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基于物理混沌和轮廓波变换的数字水印算法研究
论文：基于物理混沌和轮廓波变换的数字水印算法研究
摘要：
随着信息技术的不断发展，数字水印技术越来越受到重视。为了保护数字信息的安全，提高数字版权保护的能力，本文提出一种基于物理混沌和轮廓波变换的数字水印算法。该算法随机选择水印嵌入位置，并利用Logistic混沌序列产生伪随机数序列来加密水印信息。另外，通过轮廓波变换实现对加密水印的高频信息提取，从而提高了水印的鲁棒性和容错性。本文对该算法进行了实验验证，实验结果表明所提出的数字水印算法既具有良好的鲁棒性，又具有高容错性和隐蔽性。
关键词：数字水印；物理混沌；轮廓波变换；鲁棒性；容错性。
Abstract:
Withthecontinuousdevelopmentofinformationtechnology,digitalwatermarkingtechnologyisbecomingmoreandmoreimportant.Inordertoprotectthesecurityofdigitalinformationandimprovetheabilityofdigitalcopyrightprotection,thispaperproposesadigitalwatermarkingalgorithmbasedonphysicalchaosandcontourlettransform.Thealgorithmrandomlyselectsthewatermarkembeddingposition,andusestheLogisticchaoticsequencetogenerateapseudo-randomsequencetoencryptthewatermarkinformation.Inaddition,contourlettransformisusedtoextractthehighfrequencyinformationoftheencryptedwatermark,therebyimprovingtherobustnessandfaulttoleranceofthewatermark.Thispaperconductsexperimentalverificationsonthealgorithm,andtheexperimentalresultsshowthattheproposeddigitalwatermarkingalgorithmhasgoodrobustness,highfaulttoleranceandconcealment.
Keywords:digitalwatermarking;physicalchaos;contourlettransform;robustness;faulttolerance.
一、引言
数字技术的不断发展使得数字信息的交流和传播更加方便快捷，然而也对数字信息的保护提出了巨大的挑战。数字水印技术作为一种数字版权保护手段，已经越来越广泛地应用于数字版权保护和信息安全方面。数字水印是指将一些不可见的信息或标记嵌入到数字媒体中，以便于对数字媒体的授权管理、溯源和版权维护等。数字水印技术可以通过隐藏在数字媒体中的嵌入信息识别出版权归属或实现版权保护。
传统的数字水印技术主要有LSB算法、DCT算法、DWT算法等。然而这些算法在对抗攻击方面有着局限性。为了提高数字水印的鲁棒性和容错性，近年来，越来越多的研究集中于利用物理混沌和小波变换等技术实现数字水印的嵌入和提取。
本文提出的数字水印算法采用物理混沌和轮廓波变换相结合的方法，既能够确保水印信息的安全性，又能够提高水印的鲁棒性和容错性。下面将从算法原理、实验验证等方面分析本文所提出的数字水印算法的优点和适用范围。
二、算法原理
1.物理混沌
物理混沌是指基于非线性动力学模型的混沌现象。在数字水印算法中，物理混沌可用作密钥加密或随机数生成器。本文采用Logistic混沌映射作为加密密钥来对水印信息进行加密。Logistic混沌映射定义为：
$x_{n+1}=rx_n(1-x_n)$
其中，$0<r<4$，$0<x_0<1$，$x_n$为第$n$步的状态。
2.轮廓波变换
轮廓波变换是小波变换的一种扩展形式，它可以更好地处理图像中的几何特征。轮廓波变换可以将二维图像分解成不同尺度和不同方向上的轮廓波系数，提取出图像的高频信息，从而实现数字水印的嵌入和提取。
本文所提出的数字水印算法采用以纹理轮廓波系数为主的轮廓波系数来提取水印信息。对于水印图像，采用轮廓波变换将其分解为多个尺度和方向上的轮廓波系数。通过提取纹理轮廓波系数，加权求和得到水印信息，从而完成水印的提取。
三、实验验证
本文对所提出的数字水印算法进行实验验证，以验证其性能和效果。实验