整數(shù)小波變換的可逆數(shù)據(jù)庫水印的嵌入和提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種整數(shù)小波變換的可逆數(shù)據(jù)庫水印的嵌入和提取方法。從數(shù)據(jù)庫載體中，偽隨機選取數(shù)值型屬性值形成數(shù)據(jù)集，對該集分成大小相同數(shù)據(jù)子集，即形成數(shù)據(jù)組；根據(jù)溢出預防機制，確定數(shù)據(jù)組所屬類型組；進一步對不同類型的數(shù)據(jù)組分別采用水印隱藏模型將不同強度的水印嵌入到數(shù)據(jù)組的小波域中，形成水印數(shù)據(jù)庫；最后通過判斷表達式奇偶性來提取水印且對水印載體系數(shù)向量在正交向量組形成空間里逆向平移以恢復數(shù)據(jù)庫載體。本發(fā)明將水印信息能均勻地分布到數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的各個部分，達到弱化水印信息對數(shù)據(jù)庫的影響及提高水印不可見性和魯棒性的目的，適用于特定數(shù)據(jù)庫版權(quán)和完整性保護。
【專利說明】整數(shù)小波變換的可逆數(shù)據(jù)庫水印的嵌入和提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及特定多媒體數(shù)據(jù)版權(quán)及完整性保護【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種整數(shù)小波變換的可逆數(shù)據(jù)庫水印的嵌入和提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]信息隱藏(Information Hiding)是將秘密信息隱藏于另一公開媒體中，用來秘密通信或者跟蹤侵權(quán)行為，并提供法律保護的證據(jù)，對于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字時代，其媒體形式可以為任何一種數(shù)字媒體，如數(shù)據(jù)庫、文本、圖像、音頻和視頻等。信息隱藏不僅要求被隱藏的信息令人難以發(fā)現(xiàn)，并且要求即使被人察覺被隱藏秘密信息，在密鑰未知的前提下，不能獲取隱藏在該數(shù)字媒體中的秘密信息。因此信息隱藏技術(shù)有其獨特的優(yōu)勢。
[0003]數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究分支，是在多媒體數(shù)據(jù)中加入某些標志性信息，以達到信息隱藏，版權(quán)保護等作用。數(shù)字水印主要用于:阻止非法復制(間接的)、確定所有權(quán)(作者、發(fā)行人、分發(fā)商、合法的最終用戶)、確定作品的真實性和完整性(是否偽造、被篡改)、證實收件人、不可否認的傳送、法庭證據(jù)的驗證、贗品甄別、識別文件來源與版本、Web網(wǎng)絡巡邏監(jiān)視盜賊等。為達到數(shù)字水印的魯棒性，傳統(tǒng)的數(shù)字水印方法很難在魯棒性和不可見性兩方面都達到令人滿意的效果，并且，現(xiàn)有的魯棒數(shù)字水印大多不能無損的恢復原始載體數(shù)字媒體，對于一些特殊的領(lǐng)域，比如軍事、司法證據(jù)、以及較高的數(shù)字媒體藝術(shù)品等領(lǐng)域即使數(shù)字水印嵌入過程中帶來的不可感知的失真也是不能容忍的。對于此類情況，可逆水印技術(shù)具有傳統(tǒng)水印技術(shù)及無損恢復原始載體的優(yōu)點，是解決該問題的一種有效途徑。
[0004]數(shù)據(jù)庫技術(shù)從20世紀60年代中期開始發(fā)展，到現(xiàn)在已成為一個活躍的學科領(lǐng)域。以數(shù)據(jù)庫作為基礎的信息系統(tǒng)正在成為政務、國防等領(lǐng)域信息基礎設施，數(shù)據(jù)庫存儲信息的價值也越來越高，隨之而來的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全問題日益凸顯。當前用于特定領(lǐng)域(如財務、法律及軍事等)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的版權(quán)和完整性保護，都是從空域技術(shù)的角度來研究可逆關(guān)系數(shù)據(jù)庫水印，即存在水印的不可見性差和魯棒性弱的不足。
[0005]小波(Wavelet)理論是近幾十年興起的一個科學分支。小波變換(WT)起源于傅利葉變換，其思想來源于伸縮平移方法，其本質(zhì)是通過對一個小波函數(shù)進行伸縮和平移來表示一個能量有限的信號。整數(shù)小波變換技術(shù)具有多媒體水印的頻域技術(shù)的優(yōu)勢，且與沒有變換前的多媒體載體相比，經(jīng)過整數(shù)小波變換的多媒體載體不會發(fā)生任何變化，即經(jīng)過整數(shù)小波變換前后，不會引起多媒體載體發(fā)生任保損失，這為實現(xiàn)方法的可逆性提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對當前空域技術(shù)可逆關(guān)系數(shù)據(jù)庫水印的不足，本發(fā)明目的是提供一種整數(shù)小波變換的可逆數(shù)據(jù)庫水印的嵌入和提取方法，該方法能夠提高可逆數(shù)據(jù)庫水印的不可見性和
