一种基于无线通信的数字图像编码层鲁棒可逆水印方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无线通信的数字图像编码层鲁棒可逆水印方法，首先发送端结合所使用的发送方式、编码方案、信道特征等进行秘密信息嵌入容量的分析反馈；随后其对待传输的载体和秘密信息进行信道编码，并通过编码重分块，伪随机加扰等操作进行预处理；在得到预处理后的载体和秘密信息后，发送端通过一轮随机位置嵌入和多轮近似均匀的循环移位嵌入将秘密信息隐藏在编码后的载体比特流中；接收端在收到伪装载体比特流后，一方面可以在解码前依据密钥从接收到的比特流中提取秘密信息，也可以直接进行逆预处理步骤和解码，恢复出原始的载体信息。载体信息。载体信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线通信的数字图像编码层鲁棒可逆水印方法


[0001]本专利技术属于信息安全
，尤其涉及鲁棒可逆水印在新载体上的应用，具体涉及一种基于无线通信的数字图像编码层鲁棒可逆水印方法。

技术介绍

[0002]由于信息技术和互联网的不断发展，数字图像已经成为各个领域交流信息，获取信息的重要载体。与此同时，数字信息面临的安全性威胁越来越大，因此人们对个人隐私保护的需求也不断提高。相对于加密技术通过将明文转换成密文进行传输来保证其安全性的方案，信息隐藏技术旨在将秘密信息隐藏在可以公开传输的载体中，不引起窃听者的注意，保证秘密信息的不可感知性。可逆数字水印技术是信息隐藏技术的一个分支，其要求保证接收者在能无差错提取秘密信息的前提下，无损恢复载体信息。由于潜在攻击者的存在，可逆信息隐藏方法的鲁棒性仍需提高。在此情况下，研究者提出了鲁棒可逆数字水印来增强方法抵抗图像处理攻击的能力。这种方法具有可逆数字水印方法可以无损恢复载体和秘密信息的特点，同时在传输的信息遭到恶意攻击的情况下，秘密信息仍然可以被无损还原。
[0003]为了保证方法的鲁棒性，大部分鲁棒可逆数字水印方案需要在直方图中通过扩展和平移为所嵌入的秘密信息腾出大量的空间。由于该方案较大的移位幅度，嵌入秘密信息后载体图像会产生一定的失真。此外，方法在嵌入过程中会生成溢出现象。为了使秘密信息能够无损还原，发送端需要对特定的像素进行标记，生成位置地图。这就要求存在另一个安全信道用来传输额外的信息。
[0004]在实际的无线通信系统中，由于监听者的存在，信息传输方很难获得一个完全安全的信道用来传输嵌入时产生的额外信息。此外，载体信息传输时，信道中存在的噪声会对所传输的图像带来影响，这可能会导致先前嵌入的秘密信息被干扰，令接收端无法完整且正确地还原出所嵌入的秘密信息。从这个角度来说，设计一个数字图像的无线信道信息隐藏方法是很有必要的。目前，随着无线通信方案的不断普及，人们越来越多地使用移动设备传输信息，这就给信道编码信息隐藏方案带来了广阔的应用前景。
[0005]基于信道编码的隐蔽信道可以在军事、物联网设备，甚至是一些企业应用中建立。通信设备的管理者可以利用特定的方案在用户之间的通信过程中嵌入额外的信息，用于记录或追踪用户的行为。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题，正是针对现有技术中的缺陷，为实现秘密信息在信道中的安全，隐蔽的传输，提出了无线通信场景下针对数字图像的编码层鲁棒可逆水印方法。
[0007]为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]本专利技术提出一种基于无线通信的数字图像编码层鲁棒可逆水印方法，包括如下步骤：
[0009]S1,嵌入容量分析反馈：发送端T基于信道编码和发送方式的特性计算嵌入容量和信道的信噪比的关系，由此确定在固定的载体下能够嵌入的秘密信息位数，并决定是否将秘密信息分批发送；
[0010]S2,载体信息和秘密信息预处理：发送端T将载体信息和秘密信息进行信道编码，并对载体信息进行编码重分块和置乱操作，对秘密信息进行伪随机加扰，与此同时，发送端T应确定和计算后续过程中所使用的必要的参数，以便于后续隐蔽信道的构建；
[0011]S3,秘密信息嵌入：发送端T利用预处理时所使用的参数，并生成位置选择序列和方向控制序列决定每个秘密信息比特的嵌入位置，秘密信息在一轮嵌入和多轮嵌入时分别采取随机嵌入和近似均匀的循环移位嵌入，并通过比特替换的方式被完整地嵌入载体比特流中；
[0012]S4，载体和秘密信息还原：接收端R在收到伪装载体后，可以在信道解码之前通过约定的密钥提取含有噪声的秘密信息，并通过逆预处理步骤无损还原秘密信息，同时也可以对伪装载体比特流进行信道解码，直接还原原始的载体信息。
[0013]本专利技术的步骤S1进一步包括：
[0014]S11，发送端T通过所使用的信道编码参数和发送方式计算载体的嵌入容量和信道中信噪比的关系；
[0015]S12，发送端T获取无线信道中的信噪比信息，并通过S11中得到的关系确定该信道状态下最大可以嵌入的秘密信息长度，也称其为最大嵌入容量；
