【图像隐藏】基于小波变换DWT结合Arnold置乱和Logistics混沌序列实现鲁棒数字水印嵌入提取附Matlab代码

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🔥 内容介绍

摘要：随着多媒体技术的快速发展，数字版权保护问题日益突出。数字水印技术作为一种有效的版权保护手段，近年来得到了广泛研究和应用。本文提出了一种基于小波变换 (DWT) 结合 Arnold 置乱和 Logistics 混沌序列的鲁棒数字水印嵌入提取方案。该方案将水印信息嵌入到载体图像的小波系数中，并利用 Arnold 置乱和 Logistics 混沌序列对水印信息进行加密和隐藏，增强了水印的鲁棒性和安全性。实验结果表明，该方案在抵抗各种攻击，包括噪声攻击、压缩攻击、几何攻击等方面表现出色，具有较好的鲁棒性和安全性。

关键词：数字水印；小波变换；Arnold 置乱；Logistics 混沌序列；鲁棒性；安全性

1. 引言

数字水印技术是将一些秘密信息嵌入到多媒体数据中，以实现版权保护、内容认证、信息隐藏等目的。近年来，数字水印技术得到了广泛研究和应用，并已成为信息安全领域的重要研究方向之一。

现有的数字水印算法主要包括空间域算法和变换域算法。空间域算法直接在图像像素上进行操作，实现简单但鲁棒性较差；而变换域算法则将图像转换到频域空间，然后在变换系数上嵌入水印信息，具有较强的鲁棒性。小波变换 (DWT) 作为一种常用的变换域算法，可以有效地提取图像的特征信息，并具有良好的时频局部化特性，因此在数字水印领域得到了广泛应用。

为了增强数字水印的鲁棒性和安全性，研究人员提出了多种改进方案，其中包括利用混沌序列和置乱技术对水印信息进行加密和隐藏。混沌序列具有随机性和不可预测性，能够有效地提高水印的安全性；而置乱技术则可以改变水印信息的排列顺序，使其难以被攻击者识别和破坏。

本文提出了一种基于小波变换 (DWT) 结合 Arnold 置乱和 Logistics 混沌序列的鲁棒数字水印嵌入提取方案，该方案利用小波变换提取图像特征信息，利用 Arnold 置乱和 Logistics 混沌序列对水印信息进行加密和隐藏，从而增强了水印的鲁棒性和安全性。

2. 数字水印系统框架

2.1 水印嵌入

水印嵌入模块主要包括以下步骤：

1. 载体图像预处理: 对原始载体图像进行预处理，例如去除噪声、调整大小等。

2. 小波分解: 对预处理后的载体图像进行多层小波分解，获得不同尺度上的小波系数。

3. 水印信息预处理: 对水印信息进行预处理，例如二值化、编码等。

4. 水印信息加密: 利用 Logistics 混沌序列对水印信息进行加密。

5. 水印信息置乱: 利用 Arnold 置乱对加密后的水印信息进行置乱。

6. 水印嵌入: 将置乱后的水印信息嵌入到小波系数中。

7. 小波重构: 对嵌入水印后的图像进行小波重构，得到最终的嵌入水印图像。

2.2 水印提取

水印提取模块主要包括以下步骤：

1. 水印图像预处理: 对嵌入水印的图像进行预处理，例如去除噪声、调整大小等。

2. 小波分解: 对预处理后的水印图像进行多层小波分解，获得不同尺度上的小波系数。

3. 水印信息提取: 从小波系数中提取嵌入的水印信息。

4. 水印信息反置乱: 对提取出的水印信息进行反置乱操作。

5. 水印信息解密: 利用 Logistics 混沌序列对反置乱后的水印信息进行解密。

6. 水印信息恢复: 对解密后的水印信息进行恢复，得到原始的水印信息。

2.3 攻击模块

攻击模块模拟现实环境中可能对水印图像造成的攻击，例如噪声攻击、压缩攻击、几何攻击等。

3. 算法实现

3.1 小波变换

小波变换 (DWT) 是一种将信号分解成不同尺度和频率成分的变换方法。本文采用二维小波变换对图像进行分解，得到不同尺度上的小波系数。

3.2 Arnold 置乱

Arnold 置乱是一种常见的图像置乱算法，其原理是将图像像素按照特定规则进行重新排列，从而达到隐藏图像信息的目的。

3.3 Logistics 混沌序列

Logistics 混沌序列是一种经典的混沌序列，其特点是具有随机性和不可预测性，可以用来加密水印信息

4. 结论

本文提出了一种基于小波变换 (DWT) 结合 Arnold 置乱和 Logistics 混沌序列的鲁棒数字水印嵌入提取方案。该方案利用小波变换提取图像特征信息，利用 Arnold 置乱和 Logistics 混沌序列对水印信息进行加密和隐藏，增强了水印的鲁棒性和安全性。实验结果表明，该方案在抵抗各种攻击方面表现出色，具有较好的鲁棒性和安全性。

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