HSB and LSB
A recoverable semi fragile watermarking scheme based on HSB and LSB in the field of digital watermarking technology. By using Logistic chaotic sequence and scrambling method and LSB and HSB graphic images in the characteristics of digital watermarking and image authenticity detection, using LSB bit plane spatial domain contained in the watermark information capacity and the HSB bit plane has the characteristics of relative stability in image tampering and watermark attack case, using HSB encoding the watermark is generated, the scrambling method to calculate the embedding position of the watermark, the watermark is embedded into LSB, and combined with the method of chaotic sequence and to locate the tampered areas. The invention not only can accurately detect and locate the malicious tampering of the image content, but also can recover the tampered original image information more accurately, and has very little influence on the quality of the original picture.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种数字水印
的方法，具体是一种基于HSB和LSB 的可恢复的半脆弱水印方法。
技术介绍
数字图像的广泛应用带来了其内容真实性鉴别的问题。特别是随着各种高 质量和高精度的图像处理设备及大量的数字图像处理软件的出现，使得对数字 图像的编辑修改更加的方便。针对图像真伪鉴别问题，主要采用半脆弱数字水 印技术作为信息完整性的鉴别工具。但是，很多已有的水印嵌入与检测方法虽 然可以定位图片被篡改的位置，却基本不能提供原始图像的信息，因此很难进 行图像复原与修复的工作。经过文献检索，Walton在文章"Information authentication for a slippery new age"(《信息认证的新时代》)(Dr. Dobbs Journal. 1995, 20(4) :18-26) (Dr. Dobbs杂志)中首次提出用脆弱数字水印的方法来实现图 像检测，其方法为首先随机选择所有像素点，计算它们的灰度值中除了最低 有效位(LSB)之外的其它有效位(高7位)的校验和，并将其作为水印信号嵌 入到其LSB中。检测时，只需检测图像的校验和与提取的水印信息是否一致即 可。嵌入水印的像素在嵌入后平均只有半数像素发生改变，所以该算法能较好 的保持图像的透明性。但无法检测像素之间的交换，而且篡改者可以通过替换 图像LSB平面来移除水印信息。因此使用校验和的方法不够安全，而且该方法 的篡改定位能力比较差。Wong等人在文章"A public key watermark for image verification and authentication"(《一种基于公钥的图像鉴别与检测水印》)(Proceedings of the IEEE International Conference on Image Processing, Chicago, USA. 1998,1: 455- 459) (IEEE图像处理学报)中通过对图像的7个最高有效位及尺 寸通过Hash函数运算获得原始图像的某些特征，该特征与一有意义的二值水印5图像经过异或操作并经公开密钥加密后嵌人到图像中最低有效位。当图像内容 受到怀疑时，首先将图像的7个最高有效位与图像尺寸经过Hash运算后得到某些 特征，然后将图像最低有效位公开解密后的结果与该特征通过异或操作后就得 到嵌入的水印模式。该算法具有定位特性，从提出的水印可以非常直观地看出 被篡改的区域。Wong等人在文章"A watermark for image integrity and ownership verification^]"(《一种用于图像完整性与版权保护的数字水印技术》) (Proceedings of the IS &T PIC Conference, Oregon, Portland, 1998)(信 息服务与技术图片学报)中提出了一种基于分块的脆弱水印认证算法，算法的 主要思想是把图像分割为各个独立的小块，对原图每个图像块的LSB平面置零后 并经Hash函数置乱后，与水印信息进行异或操作，并结合私钥进行加密得到二 值图像的水印信号，然后分别在各小块上嵌人各自的水印，该类分块独立算法 的缺点是不能抵抗伪造真实图像的量化攻击，其原因在于各个分块是独立的。