基于BEMD的土家织锦数字水印加密算法就是利用混沌映射生成从小到大顺序排列的混沌序列得到加密水印图像,对第一内蕴模态函数图像进行8×8分块的DWT变换,将加密水印嵌入到变换的矩阵中,再对产生的新矩阵进行二维经验模态分解逆变换得到经过文件加密的织锦图案。
一、BEMD
1、一维经验模态分解
EMD方法作为一维信号分解的工具,对于图像分割、去噪、压缩等方面的应用具有较好的效果。EMD方法可以将非线性和非稳态信号分解成频率由高到低的有限个内蕴模函数(IMF)。获取IMF函数的,过程称为筛选过程,它是一个迭代过程,使本征模态分量成为满足以下2个条件的函数或信号:
(1)在整个数据序列中,极值点的数量与过零点的数量必须相等或者至多相差一个;
(2)在任何一点,由数据序列的局部极大值点确定的上包络线和由局部极小值点确定的下包络线的均值为零,即信号关于时间轴局部对称。
2、二维经验模态分解
在二维信号分解算法上,可沿用一维EMD算法的思路对二维图像数据进行处理。BEMD分解的算法步骤如下:
(1)设置收敛准则,标准方差SD或者分解层数.读入待分解的图像f(x,y),设IMFo(x,y)为零矩阵,设置极值搜索区域领域大小为N;
(2)若待解图像达到分解层数或者标准方差,则算法停止,否则,令IMFi(x,y)=(x,y)-IFMi-1(x,y),进入下一步;
(3)对图像IMFi(x,y)进行极值点求解,找出区域极大值点集和区域极小值点集;
(4)根据设置的对区域领域N搜索极大值点集和极小值点集,采用样条插值,得出图像的上、下包络面e+(x,y)、e-(x,y),根据上、下包络面求出图像IMFi(x,y)的均值包络面e(x,y);
(5)求IFMi-1(x,y)=IMFi(x,y)-e(x,y);
(6)判断筛选过程是否满足停止条件,若不满足则转步骤(2);
(7)计算余量r(x,y);其中:
二、基于BEMD的土家织锦数字水印加密算法
1、织锦图案分解
织锦图案分解具体步骤如下:
(1)读人原载土家织锦图案f(x,y),尺寸为256×256像素;
(2)利用BEMD算法将士家织锦图案分解为IMFi(x,y),IMF2f(x,y),IMF3f(x,y),r(x,y);
(3)采用Cauchy-typc收敛条件作为筛选过程的停止条件(SD=0.3),得到土家织锦图案的分解图,如图1所示。
2、混沌水印加密
混沌水印加密过程为:
(1)读入水印图像尺,尺寸为32×32像素;
(2)将水印图像尺分成N×N个小块,变成一个序列块r1,r2,…,ri,…,rN×N,其中N=32;
(3)利用Hybrid混沌映射
给定初始值xo=0.82、μ1=1.8、μ2=2.0、b=0.85,以xo、μ1、μ2、b作为密钥,生成混沌序列x1,x2,…,xN×N,并将混沌序列与r1,r2,…,ri,…,rN×N按照从小到大顺序排序,并一一对应形成新的序列:r1',r2'…,rk',…,rN×N,得到加密的图像水印R’,视觉上无法辨认其所携带的信息,如图2所示。
3、水印的嵌入
数字水印的嵌入就是把水印图像R嵌入到原始图像f(x,y)中,得到含水印图像f‘(x,y)。数字水印嵌入过程如图3所示。
嵌入具体过程为:
(1)利用BEMD算法的第一模态函数图像IMFj(x,y)进行8×8分块的DWT变换,得到IMF(m,n)小波分解系数为64×1024的矩阵;
(2)将加密水印图像按列展开成1×1024矩阵;
(3)按照公式IMF1'(m,n)=IMF1(m,n)+aR’(n)将水印嵌入IMF1'(m,n)中,其中m表示行数,n表示列数,α为水印嵌入强度,m=1,2,…,64,n=1,2,…,1024;
