可逆矩阵融合域：一种高效的数字水印嵌入与提取方法

《IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing》：Invertible Matrix Fusion Domain: An Efficient Method for Digital Watermark Embedding and Extraction

数字水印技术通过可逆矩阵融合域实现高实时性、高不可见性、强鲁棒性和安全性平衡，创新性地采用高能系数直接计算与均匀变化分布简化嵌入流程，结合四维洛伦兹混沌加密增强密钥空间。实验显示PSNR<40dB，SSIM>0.98，抗攻击能力平均NC>0.98，嵌入/提取时间仅0.18/0.06秒，复杂度O(n)。

　　

摘要：

数字水印技术已成为保护数字媒体版权的重要手段。然而，现有方法往往无法同时满足高实时性能、高隐蔽性、强鲁棒性和增强安全性等关键要求。为克服这一限制，我们提出了一种基于可逆矩阵融合域的高效数字水印嵌入与提取方法，该方法在这些相互竞争的目标之间建立了平衡。该方法首次推导了空间域中可逆矩阵乘法的特性，并通过直接计算高能量系数并均匀分布变化来实现水印嵌入，从而简化了嵌入过程并提高了计算效率。为了解决四进制编码中的误差传播问题，我们提出了一种基于四进制编码的最小误差传播策略（MEPQ）来增强鲁棒性。此外，水印图像通过使用四维洛伦兹混沌系统进行加密，这扩大了密钥空间并抵抗了统计攻击。实验结果表明，所提出方法具有优异的性能：实现了极高的隐蔽性（PSNR > 40 dB，SSIM > 0.98），对各种攻击具有很强的鲁棒性（平均噪声对比度（NC）> 0.98），高实时效率（嵌入时间0.18秒，提取时间0.06秒，复杂度为O(n)），以及通过大密钥空间（2^768）增强了安全性，能够抵抗统计攻击和暴力攻击。这些综合结果证实，我们的方法成功满足了实时处理、隐蔽性、鲁棒性和安全性的综合要求。