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于HSB和LSB的可恢复 的半脆弱水印方法。本专利技术能够精确定位图像篡改同时还可恢复原图像，保护 数字图像的真实性、完整性。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术通过利用Logistic混沌序列和置乱方法以及图像中LSB( Least Significant Bit,最低比特位)与HSB (Highest Significant Bit最高比特位) 位平面的特点来嵌入数字水印和进行图像的真伪检测；借助空间域中LSB位平 面所含水印信息容量大以及HSB位平面在图像篡改和水印攻击情况下具有相对 稳定性的特点，利用HSB编码生成水印信息，采用置乱算法计算出水印嵌入位 置，将水印嵌入到LSB中，并结合混沌序列的方法，对篡改区域定位。这样不 仅可对图像内容的恶意篡改进行精确地检测与定位，而且能比较精确地恢复被 篡改的原图像信息，对原图质量的影响非常小。所述的嵌入数字水印，包括如下步骤①将所要嵌入水印的载体图片进行分块，块的大小为2X2，分别以^表 示，A = (lKiQ，夂是总的块数。用下列矩阵表示4 =②计算每个块的平均值(1)取出该值的HSB分量，由于图像像素的取值范围是0-255，用8个比特表示J — J力76 J*5 3 J*2 J*1 )这里取最高的4个比特，艮卩if ,j,，z，,:i^作为该位置的水印信息。③采用置乱方法计算出水印嵌入位置，包括步骤如下将整个水印载体图片的像素以行扫描的方式进行编号1,2，3，,A ，M*iV， M和 iV分别是图片的长宽，然后将图片分成4大块，以A， B， C， D表示， 然后进行对角线交换，如下所示5一>c5《交换后像素代表的新的编号就是所要求的/(A:)。将嵌入位置/("对应的的 分块像素用下式表示a/(t)2③水印嵌入位置和混沌序列产生。利用如下方法进行置乱将整个水印载体图片的像素以行扫描的方式进行编号1,2，3,,八，似*^, M和W分别是图片的 长宽，然后将图片分成4大块，以A， B， C， D表示，然后进行对角线交换，如下 所示5_>c万交换后像素代表的新的编号就是所要求的/(A:)。将嵌入位置/(W对应的的分块 像素用下式表示/1 —④提取出"〃4、。，"M、""m、2，"m、3的最低LSB分量0)。，On,"^"2,")^3 ，7并分别用I/7 ， Z/6,《5,1/4来替换。⑤利用用户相关的密钥通过Logistic混沌系统产生一组混沌序列g(A:)， A = (1K《)。每个图像块^对应一个混沌序列比特，用将图像块4的 ",。像素的"S比特替换，从而此图像块完成水印嵌入，取下一个图像块嵌入水 印直到所有图像块完成类此操作。所述的图像的真伪检测，包括如下步骤①将嵌入水印的载体图片以2X2的大小进行分块，取出其中一个块以^表 示。其块内元素如下矩阵4 =②计算这个块的平均值(2)*64与嵌入部分对应取出该值的HSB的高4个比特分量《A7,Z^6，《A5，Zt'6③用与嵌入部分对应的置乱算法产生水印嵌入位置块/("，将此位置的分块像素用下式表示4r("="/(*)0"/(4)2 fl/(*)3AO—*A0 A0"/("3与S64，如果并提取出")(i)o,fl)(i)1，a)(jt)2,a)(Jt)3的最低LSB分量":)。,"》帅，a/(;)2，^w3 。④ 分别比较")。与zr ，与r ， ")2与—*60在上面的比较中有一个比特不相符则转到步骤⑥进行进一步的防篡改检测，反 之转到步骤⑤进行混沌序列的检测。⑤ 混沌序列的检测。用与水印嵌入部分对应得混沌序列初值产生一个混沌 序列g("，用将a^比特提取出来与g("相比较，如果两者不同，则转到步骤⑥还要进一步的确认。如果步骤④中没有检测到篡改并且本步骤也没有检测到 篡改则认为这个图像块没有受到篡改，进行下一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于ＨＳＢ和ＬＳＢ的可恢复的半脆弱水印方法，其特征在于，通过利用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ混沌序列和置乱方法以及图像中ＬＳＢ与ＨＳＢ位平面的特点来嵌入数字水印和进行图像的真伪检测，借助空间域中ＬＳＢ位平面所含水印信息容量大以及ＨＳＢ位平面在图像篡改和水印攻击情况下具有相对稳定性的特点，利用ＨＳＢ编码生成水印信息，采用置乱方法计算出水印嵌入位置，将水印嵌入到ＬＳＢ中，并结合混沌序列的方法，对篡改区域定位。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马进，李建华，李生红，苏波，金波，李剑，李琳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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