一种基于汉明码的量子图像水印方法

一种基于汉明码的量子图像水印方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及量子保密通信领域，特别设及一种基于汉明码的量子图像水印方法。
【背景技术】
[0002] 随着信息科技的发展，拦截、访问、复制和篡改图像变得越来越容易。因此，怎样保 护图像数据不被未授权访问已经成为一个热口的研究课题。目前，解决图像认证问题主要 有两种方法；一种方法是图像密码系统，它把图像从一种可W识别的形式转换成另一种不 可识别的形式；另一种方法是图像隐写，它通过把图像嵌入到载体媒介中来隐藏存在的信 息。图像水印作为一种重要的图像隐写技术，已经取得了很大的进步。
[0003] 近年来，随着量子技术的发展，人们对量子图像的表示、存储和恢复等方面都已经 有了一定的研究，量子图像水印也取得了一定的发展。例如，公开号为CN201310288164的 中国发明专利提供了一种基于量子离散余弦变换的量子水印认证方法，通过量子余弦变换 的水印技术，实现了对彩色图像的版权保护，且具有运算复杂度低的特点，但需要对量子图 像进行量子离散余弦变换，计算量比较大且相应的量子口操作不易实现。

【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、运算复杂度低，鲁椿性好，能够实现 对量子图像的部分位置进行水印嵌入的基于汉明码的量子图像水印方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为提供了一种基于汉明码的量子 图像水印方法，包括W下步骤：
[0006] 采用汉明码对原始水印图像进行纠错编码，得到编码后的水印图像；
[0007] 利用伪随机数计算得到编码后的水印图像在原始量子载体图像中的嵌入位置； [000引将编码后的水印图像逐一嵌入原始量子载体图像的所述嵌入位置中，同时采用辅 助量子比特序列进行标记，得到嵌入水印后的量子载体图像；
[0009] 利用所述伪随机数计算得到嵌入水印后的量子载体图像中编码后的水印图像的 所述嵌入位置；
[0010] 从嵌入水印后的量子载体图像的所述嵌入位置中提取出编码后的水印图像；
[0011] 对编码后的水印图像采用汉明码进行解码，得到原始水印图像。
[0012] 本发明的有益效果在于；通过汉明码对原始水印图像进行纠错编码，通过伪随机 数产生原始量子载体图像的水印嵌入位置，通过对原始量子载体图像的在水印嵌入时增设 一个辅助量子比特序列进行标记来实现水印图像嵌入和提取的完整性和准确性，通过汉明 码对编码后的水印图像进行解码，所述量子图像水印方法高效、运算复杂度低，鲁椿性好， 能够实现对量子图像进行部分位置水印嵌入，能够实现在没有原始量子载体图像的情况下 得到原始水印图像，既可应用于灰度图像水印加密，也可应用于彩色图像水印加密。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的基于汉明码的量子图像水印方法的流程图；
[0014] 图2为本发明的将编码后的水印图像嵌入原始量子载体图像的流程图；
[0015] 图3为本发明的从嵌入水印后的量子载体图像中提取出编码后的水印图像的流 程图；
[0016] 图4为本发明实施例一的含"Copyri曲t"字体的原始水印图像示意图；
[0017] 图5为本发明实施例一的含"Copyri曲t"字体的原始水印图像经汉明码编码后的 水印图像不意图；
[0018] 图6为本发明实施例S的原始量子载体图像示意图；
[0019] 图7为本发明实施例S的将编码后的水印图像的W2'嵌入原始量子载体图像的 中的量子电路图；
[0020] 图8为本发明实施例S的图7中的非口示意图；
[0021] 图9为本发明实施例S的图7中的受控非口示意图；
[0022] 图10为本发明实施例S的从原始量子载体图像的Mi，2中提取出编码后的水印图 像的W,'的量子电路图。
【具体实施方式】
[0023] 为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，W下结合实施方式并配合附 图予W说明。
[0024] 本发明最关键的构思在于通过汉明码对原始水印图像进行纠错编码和解码，通过 伪随机数产生原始量子载体图像的水印嵌入位置，通过对原始量子载体图像的在水印嵌入 时增设一个辅助量子比特序列进行标记来实现水印图像嵌入和提取的完整性和准确性，高 效、运算复杂度低，鲁椿性好，能够实现对量子图像进行部分位置水印嵌入，能够实现在没 有原始量子载体图像的情况下得到原始水印图像，既可应用于灰度图像水印加密，也可应 用于彩色图像水印加密。
[0025] 本发明设及的技术术语解释见表1 ;
[0026] 表 1
[0027]
【主权项】
1. 一种基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，包括以下步骤： 采用汉明码对原始水印图像进行纠错编码，得到编码后的水印图像； 利用伪随机数计算得到编码后的水印图像在原始量子载体图像中的嵌入位置； 将编码后的水印图像逐一嵌入原始量子载体图像的所述嵌入位置中，同时采用辅助量 子比特序列进行标记，得到嵌入水印后的量子载体图像； 利用所述伪随机数计算得到嵌入水印后的量子载体图像中编码后的水印图像的所述 嵌入位置； 从嵌入水印后的量子载体图像的所述嵌入位置中提取出编码后的水印图像； 对编码后的水印图像采用汉明码进行解码，得到原始水印图像。
2. 根据权利要求1所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，采用汉明码 对原始水印图像进行纠错编码，得到编码后的水印图像，具体为： 将原始水印图像的灰度信息转换成一个码长为1的比特序列W，表示为W= (Wl，W2，??? ,W1)； 对原始水印图像灰度信息的比特序列W进行分组，每组的码长为k，对分组后的比特序 列W按组采用汉明码进行纠错编码，假定每组的汉明码的码长为n，每组纠错码的码长为r， 则n=k+r，且n= 2r_l; 将分组的所述汉明码数据进行合并，得到一个长度为N的加密比特序列，即为编码后 的水印图像的灰度信息，表示为W' =(w' 2，"％w'd，
