一种鲁棒的自适应空间域隐藏算法

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2024年3月11日发(作者：)

维普资讯

第２８卷第３期　

２００８年３月　

计算机应用　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　

Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．３　

Ｍａｒ．２００８　

文章编号：１００１—９０８１（２００８）０３—０６０１—０４　

一

种鲁棒的自适应空间域隐藏算法　

谢建全　，阳春华　，黄大足　，谢勃　

（１．中南大学信息科学与工程学院，长沙４１００８３；２．湖南财经高等专科学校信息管理系，长沙４１０２０５）　

（ｘｉｅｊｉａｎｑｕａｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ）　

摘要：提出了一种新的图像空域信息隐藏算法，算法利用广义Ａｒｎｏｌｄ猫映射，将待隐藏的二进制比特序列的每　

一

个比特的嵌入位置，随机置乱到整个载体图像的像素空间，再用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ混沌映射并结合像素点最高非０位，采用自　

适应策略，将待嵌入的比特随机嵌入到像素点的某一个不会明显影响视觉感知效果的比特位，提取水印只需要密钥，　

且密钥空间大。算法采用了纠错码进行纠错来抵御噪声攻击，还采用最小像素改变量的优化策略减少视觉感知上的　

变化。实验结果表明，本算法信息隐藏量大，视觉不可感知性好，对剪切攻击和椒盐噪声攻击有很好的鲁棒性。　

关键词：信息隐藏；空间域；鲁棒性；混沌映射　

中图分类号：ＴＰ３０９．２　文献标志码：Ａ　

Ｒｏｂｕｓｔ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｈｉｄｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｍａｇｅ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄｏｍａｉｎ　

ＸＩＥ　Ｊｉａｎ．ｑｕａｎ　２　ＹＡＮＧ　Ｃｈｕｎ．ｈｕａ　．ＨＵＡＮＧ　Ｄａ．ＺＵ　一．ＸＩＥ　Ｑｉｎｇ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ　４１００８３，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｈｕｎａｎ　Ｆｉｎａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｈｕｎａｎ　４１０２０５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｒｏｂｕｓｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｈｉｄｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ｉｍａｇｅ　ｓｐａｔｉｌａ　ｄｏｍａｉｎ　ｂｌｉｎｄ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ　

ｐｌａｃｅ　ｏｆ　ｅｖｅｒｙ　ｂｉｔ　ｏｆ　Ｂｉｎａｒｙ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｔｈａｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｈｉｄｄｅｎ　ｗａｓ　ｓｃｒａｍｂｌｅｄ　ｒａｎｄｏｍｌｙ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｉｘｅｌ　ｓｐａｃｅ　ｏｆ　ｅｎｔｉｒｅ　ｉｍａｇｅ　ｂｙ　ｍａｋｉｎｇ　

ｕｓｅ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｌ　Ａｒｎｏｌｄ　ｍａｐｐｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ａ　ｂｉｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ａ　ｐｌａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｘｅｌ　ｐｏｉｎｔ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｎｏ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｐｐａｒｅｎｔｌｙ　ｏｎ　

ｖｉｓｉｏｎ　ｆｅｅｌｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｐｏｌｉｃｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　Ｌｏｇｉｓｔｉｃ　ｃｈａｏｔｉｃ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　

ｎｏｎ—ｚｅｒｏ　ｂｉｔ　ｏｆ　ａ　ｐｉｘｅ１．Ｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇ　ｗａｔｅｒｍａｒｋ　ｎｅｅｄｓ　ｏｎｌｙ　ｋｅｙ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｈｕｇｅ　ｋｅｙ　ｓｐａｃｅ．Ｅｒｒｏｒ—ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ　ｃｏｄｅｓ　ｗｅｒｅ　

ａｄｏｐｔｅｄ　ａｇａｉｎｓｔ　ｎｏｉｓｅ　ａｔｔａｃｋｓ，ａｎｄ　ｓｔｉｌｌ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｐｏｌｉｃｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍａｌ　ｐｉｘｅｌ　ｃｈａｎｇｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ｗｅｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｖｉｓｉｏｎ　

ｆｅｅｌｉｎｇ　ｃｈａｎｇｅｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｃａｎ　ｈａｖｅ　ｌａｒｇｅ　ａｍｏｕｎｔｓ　ｏｆ　ｈｉｄｄｅｎ　ｉｆｎｏｒｍａｔｉｏｎ，ｇｏｏｄ　ｉｎｖｉｓｉｂｌｅ　

ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ　ａｇａｉｎｓｔ　ａｔｔａｃｋｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｕｔ，ａｎｄ　ｓａｌｔ　ａｎｄ　ｐｅｐｐｅｒ　ｎｏｉｓｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｆｎｏｒｍａｔｉｏｎ　ｈｉｄｉｎｇ；ｓｐａｔｉｌａ　ｄｏｍａｉｎ；ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ；ｃｈａｏｔｉｃ　ｍａｐ　

０　引言　

１　隐藏算法的鲁棒性分析　

图像是目前用得最多的信息隐藏载体，基于图像的信息　

针对空间域算法鲁棒性和安全性差的缺点，一些学者对　

隐藏技术，可以归类于两种隐藏技术：基于变换域的隐藏技术　

空间域算法进行了一些改进，使其安全性和鲁棒性有一定提　

和基于空间域的隐藏技术。一般意义上，空间域方法算法简　

高。文献［４］采用单向Ｈａｓｈ函数提高了水印算法的安全性，　

便，信息隐藏量大，信息嵌入和提取速度快。但目前大多数空　

文献［５］提出了用随机数置乱水印嵌入位置来提高安全性的　

方法，但随机产生的水印嵌入位置存在冲突现象，需要用记录　

域水印方案都是基于图像像素ＬＳＢ（即最不重要比特位）的　

表来解决此冲突问题，文献［６］采用单个混沌系统来随机产　

嵌入或进行了一定改进的思想…，这种水印算法抵抗攻击的　

生水印嵌入位置，也需要采用记录表来解决位置冲突问题。　

鲁棒性不强，而且许多空域水印也容易被检测到　Ｊ，安全性　

文献［７］采用混沌映射变换生成水印嵌入的空间位置及水印　

不高。而变换域方法有较强的鲁棒性，但嵌入信息量小，算法　

嵌入的比特位的方法，解决了文献［５，６］需要记录表的问题，　

复杂，嵌入和提取信息速度较慢　。所以，空间域方法更适　

但嵌入水印后可能存在个别像素点的视觉的明显改变，视觉　

合应用于机密信息的隐藏储存和隐蔽通信，而变换域方法更　

不可感知性还有待提高。　

适合于版权保护等领域。如何利用每一隐藏方法的长处，并　

信息隐藏的变换域方法较空间域方法有较强的鲁棒性，　

尽量避免其短处，是众多学者关注的研究方向。　

其原因分析如下：设载体图像为，＝｛Ｉ厂（　，Ｙ）Ｉ　，Ｙ＝０，１，…，　

本文分析了变换域方法隐藏信息鲁棒性强的原因，提出　

Ⅳ一１｝，待隐藏信息为Ｗ＝｛　Ｉ　Ｊ＝０，１，…，己一１｝，变换域图　

一

种新的空间域信息隐藏方法，其信息隐藏量与典型的空间　

像为Ｓ：｛ｓ（　，　）ｌ　，　＝０，１，…，Ⅳ一１｝，隐藏信息后的图像　

域算法ＬＳＢ属于同一数量级，但能有效提高隐藏信息的鲁棒　为，　＝｛Ｉ厂　（　，Ｙ）ｌ　，Ｙ＝０，１，…，Ⅳ一１｝，其中，以离散余弦　

性和安全性。　

变换（ＤＣＴ）为例，信息隐藏的基本步骤为：　

收稿日期：２００７—１０—０９；修回日期：２００７—１２—０５。　

基金项目：湖南省教育科学“十一五”规划课题（ＸＪＫ０６ＣＸＪ０１２）；湖南省软科学课题（２００７ＺＫ３０４９）。　