[0016]S13，发送端T根据S12中得到的最大嵌入容量对所需嵌入的秘密信息进行合理分割，保证每次发送的秘密信息长度在最大嵌入容量内。
[0017]本专利技术的步骤S2进一步包括：
[0018]S21，发送端T将信道编码后的载体信息重分割成块，在后续嵌入时以“块”作为基本单元；
[0019]S22，发送端T生成一串和纠错编码后的秘密信息长度一致的随机比特流序列S1，通过使该比特流和秘密信息进行异或来加密待传输的秘密信息；
[0020]S23，发送端T生成置乱密钥，用以对所有块的位置进行随机置乱，由此生成预处理后的载体信息比特流，此时，如果载体信息比特流的末尾存在没有组成块的部分，则其不参与置乱。
[0021]本专利技术的步骤S3进一步包括：
[0022]S31，发送端T首先生成位置选择序列和方向控制序列，用于控制秘密信息的嵌入位置；
[0023]S32，发送端T判断秘密信息长度和分块数的大小关系，如果秘密信息长度大于分块数，则需进行多轮嵌入，在嵌入中，第一轮由S31中的位置选择序列和方向控制序列随机决定秘密信息比特嵌入位置，需要嵌入第二轮及以上时，发送端依据前一轮嵌入的位置，同时加入随机扰动，采用近似均匀的循环移位方案决定此轮的嵌入位置，以此使得秘密信息带来的噪声在分布上近似于信道中的自然噪声；
[0024]S33，在确定嵌入位置后，发送端T使用比特替换的方式将载体中指定位置的比特替换为秘密信息比特。
[0025]本专利技术的步骤S4进一步包括：
[0026]S41，接收端R获取发送端T使用的参数，并生成和发送端T在S31中得到的相同的位置选择序列和方向控制序列；
[0027]S42，接收端R在对信道中的比特流进行信道解码之前，使用所获得的参数和序列进行多轮次的提取，以获取含有噪声的秘密信息；
[0028]S43，接收端R在获取含有噪声的秘密信息后，对该比特流实施逆预处理操作，使其恢复为发送端T需要传输的秘密信息；
[0029]S44，接收端R在提取秘密信息后对信道中的比特流进行置乱还原和信道解码，以无损地获取原始的载体图像。
[0030]本专利技术采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0031]本专利技术方案具有普适性，其无需基于任何特定的协议，且由于纠错编码固有的特性，可以适用于绝大部分的通信场景中。相比传统的隐写方案，在信道中构建的隐蔽信道使得秘密信息在经过含噪信道传输后能够得到更好的恢复，此外，在信道中的信息隐藏具有更大的嵌入容量。
[0032]同时，目前人们大多使用多天线系统传输无线信号。在多天线系统中，通过分集技术，信号在瑞利信道中的差错将会被进一步减少，因此发送端可以将更多的秘密信息嵌入到信道编码中。因此，本专利技术所公布的一种基于无线通信的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无线通信的数字图像编码层鲁棒可逆水印方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、嵌入容量分析反馈：发送端基于信道编码和发送方式的特性计算嵌入容量和信道的信噪比的关系，由此确定在固定的载体下能够嵌入的秘密信息位数，并决定是否将秘密信息分批发送；S2、载体信息和秘密信息预处理：发送端将载体信息和秘密信息进行信道编码，并对载体信息进行编码重分块和置乱操作，对秘密信息进行伪随机加扰；S3、秘密信息嵌入：发送端利用预处理时所使用的参数，生成位置选择序列和方向控制序列决定每个秘密信息比特的嵌入位置，秘密信息在一轮嵌入和多轮嵌入时分别采取随机嵌入和近似均匀的循环移位嵌入，并通过比特替换的方式被完整地嵌入载体比特流中；S4、载体和秘密信息还原：接收端在收到伪装载体后，在信道解码之前通过约定的密钥提取含有噪声的秘密信息，并通过逆预处理步骤无损还原秘密信息；或者对伪装载体比特流进行信道解码，直接还原原始的载体信息。2.如权利要求1所述的一种基于无线通信的数字图像编码层鲁棒可逆水印方法，其特征在于，步骤S1具体包括：S11、发送端通过所使用的信道编码参数和发送方式计算载体的嵌入容量和信道中信噪比的关系；S12、发送端获取无线信道中的信噪比信息，并通过S11中得到的关系确定该信道状态下最大可以嵌入的秘密信息长度，即最大嵌入容量；S13、发送端根据S12中得到的最大嵌入容量对所需嵌入的秘密信息进行合理分割，保证每次发送的秘密信息长度在最大嵌入容量内。3.如权利要求2所述的一种基于无线通信的数字图像编码层鲁棒可逆水印方法，其特征在于，步骤S2具体包括：S21、发送端将信道编码后的载体信息重分割成块，在后续嵌入时以块作为基本单元；S22、发送端生成一串和纠错编码后的秘密信息长...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立全，于坤良，王宇，付彤，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：