3. 根据权利要求1所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，所述伪随机 数的随机种子通过密钥得到。
4. 根据权利要求3所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，利用伪随机 数计算得到编码后的水印图像在原始量子载体图像中的嵌入位置，具体为： 假定所述密钥的值为K，原始量子载体图像的大小为2nX2n; 以所述密钥K作为随机种子a，利用下述公式1作为伪随机数产生2N个随机数：
其中，T为一个大于4N的素数，且T>K，a和b均为小于T的整数； 利用所述的2N个随机数计算得到原始量子载体图像的N个嵌入位置，分别记为： (X1,yi)，…，（xN，yN)，其中\和yi的值与所述的2N个随机数的关系采用下述公式2表示：
5. 根据权利要求4所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，
Mxy为码长为8的比特序列；x>为原始量子载体图像的水平坐标， y>为原始量子载体图像的垂直坐标，x>和Iy>满足下述公式3:
将编码后的水印图像逐一嵌入原始量子载体图像的所述嵌入位置中，同时采用辅助量 子比特序列进行标记，得到嵌入水印后的量子载体图像，具体步骤为： 51令1 = 1，1^=1(|，(|，辅助量子比特为21，且21=2 1; S2判断当前的Mx，y是否为Mvn : 若当前的Mx，y不是，将当前的Mx，y赋值给Nx，y，则执行步骤S3 ; 若当前的Mx，y是Ivn，则执行步骤S4 ; S3令Mx，y等于其下一个比特序列，即等于Mx+1，y或者1，7+1，\7等于其下一个比特序列， 即等于Nx+1,y或者Nx,y+1，执行步骤S2 ; S4判断Mx，y的8位比特序列中设定的置换位与W/是否相等： 若相等，则所述辅助量子比特Zi赋值为0,且不进行M"中置换位数值与W/的置换，将U给Ww,; 若不相等，则所述辅助量子比特Zi赋值为1，且进行M"中置换位数值与W/的置换，即 进行比特翻转操作，将气经过置换后的比特序列赋给； S5判断i是否等于N: 若不等，则令i=i+l，Mx，y等于其下一个比特序列，即等于Mx+1，y或者11"+1，\7等于其 下一个比特序列，即等于Nx+1，y或者Nx，y+1，Xi=Xi+1，Yi=yi+1，Zi=Zi+1，执行步骤S2 ; 若相等，则输出以下数值：
辅助量子比特组成的辅助量子比特序列，表示为Z= (Z1,Z2, ...，Zn)。
6. 根据权利要求5所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，所述比特翻 转操作由非门运算和受控非门运算组成。
7. 根据权利要求5所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，所述M"的8 位比特序列中设定的置换位为最低有效位。
8. 根据权利要求5所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，从嵌入水印 后的量子载体图像的所述嵌入位置中提取出编码后的水印图像，具体步骤为： Sll令i= 1，Nx，y=N0,0,Zi=Z0= 0 ; S12判断当前的Nx，y是否为 若当前的Nx，y不是，则执行步骤S13 ; 若当前的Nx，y是'，则执行步骤S14 ; S13令Nx，y等于其下一个比特序列，即等于Nx+1，y或者Nx，y+1，执行步骤S12 ; S14将Nx，y的8位比特序列中所述的置换位的数值通过幺正运算后赋值给W/ ; S15判断i是否等于N: 若不等，则令i=i+l，Nx，y等于其下一个比特序列，即等于Nx+1，y或者Nx，y+1，Zi=Zi+1 = 0,Xi=xi+1，Yi=yi+1，执行步骤S2 ; 若相等，则输出以下数值： 编码后的水印图像灰度信息比特序列W' =(w' 1>W' 2，…，w' N)。
9. 根据权利要求8所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，所述么正运 算为Toffoli门运算。
10. 根据权利要求8所述的基于汉明码的量子图像水印方法，其特征在于，对编码后的 水印图像采用汉明码进行解码，得到原始水印图像，具体为： 将编码后的水印图像灰度信息比特序列W'分解成N/n个组，其中每个分组是一个码长 为n的比特序列； 将N/n个码长为n的比特序列中的每个比特序列依次采用汉明码进行校验解码，且均 从最尚有效位开始提取出码长为k的比特序列； 将N/n个所述的码长为k的比特序列进行合并，则得到原始水印图像灰度信息比特序 列W= (W1,w2,…，W1) 〇
【专利摘要】本发明提供了一种基于汉明码的量子图像水印方法，用汉明码对原始水印图像进行纠错编码，用伪随机数产生原始量子载体图像的水印嵌入位置，对原始量子载体图像在进行水印嵌入时增设一个辅助量子比特序列，通过汉明码对编码后的水印图像进行解码。所述方法能够实现水印图像嵌入和提取的完整性和准确性，高效、运算复杂度低，鲁棒性好，能够实现对量子图像进行部分位置水印嵌入，能够实现在没有原始量子载体图像的情况下得到原始水印图像，既可应用于灰度图像水印加密，也可应用于彩色图像水印加密。
【IPC分类】G06T1-00
【公开号】CN104715442
【申请号】CN201510168548
【发明人】林崧, 王宁, 孔祥增
【申请人】福建师范大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月10日