作者简介：谢建全（１９６４一），男，湖南双峰人，教授，博士研究生，主要研究方向：信息安全技术；　阳春华（１９６５一），女，湖南双峰人，教授，　

博士生导师，主要研究方向：优化理论；　黄大足（１９８８一），男，湖南邵阳人，副教授，博士研究生，主要研究方向：数字水印技术；　谢劾　

（１９６６一），女，江苏江阴人，副教授，主要研究方向：数字水印技术。　

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计算机应用　第２８卷　

１）对，做离散余弦变换：　

２．２隐藏信息的嵌入　

ｓ（¨，　）＝—ｌ＿０（¨）０（　）　

为实现隐藏信息随机分布到载体图像的不同位置，本算　

法首先采用Ａｒｎｏｌｄ猫映射来确定隐藏信息每个比特嵌入到　

∑∑，

在载体图像中的哪一个像素点，再用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射确定信息嵌　

０　０

（　）（

ｙ）ＣＯＳ

（　…　）　

入的位平面。Ａｒｎｏｌｄ猫映射可以表示为：　

ｃｏｓ

（　）　（１）　

［：　：］：［　１　］［：　］ｃｍ。ｄ　＝ｃ［：　］ｃｍ。ｄ　ｃｓ　

其中系数ｏ（ｕ），ｏ（　）定义为：　

其中ｒｏｏｄ　１表示取小数部分。　

。（　）：ｆ

猫映射为混沌映射，将上述猫映射作推广为最一般的二　

Ｌ

√２，ｉ＝１，

二　ｕ　

２，一‘，Ｎ一１　

（２）　

维可逆保面积方程　Ｊ：　

２）嵌入隐藏信息　：　

ｓ木（　，　）：ｓ（　，　）＋　埘　（３）　

］　２２　

ｔ

］ｃ　ｍｏｄ　Ｎ）＝Ａ　ｍｏｄ　Ｎ　

３）实施逆变换得到隐藏信息后的图像，　：　

（６）　

，　（　）＝　∑∑ｏ（ｕ）ｏ（　）ｓ　（　）　

其中０　∈ｚ，ｂ，Ｃ：｛１，２｝；ｄｅｔ　Ａ＝１，Ｚ为正整数集合，且特征　

值Ａ。，Ａ：　｛一１，０，１｝，不难看出系数矩阵Ａ的４个参数中只　

ｃｏｓ

（　）ＣＯＳ（　）（４）　

有３个是独立的，第４个由其余３个来决定。　

可见，当按式（３）在变换域嵌入隐藏信息　时，嵌入的任　

推广的猫映射式（６）仍然具有混沌映射的特性　，因此，　

利用广义猫映射式（６），并根据待隐藏信息比特埘，　的下标　

一

比特信息会分布到空间域上的多个点，当图像遭受滤波、噪　

声、裁剪、压缩等攻击时，使得图像，　（　，Ｙ）某些点上的值发　

的值可用来产生水印比特嵌入到载体图像的空间位置。设　

生改变时，只要这种改变是部分的，就有可能从未改变的点恢　

‰＝ｉｎｔ（　Ｎ），Ｙｏ：　ｒｏｏｄＮ，用系数矩阵Ａ的３个独立参数和　

复隐藏信息　。这就是为什么信息隐藏的变换域方法鲁棒性　

迭代次数ｎ作为密钥　１生成的迭代结果（　，Ｙ　）作为埘　嵌　

强的原因。另外，按照式（４）可知，在变换域中嵌入的隐藏信　

入到载体图像，的空问位置，由于该映射是一一映射　，因　

息与载体图像的像素之间没有确定的对应关系，因此有利于　

此，不同的隐藏信息比特埘　由于　的取值不同，经过ｎ次迭代　

提高安全性。借鉴变换域的思想，可从几个方面提高空间域隐　

后得到的嵌入位置（　，Ｙ　）不会相同，利用此性质可知待嵌　

藏算法的鲁棒性和安全性。一是用一定的纠错算法产生待隐　

入信息　每个不同位置的比特埘　嵌入到载体图像中的位　

藏信息　的纠错码Ｒ，将待隐藏的信息　及其纠错码Ｒ随机　

置会是随机的并且不会产生位置冲突。　