魯棒性。
[0007]本發(fā)明的思路:從數(shù)據(jù)庫載體中，偽隨機選取數(shù)值型屬性值形成數(shù)據(jù)集，對該集分成大小相同數(shù)據(jù)子集，即形成數(shù)據(jù)組；根據(jù)溢出預防機制，確定數(shù)據(jù)組所屬類型組；進一步對不同類型的數(shù)據(jù)組分別采用水印隱藏模型將不同強度的水印嵌入到數(shù)據(jù)組的小波域中，形成水印數(shù)據(jù)庫；最后通過判斷表達式奇偶性來提取水印且對水印載體系數(shù)向量在正交向量組形成空間里逆向平移以恢復數(shù)據(jù)庫載體。
[0008]具體步驟為:
[0009]第I步水印生成:根據(jù)擁有者和用戶信息產(chǎn)生二進制水印序列W1，用密鑰kl生成二進制混沌序列L，由L對Wl進行混沌調(diào)制，生成待嵌水印信號W。
[0010]第2步從數(shù)據(jù)庫載體中，偽隨機選取數(shù)值型屬性值形成數(shù)據(jù)集，對該集分成大小相同數(shù)據(jù)子集，即形成數(shù)據(jù)組。
[0011]第3步建立適合整數(shù)小波可逆關(guān)系數(shù)據(jù)庫的溢出預防機制，根據(jù)溢出預防機制，確定數(shù)據(jù)組所屬類型。
[0012]第4步對不同類型的數(shù)據(jù)組分別采用水印隱藏模型將不同強度的水印嵌入到數(shù)據(jù)組的小波域，實現(xiàn)水印隱藏，得到含水印數(shù)據(jù)庫載體。
[0013]第5步水印提取實際上是由水印嵌入的逆過程和恢復原始數(shù)據(jù)庫載體構(gòu)成，通過判斷表達式奇偶性來提取水印且對水印載體系數(shù)向量在正交向量組所形成空間里逆向平移，即恢復數(shù)據(jù)庫載體。
[0014]本發(fā)明所述整數(shù)小波變換的可逆數(shù)據(jù)庫水印方法，基于整數(shù)小波變換的頻域技術(shù)特點，通過數(shù)據(jù)庫小波系數(shù)向量平移，將水印信息能均勻地分布到數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的各個部分，達到弱化水印信息對數(shù)據(jù)庫的影響及提高水印不可見性和魯棒性的目的，適用于特定數(shù)據(jù)庫版權(quán)和完整性保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例的具體步驟流程圖。
[0016]圖2是本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)庫小波系數(shù)與屬性值數(shù)據(jù)對應關(guān)系圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實施例的四種類型數(shù)據(jù)組分布圖(a，b, c, d)。
[0018]圖4是本發(fā)明實施例的向量平移示意圖,其中a為向量不滿足約束條件，b為向量通過平移滿足約束條件。
【具體實施方式】
[0019]本實施例采用Le Gall5/3濾波器實現(xiàn)一級整數(shù)小波變換，水印采用偽隨機二進制序列，數(shù)據(jù)組大小為8X8，系數(shù)向量參數(shù)系數(shù)Iii取2或4，嵌入強度取2或4。
[0020]具體步驟為:
[0021]第I步水印生成:由擁有者和用戶信息產(chǎn)生二進制水印序列W1，用密鑰kl生成二進制混沌序列L，它們的長度為nw，由L對Wl進行混沌調(diào)制，得待嵌水印信號W，W IR =趴,.?A_}，然后由水印Wi生成子水印序列{wi(l，WilAWia-D }，其長度為t。其中
nw-Ι，這里“十”表示異或，子水印生成規(guī)則如下:
iO W.= O
[0022]Wi7 = \ 1 ,O < / < / — I, O < /.< nw-?)。
y [I Wi=1.》[0023]第2步從數(shù)據(jù)庫載體中，偽隨機選取數(shù)值型屬性值取出其整數(shù)部分(或小數(shù)部分)，形成數(shù)據(jù)集，對該集分成大小相同子集，即形成數(shù)據(jù)組Ibc^b1,…，匕，…，IvJ。
[0024]第3步建立溢出預防機制，具體如下:
[0025]溢出預防機制是預防因水印嵌入引起數(shù)據(jù)庫屬性值數(shù)據(jù)的變化超出它的區(qū)間，而造成當水印提取后不能無損恢復原始數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，因此建立適合整數(shù)小波可逆關(guān)系數(shù)據(jù)庫的溢出預防機制，具體步驟如下:
[0026]第3.1步對整數(shù)小波變換的內(nèi)在機制的分析，可以得到數(shù)據(jù)庫小波域的系數(shù)與對應數(shù)值型屬性值數(shù)據(jù)之間的關(guān)系(如圖2)。