(4)将IMFi'(m,力)通过DWT逆变换得到IMF1'(m,n);
(5)通过公式:
得到含水印的土家织锦图像,如图4所示。
4、水印提取
水印提取的过程为:
(1)读入含水印图像f’(x,y);
(2)利用BEMD算法分解图像f’(x,y),采用Cauchy——type收敛条件作为筛选过程的停止条件(SD=0.3);
(3)对第一模态函数为IMFi’(x,y)进行DWT变换,通过公式
得到混沌加密的水印序列R'(n);
(4)利用混沌密钥x0,μ1,μ2,b对R'(n))进行置乱解密,恢复出水印图像尺,如图5所示。
三、实验结果
为检验算法的安全性与实用性,利用MATLAB进行仿真实验。下面给出本文算法的鲁棒性测试结果,如图6~图9所示。
实验表明,基于BEMD的土家织锦数字水印加密算法有较高的鲁棒性,嵌入的水印图像质量高,算法对乘性噪声、剪切、旋转攻击有较好的抵抗能力,对高斯噪声的抗攻击能力较弱。
小知识之高斯噪声
所谓高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布(即正态分布)的一类噪声。如果一个噪声,它的幅度分布服从高斯分布,而它的功率谱密度又是均匀分布的,则称它为高斯白噪声。高斯白噪声的二阶矩不相关,一阶矩为常数,是指先后信号在时间上的相关性。高斯白噪声包括热噪声和散粒噪声。
筑牢安全防线:安企神企业助力特种设备机械企业数据防泄密解决方案
西安苛菲特机械设备有限公司 西安苛菲特机械设备有限公司致力于特种设备的发展,专业从事特种设备的研发、制造和销售。目前已成为有色冶金特种设备、大型船舶特种设备、煤化工特种设备的领军品牌,并在业内得到了“ 特种设备专家”的称号。公司以打造国内一流特种设备为使命,主要产品定型为高品质特种(高温、高压、高合金)流量控...
安企神软件——为中国铁道建筑集团有限公司筑牢数据防泄密系统
01公司介绍中国铁建是中国乃至全球最具实力、最具规模的特大型综合建设集团之一,入选世界500强企业、全球225家最大承包商之一等荣誉。公司以工程承包为主业,集勘察、设计、投融资、施工、设备安装、工程监理、技术咨询、外经外贸于一体,经营业务遍及除台湾省外全国31个省市(自治区)、世界20多个国家和地区,企业总资产820亿...
强化终端安全,安企神软件与涂料制造企业共创安全未来
西安经建油漆有限责任公司规模化、专业化、现代化涂料制造企业西安经建油漆有限责任公司,年涂料生产能力20万吨,为中国中西部实力较强、产能较大的涂料制造企业。公司成立伊始便积极承担起重点建设项目及国防军事工业、航空航天工业提供配套涂料科研开发及生产任务。多次受到中国航天科技集团总公司的通令嘉奖,为我国航天事业跻身世界前列做...
全球著名减震器制造商——天纳克携手安企神共筑安全制造新防线
天纳克(北京)汽车减振器有限公司天纳克(北京)汽车减振器有限公司成立于1995年,是天纳克在中国最早投资的合资企业。公司集设计、开发、生产及销售汽车减振器于一身。作为天纳克全球网络的一部分,能充分享受天纳克全球的技术积累经验和国际领先的设计理念,加之先进的生产设备和工艺技术。天纳克(北京)汽车减振器有限公司完全能保证为...
强强联合!安企神软件携手瀚颐共筑汽车行业终端安全防线
瀚颐上海汽车电子科技有限公司EAST瀚颐中国团队成立于2015年。是国际AUTOSAR软件联盟的研发伙伴单位。具备汽车电子硬件设计、软件开发、CAN网络集成、系统集成测试以及项目管理的全面研发能力。专注于汽车电子以及相关产业并拥有25年以上的专业经验,拥有来自于德国和中国业内专家和高管组成的顾问团队,并向全球汽车行业客...