嵌入到载体图像中，当某些像素点的隐藏信息遇到攻击时，可　

还有一类非常简单却被广泛研究的动力系统是Ｌｏｇｉｓｔｉｃ　

利用嵌入在其他像素点的纠错码将其恢复过来；其次是将待　

映射，其定义如下：　

隐藏信息在载体中多处隐藏，可进一步提高其鲁棒性。　

＋１＝，（　）＝　￥　（１一　）　（７）　

其中０≤　≤１，ｎ∈ｚ，０≤　≤４。当３．５６９９４５６＜　≤４时　

２　本文算法　

Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射处于混沌状态　。　

借鉴纠错编码原理和随机置乱水印的原理，先产生带纠　

在嵌入信息时，如果嵌入到高平面位，可能会在嵌入后造　

错码的嵌入信息，再采用猫混沌映射确定隐藏信息嵌入的空　

成视觉效果的明显改变，本文算法通过结合式（７）和该像素　

间位置，同时用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ混沌序列并结合像素的具体情况随机　

点的具体情况综合决定信息的嵌入平面位，可防止嵌入信息　

产生水印嵌入的比特位，并结合像素点最高非０位位置采用　

后造成的视觉效果的明显改变，并防止未授权的提取。其步骤　

自适应策略和最小化像素改变量优化策略，将待嵌入的比特　

是在对要嵌入信息的像素点，从高位至低位逐位进行检查，当　

随机嵌入到像素点的某一个不会明显影响视觉感知效果的比　

第ｄ位不为０时，则从第ｄ一２位至第０位（最低位）为待选嵌　

特位。　

入位。当ｄ的值小于４时，取ｄ为４，此时在ｄ一２位嵌入信息时　

２．１　产生纠错信息　

虽然不再是强背景下叠加一个弱信号，但由于嵌入的信号的　

设载体图像为，：｛，（　，Ｙ）ｌ　＝０，Ｉ，…，Ⅳ。一Ｉ，Ｙ＝０，　

幅度绝对值很小，在实验中发现其仍为不可感知的，因此可满　

１，…，Ⅳ２—１　ｆ，即载体图像的大小为Ｎ。×Ⅳ２，其中（　，Ｙ）代表　

足视觉不可感知性要求。设嵌入信息的待选嵌入位为第０位　

图像的像素坐标　，Ｙ）为相应位置的像素值　，ｙ）＝｛０，　

至第ｒ位，ｒ的值由式（８）决定：　

１，…，２　一１　ｆ，其中Ｋ为灰度载体图像的位深，一般取值为８；　

ｒｄ一２，ｄ≥４　

待隐藏信息记为Ｗ＝｛ｗｊ　ｌ　＝０，１，…，Ｌ一１｝，　＝｛０，Ｉ｝。为　

ｉ２．　ｄ＜４　（８）　

了叙述方便和运算简便，不失一般性，假设Ｎ　＝Ｎ２＝Ｎ。　

这样嵌入的平面位可以结合式（７）得到的　和式（８）得到的　

为实现纠错功能，在嵌入隐藏信息　前，根据　产生纠　

ｒ，再通过下式决定隐藏信息的嵌入位ｓ：　

错信息。为计算简单，采用方阵检测码作为纠错码。将　分成　

ｓ＝ｉｎｔ（ｒ×　）　（９）　

若干长度为Ｍ×Ｍ的段，最后那一段的比特数不足Ｍ×Ｍ时，　

为进一步减少嵌入信息后可能造成的视觉感知上的变　

补充　前面的若干比特使之达到Ｍ×Ｍ，再将每一段排列成　

化，信息嵌入时不是简单地用待嵌入的比特位替换掉，（　，Ｙ）　

大小为Ｍ×Ｍ的方阵，然后计算每个方阵每一行和每一列的　

的第ｓ位，而是采用动态优化调整的方法。设嵌入信息后的像　

奇偶校验码，共得到２Ｍ个校验码Ｒ，将Ｒ插入到　的前面，得　

素值为，　（　，Ｙ），调整的目标是使保证，　（　，Ｙ）的第ｓ位的　

到带有纠错能力的嵌入信息Ｗ　。为得到较好的纠错效果，同　

时考虑纠错码不要占用太多的隐藏空间，本文算法取Ｍ：８，　

值等于待嵌入的比特信息，同时在，（　，Ｙ）的最高非０位不发　

