[發(fā)明專利]一種基于無線通信的數(shù)字圖像編碼層魯棒可逆水印方法

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• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN113923312A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳立全;于坤良;王宇;付彤
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發(fā)明公開了一種基于無線通信的數(shù)字圖像編碼層魯棒可逆水印方法，首先發(fā)送端結(jié)合所使用的發(fā)送方式、編碼方案、信道特征等進(jìn)行秘密信息嵌入容量的分析反饋；隨后其對待傳輸?shù)妮d體和秘密信息進(jìn)行信道編碼，并通過編碼重分塊，偽隨機(jī)加擾等操作進(jìn)行預(yù)處理；在得到預(yù)處理后的載體和秘密信息后，發(fā)送端通過一輪隨機(jī)位置嵌入和多輪近似均勻的循環(huán)移位嵌入將秘密信息隱藏在編碼后的載體比特流中；接收端在收到偽裝載體比特流后，一方面可以在解碼前依據(jù)密鑰從接收到的比特流中提取秘密信息，也可以直接進(jìn)行逆預(yù)處理步驟和解碼，恢復(fù)出原始的載體信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及魯棒可逆水印在新載體上的應(yīng)用，具體涉及一種基于無線通信的數(shù)字圖像編碼層魯棒可逆水印方法。

背景技術(shù)

由于信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像已經(jīng)成為各個領(lǐng)域交流信息，獲取信息的重要載體。與此同時，數(shù)字信息面臨的安全性威脅越來越大，因此人們對個人隱私保護(hù)的需求也不斷提高。相對于加密技術(shù)通過將明文轉(zhuǎn)換成密文進(jìn)行傳輸來保證其安全性的方案，信息隱藏技術(shù)旨在將秘密信息隱藏在可以公開傳輸?shù)妮d體中，不引起竊聽者的注意，保證秘密信息的不可感知性?？赡鏀?shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)的一個分支，其要求保證接收者在能無差錯提取秘密信息的前提下，無損恢復(fù)載體信息。由于潛在攻擊者的存在，可逆信息隱藏方法的魯棒性仍需提高。在此情況下，研究者提出了魯棒可逆數(shù)字水印來增強(qiáng)方法抵抗圖像處理攻擊的能力。這種方法具有可逆數(shù)字水印方法可以無損恢復(fù)載體和秘密信息的特點，同時在傳輸?shù)男畔⒃獾綈阂夤舻那闆r下，秘密信息仍然可以被無損還原。

為了保證方法的魯棒性，大部分魯棒可逆數(shù)字水印方案需要在直方圖中通過擴(kuò)展和平移為所嵌入的秘密信息騰出大量的空間。由于該方案較大的移位幅度，嵌入秘密信息后載體圖像會產(chǎn)生一定的失真。此外，方法在嵌入過程中會生成溢出現(xiàn)象。為了使秘密信息能夠無損還原，發(fā)送端需要對特定的像素進(jìn)行標(biāo)記，生成位置地圖。這就要求存在另一個安全信道用來傳輸額外的信息。

在實際的無線通信系統(tǒng)中，由于監(jiān)聽者的存在，信息傳輸方很難獲得一個完全安全的信道用來傳輸嵌入時產(chǎn)生的額外信息。此外，載體信息傳輸時，信道中存在的噪聲會對所傳輸?shù)膱D像帶來影響，這可能會導(dǎo)致先前嵌入的秘密信息被干擾，令接收端無法完整且正確地還原出所嵌入的秘密信息。從這個角度來說，設(shè)計一個數(shù)字圖像的無線信道信息隱藏方法是很有必要的。目前，隨著無線通信方案的不斷普及，人們越來越多地使用移動設(shè)備傳輸信息，這就給信道編碼信息隱藏方案帶來了廣闊的應(yīng)用前景。

基于信道編碼的隱蔽信道可以在軍事、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，甚至是一些企業(yè)應(yīng)用中建立。通信設(shè)備的管理者可以利用特定的方案在用戶之間的通信過程中嵌入額外的信息，用于記錄或追蹤用戶的行為。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，正是針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，為實現(xiàn)秘密信息在信道中的安全，隱蔽的傳輸，提出了無線通信場景下針對數(shù)字圖像的編碼層魯棒可逆水印方法。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提出一種基于無線通信的數(shù)字圖像編碼層魯棒可逆水印方法，包括如下步驟：

S1,嵌入容量分析反饋：發(fā)送端T基于信道編碼和發(fā)送方式的特性計算嵌入容量和信道的信噪比的關(guān)系，由此確定在固定的載體下能夠嵌入的秘密信息位數(shù)，并決定是否將秘密信息分批發(fā)送；

S2,載體信息和秘密信息預(yù)處理：發(fā)送端T將載體信息和秘密信息進(jìn)行信道編碼，并對載體信息進(jìn)行編碼重分塊和置亂操作，對秘密信息進(jìn)行偽隨機(jī)加擾，與此同時，發(fā)送端T應(yīng)確定和計算后續(xù)過程中所使用的必要的參數(shù)，以便于后續(xù)隱蔽信道的構(gòu)建；

S3,秘密信息嵌入：發(fā)送端T利用預(yù)處理時所使用的參數(shù)，并生成位置選擇序列和方向控制序列決定每個秘密信息比特的嵌入位置，秘密信息在一輪嵌入和多輪嵌入時分別采取隨機(jī)嵌入和近似均勻的循環(huán)移位嵌入，并通過比特替換的方式被完整地嵌入載體比特流中；