[0027]第3.2步根據(jù)數(shù)據(jù)庫小波系數(shù)的規(guī)律及整數(shù)小波變換本身的機理，來分析數(shù)據(jù)庫的整數(shù)小波系數(shù)的修改對其對應的數(shù)據(jù)庫屬性值的修改程度，如下:
[0028]采用整數(shù)小波變換對數(shù)值型數(shù)據(jù)進行變換，修改小波系數(shù)對應數(shù)值型數(shù)據(jù)的影響，可以得出:對其小波域(如HL1或LH1)的系數(shù)修改量為^^時，對應其數(shù)據(jù)庫的數(shù)值型數(shù)據(jù)的修改量βj≤3m)。
[0029]第3.3步確定數(shù)據(jù)庫屬性值數(shù)據(jù)的修改規(guī)則，具體如下:
[0030]設數(shù)據(jù)庫中k個屬性為例，設k個屬性值數(shù)據(jù)序列:{ Vu- ，...,V^ }，它們的取值區(qū)間為 va; e [ajjnin, <^_/而尤],其中 j e [I, k]。
[0031 ] 使其屬性值0的改變量β j滿足如下修改規(guī)則:
[0032]
max{a\jnin, ai—min’"” ak_min)<,Zi +β.<min(a\_max, a2_max1..,, atjnax)為了記錄方便用 m 表不 max (ajjnin，a2_min,…，ak_min)和 M 表不 min (ajjnax, a2_max,…，ak_max),即"C + β 。
[0033]其中，V0y表示屬性a」的某個屬性值,aj_min, aj_max分別表示屬性a」取值的下界和上界，max O，min O分別表示取最大值函數(shù)和取最小值函數(shù)。
[0034]第3.4步根據(jù)以上數(shù)據(jù)庫屬性值數(shù)據(jù)的修改規(guī)則和數(shù)據(jù)庫的整數(shù)小波域的系數(shù)和對應數(shù)據(jù)庫屬性值關(guān)系分析，及借鑒可逆圖像水印溢出預防機制，構(gòu)建本實施例的溢出預防機制如圖3所示，圖3描繪了本實施例的溢出預防機制:[m，Μ]表示數(shù)值型數(shù)據(jù)改變的范圍，一些數(shù)值型數(shù)據(jù)大于Μ-βπ并且將βπ加入到這些數(shù)值型數(shù)據(jù)中，向上溢出就會發(fā)生；同理一些數(shù)值型數(shù)據(jù)處于這個范圍[m，m+i3m)并且將負入到這些數(shù)值型數(shù)據(jù)，向下溢出就會發(fā)生，將[m，m+@m)區(qū)間定義為m區(qū)域，(M_Pm，M]區(qū)間定義為M區(qū)域。
[0035]第4步對不同類型的數(shù)據(jù)組分別采用水印隱藏模型將不同強度的水印嵌入到數(shù)據(jù)組的小波域，實現(xiàn)水印隱藏，水印隱藏模型具體如下:
[0036]第4.1步根據(jù)水印信息對數(shù)據(jù)組{b0, b”…，b”…，bnw_J處理，當水印Wi為“O”時，不用處理數(shù)據(jù)組bi;當水印Wi為“I”時，用locatejnap緩存來標記，對數(shù)據(jù)組匕進行整數(shù)小波變換，取出其高頻系數(shù)I^nLHpHLJ降維形成一維系數(shù)向量，從中偽隨機取出待嵌小波子帶系數(shù)向量Gi (Gi長度為t的一維向量，表示降維后的小波系數(shù))。
[0037]第4.2步利用正交向量組X=[xQ，X1,…，xt-J，按下面模型將水印…,Wij, *.., Wi(^1)I 嵌入系數(shù)向量 Gi 得 G, i:[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種整數(shù)小波變換的可逆數(shù)據(jù)庫水印的嵌入和提取方法，其特征在于具體步驟為: (1)根據(jù)擁有者和用戶信息產(chǎn)生二進制水印序列ri，用密鑰之生成二進制混沌序列z，由z對ri進行混沌調(diào)制，生成待嵌水印信號w； (2)從數(shù)據(jù)庫載體中，偽隨機選取數(shù)值型屬性值形成數(shù)據(jù)集，對該集分成大小相同數(shù)據(jù)子集，即形成數(shù)據(jù)組； (3)建立適合整數(shù)小波可逆關(guān)系數(shù)據(jù)庫的溢出預防機制，根據(jù)溢出預防機制，確定數(shù)據(jù)組所屬類型； (4)對不同類型的數(shù)據(jù)組分別采用水印隱藏模型將不同強度的水印嵌入到數(shù)據(jù)組的小波域，實現(xiàn)水印隱藏，得到含水印數(shù)據(jù)庫載體； (5)水印提取實際上是由水印嵌入的逆過程和恢復原始數(shù)據(jù)庫載體構(gòu)成，通過判斷表達式奇偶性來提取水印且對水印載體系數(shù)向量在正交向量組所形成空間里逆向平移，即恢復數(shù)據(jù)庫載體。
【文檔編號】G06F21/16GK103577730SQ201310573694
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】姜傳賢, 程小輝, 葛云生, 董明剛, 楊鐵軍 申請人:桂林理工大學