此时　与Ｗ￥比特数之比为４／５。　

生改变的情况下，使Ｉ，（　，Ｙ）一，　（　，Ｙ）Ｉ取最小值。算法的　

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第３期　

实现步骤描述如下：　

谢建全等：一种鲁棒的自适应空间域隐藏算法　６０３　

１）用２．１所述的方法产生纠错码，并得到待嵌入的二进　

制序列Ｗ　。　

３　实验与讨论　

为验证本算法的性能，取Ａｒｎｏｌｄ猫映射相关的参数　１，　

ａ　ｏｌ２，ａ２１分别为３０，１，２，３；ｏｇｉＬｓｔｉｃ映射相关的参数ｋ２，　和　

‰的值分别为４００，３．９３，０．１８；以如图１（ａ）所示的参数为　

２５６×２５６　Ｘ　８的原始Ｌｅｎａ图像进行实验。先嵌入一段长为　

５１２字节（４０９６　ｂｉｔ）的文本进行抗干扰实验，嵌入信息后的载　

密图像如图１（ｂ）所示，ＰＳＮＲ＝４７．５２，可见在嵌入隐藏信息　

２）指定ｋ２，　和如的值，按式（７）的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射预替代　

２次。　

３）指定式（６）中的ａ　ａ　：，ａ：。及替代次数　１，并按约束　

计算ａ２２。　

４）从待嵌入的二进制序列　取一个待嵌入的比　，　，　

并计算‰＝ｉｎｔ（ｊ／Ｎ），Ｙｏ＝　ｒｏｏｄ　Ｎ。　

５）按３）和４）指定的参数用式（６）进行混沌替代，得到　

嵌入　，　的像素点的坐标（　，Ｙ）。　

后能很好满足视觉的不可感知性要求。然后在载密图像上加　

上０．０２的椒盐噪声后再进行嵌入信息的提取，共进行２０次　

６）根据待嵌入　，　的像素点的最高非０位的位置ｄ，按式　

（８）计算ｒ；然后按式（７）替代一次，并按式（９）得到　，　嵌入　

到像素点的平面位的值ｓ。　

７）将　嵌入到按５）确定的像素点，得到嵌入信息后的　

像素点－厂　（　，Ｙ）。具体实现时分三种情况处理：　

（１）　，Ｙ）的第ｓ位与待嵌入的信息相同，不需作任何处　

理，即，　（　，Ｙ）＝　，Ｙ）。　

（２）ｆ（ｘ，Ｙ）的第ｓ位与待嵌入的信息　，　不相同，但ｓ的值　

等于１或０，直接用待嵌入的信息替换掉　，Ｙ）的第ｓ位得到　

，　（　，Ｙ），此时ｌ　，Ｙ）一，　（　，Ｙ）ｌ很小，不会产生视觉变化。　

（３　，Ｙ）的第ｓ位与待嵌入的信息不相同，但ｓ的值大　

于１，按如下步骤如下调整：　

ａ）设８：１。　

ｂ）令　（　，Ｙ）：　，Ｙ）＋８　（　，Ｙ）：　，Ｙ）一８。　

ｃ）若　（　，Ｙ）的第ｓ位与待嵌入的信息　，　相同，且　（　，　

Ｙ）的最高非０位与，（　，Ｙ）的最高非０位位置相同，则，　（　，　

Ｙ）：　（　，Ｙ），该像素点的嵌入工作完成，转至８）。　

ｄ）若　（　，Ｙ）的第ｓ位与待嵌入的信息相同，且　（　，Ｙ）　

的最高非０位与　，Ｙ）的最高非０位位置相同，则，　（　，　

Ｙ）：　（　，Ｙ），该像素点的嵌入工作完成，转至８）。　

ｅ）８增加１，转ｂ），重复ｂ）～ｄ）操作，直到该像素点的嵌　

入工作完成。　

８）取Ｗ　的下一个比特，重复４）一７），直至Ｗ　的所有　

比特嵌入完毕。　

２．３　隐藏信息的提取　

提取隐藏信息时需要知道如下几个参数：Ａｒｎｏｌｄ猫映射　

相关的参数ｋｌ，ａ　ａｌ２，ａ２ｌ；Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射相关的参数ｋ２，　和　

