直方图移位安全可逆图像水印算法的研究-AET-电子技术应用

直方图移位安全可逆图像水印算法的研究

2020年信息技术与网络安全第9期

赵文鹏，李子臣，游福成，李祯祯

北京印刷学院信息工程学院，北京102600

摘要： 针对一些在数字版权保护和多媒体信息安全领域中，需要对嵌入的水印信息进行加密来确保水印信息的机密性，提出直方图移位安全可逆的图像水印算法。对载体图像的最大像素值和最小像素值分别进行减一加一的操作，并且对该像素值进行标记，图像预处理的方法，解决了嵌入水印信息时像素值修改产生的溢出问题。利用祖冲之序列密码算法(ZUC算法)对水印信息进行加密。在水印嵌入阶段，计算每个半平面像素的四邻域、八邻域的预测差值，来构建二维直方图，嵌入加密的水印。实验结果表明，算法能够无损地恢复原始载体图像，加密水印信息能够正确解密，含加密水印图像的峰值信噪比均达到50 dB以上；该方案具有良好的加解密效果，水印图像具有很好的质量和水印隐蔽性，算法具有可逆性，并且解决了像素溢出的问题。

关键词： 加密水印预测差值直方图移位像素溢出

中图分类号： TP309.7
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.007
引用格式：赵文鹏，李子臣，游福成，等. 直方图移位安全可逆图像水印算法的研究[J].信息技术与网络安全，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

随着网络和多媒体的快速发展及普及，数字内容规模呈指数级增长，使得数字内容的安全性越发重要^[1]。数字水印技术(Digital Watermarking)应运而生。数字水印技术是信息隐藏的一个重要分支。

传统的水印是以显性嵌入在作品中的形式存在的，会极大地影响原作品的展示、传播、学习和欣赏。显性水印指的是嵌入水印之后，人类肉眼可以看见嵌入的水印信息。

现在越来越多的水印是隐性水印，隐性的水印嵌入技术是指载体图像嵌入水印之后，人类肉眼无法看见嵌入的水印信息。版权方面^[2]，现在的数字水印技术是将水印信息，如用户信息、版权信息等嵌入到数字载体中，由此来确定版权拥有者、跟踪侵权行为、所有权认证、认证数字内容来源的真实性等。一旦攻击者获知了水印算法，利用提取水印算法很容易获取水印信息，出现信息泄露或伪造水印的现象，因此，使用水印加密技术，即使水印被攻击也只能得到无用的数据。在其他领域，如军事方面，数字水印用于秘密通信，让军事机密消息的传递不暴露在传统的信息通道中，同时也需要保护水印信息。

在已有研究中，文献[3]提出了基于直方图移位的方法，具有良好的PSNR值，但嵌入容量和水印图像的鲁棒性需要进一步提高。文献[4]中提出了对直方图进行修改并对提取方式进行了改进，增强水印的鲁棒性，但算法并没有提高水印嵌入容量。文献[5]中提出了一种基于直方图修改的图像水印算法，能抵抗一般的传统攻击，增强了算法的鲁棒性，但算法并没有提高水印嵌入容量。文献[6]提出了基于二维直方图平移的方法，解决图像在嵌入容量较大的情况下，水印隐蔽性和认证图像质量不高的问题，利用篡改检测方法定位出图像被篡改的区域，图像完整性的认证进一步增强，但是没有考虑像素溢出和水印信息安全的问题。

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作者信息:

赵文鹏，李子臣，游福成，李祯祯

(北京印刷学院信息工程学院，北京102600)

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