％的值，并计算ａ：：；隐藏的二进制序列　的长度，产生纠错　

码时的分段长度参数Ｍ。提取过程如下：　

１）将式（７）的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射根据参数　私和‰预替代　次；　

２）对需要提取的隐藏信息ｗｉ　，先计算‰：ｉｎｔ（ｊ／Ｎ），　

Ｙｏ：　ｍｏｄ　Ｎ，然后用ａ　ａｌ２，ａ２ｌ，ａ２２等相关参数用式（６）进行　

混沌替代　１次，得到嵌入　，　的像素点的坐标（　，Ｙ）；　

３）根据嵌入　的像素点的最高非０位的位置ｄ，按式　

（８）计算ｒ；然后按式（７）替代一次，并按式（９）得到　，　嵌入　

到像素点的平面位的值ｓ，进而得到　，　：　（　，Ｙ）；　

４）重复２）和３），直至得到完整的嵌入信息序列Ｗ　；　

５）将Ｗ　分成长度为（Ｍ＋２）　Ｍ的若干段，并按产生　

Ｗ　的逆过程将每一段排列成纠错矩阵；　

６）利用纠错算法，纠正矩阵中的差错，得到正确的大小　

为Ｍ　Ｘ　Ｍ的排列成矩阵的隐藏信息段；　

７）将得到的各隐藏信息段按嵌入前处理的逆过程进行　

拼接，得到完整的隐藏信息。　

的嵌入与提取实验，只有一次出现一个字符的错误，其余１９　

次提取的文本与嵌入的文本完全相同。　

用Ｌｅｎａ图像在离散余弦变换（ＤＣＴ）域进行文本嵌入的　

对比实验，在嵌入１２５字节（１０００　ｂｉｔ）文本的载密图像上加上　

０．０２的椒盐噪声后再进行提取时，进行２０次的嵌入实验有　

１８次出现提取的文本与嵌入的文本不相同的情况，最大差错　

时有４字符不正确。再在离散傅立叶变换（ＤＦＦ）域、离散小　

波变换域（ＤＷＴ）进行载密图像上加入噪声实验，提取的文本　

的差错率均高于本算法（未使用纠错码），可见本算法对噪声　

具有很强的鲁棒性，比一般的变换域嵌入算法要强。当然变　

换域嵌入算法也可使用纠错码来降低差错率，但其可嵌入容　

量会进一步下降。　

曩曩　

曩嚣圈　

（ａ）轵　ｌ至ｌ保　（ｂ）歌八明ｌ至ｌ保（ｂ）猷八后刚载苗图１冢　

图２嵌入二值图像后的视觉效果　

蕊■一　

（ａ）裁剪１０％　（ｂ）裁剪２０％　（ｃ）裁剪３０％　

隐藏　嚣　

（ｄ）　（ｅ）　（ｆ）　

图３载密图像裁剪实验效果　

再进行抗裁剪实验，嵌入一幅如图２（ｂ）所示的二值图　

像，嵌入信息后的载密图像如图２（Ｃ）所示，此时嵌入比特数　

与载体像素数之比达到了１／４，而ＰＳＮＲ：４２．４７，仍可满足视　

觉的不可感知性要求。然后对载密图像进行面积为１０％，　

２０％和３０％的如图３所示的裁剪（相应像素点的值置０）再进　

行信息提取，裁剪后的图像分别如图３（ａ～ｃ），提取的图像分　

别如图３（ｄ～ｆ），可见本算法有较好的抗剪切攻击能力。　

为验证算法的安全性，改变提取隐藏信息所需的参数的任　

意—个时，提取的信息完全不可理解，例如将　１改为３１时，提取　

的信息如图４（ｂ）所示，将％将改为０．１８００１时，提取的信息如图　

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计算机应用　

４（ｃ）所示。可见不知道准确密钥的非授权者无法正确提取嵌入　

第２８卷　

Ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｆｒｏｍ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｊｔｃ．ｃｏｒｎ／Ｓｅｃｕｒｉｔｙ／ｓｔｅｇｔｏｏｌｓ．ｈｕｎ．　

的信息，嵌入的信息具有密码学意义上的安全陛。　

［２］　张涛，平西建．基于差分直方图实现ＬＳＢ信息伪装的可靠检测　

［Ｊ］．软件学报，２００４，１５（１）：１５１—１５８．　

［３］　ＳＨＩＨ　Ｆ　Ｙ，ＷＵ　Ｓ　Ｙ　Ｔ．Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ　ｉｍａｇｅ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　

ｓｐａｔｉｌ　ａｎｄ　ｆｒａｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎｓ［Ｊ］．Ｐａｔｔｅｒｎ　Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，２００３，３６　

信息　

隐藏　

（ａ）密钥正确（ｂ）参数　１错误（ｃ）参数槽误　

图４密钥正确与错误提取的隐藏信息对比　

（４）：９６９—９７５．　

［４］ＨＷＡＮＧ　Ｍ　Ｓ，ＣＨＡＮＧ　Ｃ　Ｃ，ＨＷＡＮＧ　Ｋ　Ｆ．Ａ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ｔｃｈ・ｅ　

４结语　

本文提出了一种新的空间信息隐藏方法，其鲁棒性较一　

般的空间域算法有明显提高。算法中采用基于广义Ａｒｎｏｌｄ　

猫映射和Ｌｏｇｉｓｔｉｃ混沌映射确定待隐藏的二进制序列的每一　

ｎｉｑｕｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｎｅ・ｗａｙ　ｈａｓｈ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　

Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９９，４５（２）：２８６—２９４．　

［５］　宋琪，朱光喜，容太平，等．一种基于模运算的数字水印隐藏算法　

［Ｊ］．电子学报，２００２，３０（６）：８９０—８９２．　

比特嵌入到载体图像的像素点位置和位平面，不知道准确密　

钥的非授权者无法提取正确的嵌入信息水印，嵌入的信息具　

有密码学意义上的安全性，同时还克服了很多基于随机数置　

乱水印嵌入位置算法为解决位置冲突问题需要采用记录表的　

［６］　陈永红．基于混沌的图像的数字水印隐藏算法［Ｊ］，计算机仿真，　

２００３，２０（９）：６３—６５．　

［７］　朱从旭，陈志刚．一种基于混沌映射的空域数字水印新算法［Ｊ］．　

中南大学学报：自然科学版，２００５，３６（２）：２７２—２７６．　

［８］　ＦＥＮＧ　ＧＵＯ・ＲＵＩ，ＪＩＡＮＧＬＩＮＧ・ＧＥ，ＨＥＣＨＥＮ，ｅｔａ１．Ａｎｏｖｅｌａｌ　

问题。在嵌入信息比特时采用自适应和最小像素改变策略，　

使嵌入大容量水印时，水印仍具有良好的不可感知性，其最大　

ｇｏｆｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｄｉｏｔｌａ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏ－　

ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ　Ｓｐｅｅｃｈ　ａｎｄ　Ｓｉｎａｇｌ　

嵌入比特数与载体像素数之比可达４／５。由于隐藏信息的提　

取仅依赖于一组相关的密钥参数，是一种完全意义的盲水印　

方案。由于每个比特嵌入位置通过Ａｒｎｏｌｄ猫映射被随机置　

乱，嵌入位置在整个像素空间的随机分布性，同时采用了纠错　

码进行纠错的策略，使得算法对椒盐噪声攻击具有很好的鲁　

棒性和很强的抵抗剪切攻击能力。　

参考文献：　

［１］ＪＯＨＮＳＯＮＮＦ．Ｓｔｅｇａｎｏｇｒａｐｈｙｔｏｏｌｓ［ＥＢ／ＯＬ］．［２００７一Ｏ９—１　５］．　

Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　２００３（ＩＣＡＳＳＰ＇０３）．［Ｓ．１．］：ＩＥＥＥ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００３，３：５４９　

—

５５２．　

［９］　马在光，邱水生．基于广义猫映射的一种图像加密系统　．通信　

学报，２００３，２４（２）：５１—５７．　

［１０］ＡＲＮＯＬＤ　Ｖ　Ｉ，ＡＶＥＺ　Ａ．Ｅｒｇｏｄｉｃ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｃｌａｓｓｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　

［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ：Ｂｅｎｊａｍｉｎ　Ｗ　Ａ，１９６８．　

［１１］郝柏林．从抛物线谈起——混沌动力学引论［Ｍ］．上海：上海科　

技教育出版社，１９９３．　

（上接第６００页）　

３．２．２性能分析结果　

上节建立的ＳＩＰ会话时延模型指出会话建立的时延与消　

息的长度有密切的关系，因此基于前面的数学模型，本文对　

ＬＺＷ、ＬＺＳＳ　Ｄｅｌｆａｔ和Ｓ－ＬｚＷ・ＨＵＦＦＮＭＡＮ四种算法以及未采　

延要小得多，有效地改善了ＩＭＳ中基于ＳＩＰ的会话建立时延，　

从而提高语音、视频服务的质量和用户的满意度，保证ＩＭＳ　

网络和基于ＩＭＳ的业务顺利展开。　

用压缩算法情况下产生的会话建立时延性能进行了比较。　

图４是四种算法以及未采用压缩算法情况下的会话建立　

时延性能比较的结果。图中ＳＩＰ表示未经过压缩的ＳＩＰ消息　

建立会话时产生的延迟时间，ｌｚｗ、ｌｚｓｓ、ｄｅｌｆａｔ和ｓ－ｌｚｗ・ｈｕｆｆｍａｎ　

分别表示四种算法产生的会话建立时延。　

４　结语　

本文基于ＩＥＴＦ定义的ＳｉｇＣｏｍｐ机制，首先对经典的ＬＺＷ　

算法做出改进，并且将改进后的Ｌｚｗ算法与ＨＵＦＦＭＡＮ算法　

和基于ＳＩＰ的静态字典相结合，提出了新的ｓ．Ｌｚｗ．　

ＨＵＦＦＮＭＡＮ算法，实现对ＳＩＰ消息的压缩。仿真结果表明，　

新的算法具有更高的压缩效率，有效的降低了传输时延，缩短　

了ＩＭＳ会话建立的时延。　

参考文献：　

［１］ＰＥＴＥＲＳＯＮ　Ｊ，ＳＰＡＲＫＳ　Ｒ，ＨＡＮＤＬＥＹ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．ＲＦＣ３２６１，ＳＩＰ：　

Ｓｅｓｓｉｏｎ　Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｃｏｌｏ［Ｓ１．Ｊｕｎｅ　２００２：８９—９７．　

［２１　ＪＩＮ　ＨＡｌ—ＰＥＮＧ，ＭＡＨＥＮＤＲＡＮ　Ａ　Ｃ．Ｕｓｉｎｇ　ＳｉｇＣｏｍｐ　ｔｏ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓ　

ＳＩＰ／ＳＤＰ　Ｍｅｓｓａｇｅ［Ｃ］／／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　

（ＩＣＣ），２００５：１０５—１１３．　

［３］　钱国祥，孙宏，彭振云．数据压缩技术经典［Ｍ］．北京：学苑出版　

ＳｌＰｌｉｆ息长度／ｂｙｔｅ　

图４算法时延性能比较　

社，１９９４：１２４５—１２６８．　’　

［４１　ＬＡＮＳＫＹ　Ｊ。ＺＥＭＬＩＣＫＡ　Ｍ．Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｌｎａ￣ｔｅｘｔ　ｆｉｌｅｓ　ｕｓｉｎｇ　

ｓｙＨａｂｌｅｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄａｔａ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　

从图４可以看出，随着ＳＩＰ消息长度的增加，会话建立延　

迟时间也相应增加。未经过压缩的ＳＩＰ消息平均的延迟时间　

超过４　ｓ，最大可以达到１０　ｓ；同时，由于Ｓ－ＬＺＷ—ＨＵＦＦＭＡＮ算　

法压缩后消息的长度比未经压缩和其他三种算法压缩后的长　

度明显减小，与消息长度有关的理想时延　和重传时延　明　

显的减少，导致最终的会话建立时延　话减小，会话时延缩　

短到４　ｓ内。　

仿真结果表明，经过ｓ．ＬＺｗ—ＨＵＦＦＭＡＮ压缩后，利用ＳＩＰ　

消息进行呼叫建立产生的时延比其他三种算法和未压缩的时　

（ＤＣＣ）．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ：ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００６：９５—１　１４．　

［５］　ＬＡＮ　ＢＯ，ＬＩＮ　ＸＩＡＯ—ＺＨＵ，ＪＩ　ＪＵＮ—ＷＥＩ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｉｍ—　

ｐｒｏｖｅｄ　ＬＺＷ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ｉｍａｇｅ　ｃｏｄｉｎｇ［Ｊ１．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ａｎｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００６，２８（６）：１０１—１１０．　

［６１　ＤＡＩ　ＢＩＮ，ＷＡＮＧ　ＦＵ—ＲＯＮＧ，ＫＥ　ＪＩＮ—ＳＨＵＩ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

ｏｆ　ｓｉｎａｌｇｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ＳｉｇＣｏｍｐ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｎ　ｎａｒｎｗｂａｒｎｄ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｃｌ，，Ｃｏｎ—　

ｓｕｍｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＣＣＮＣ）．［Ｓ．　

１．１：ＩＥＥＥ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００６：９９—１０７．　

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