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一种基于PDF文档和置乱技术的文本数字水印算法.doc

一种基于PDF文档和置乱技术的文本数字水印算法

Bonnie晓婷
2018-09-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《一种基于PDF文档和置乱技术的文本数字水印算法doc》,可适用于高等教育领域

一种基于PDF文档和置乱技术的文本数字水印算法一种基于PDF文档和置乱技术的文本数字水印算法第卷第期佛山科学技术学院学报(自然科学版)年月JournalofFoshanUniversity(NaturalScienceEdition)VoNoMar文章编号:()一种基于PDF文档和置乱技术的文本数字水印算法顾艳春,杨扬(佛山科学技术学院信息与教育技术中心广东佛山河南大学计算中心河南开封)摘要:为了提高PDF文档的安全性提出了一种基于置乱技术的适用于PDF文档的文本数字水印算法首先,将水印图像进行置乱变换其次,将原PDF文档转换成PS文件,利用PS文件中字符间距值来嵌入水印图像信息同时将水印位置信息嵌入特定位置最后将PS文件转换为含有水印的PDF文档关键词:信息隐藏置乱技术文本数字水印PDF文档中图分类号:TP文献标识码:A作为多媒体产权保护和信息安全维护的一种有效手段,数字水印技术已经成为信息处理领域的一个研究热点它将具有特定意义的标志信息(即水印),利用数字嵌入的方法隐藏在数字图像,文档,音频,视频等数字作品中,用以表示作者的所有权,许可签名或其他特殊意义可以通过对水印的检测和分析来确定数字信息的完整性和真实性,从而使其成为知识产权保护和数据安全维护的有效手段当前,数字水印的研究主要集中在图像,音频,视频等方面,而对以文本文档为载体的数字水印研究较少J但是,文本数字水印同样具有很重要的价值由于文本文件的特殊性,在嵌入水印的方法上还存在一定的难度目前,文本水印算法在基于文本格式,结构,语义,语法等方面的研究已取得了一定的进展,但是各种水印算法本身还存在许多需要完善的地方文本数字水印技术在理论上尚未成熟,已有的研究结果普遍存在水印难以深入到文本的内容中,水印嵌入容量不足,鲁棒性较差等问题Adobe公司提出的PDF(PortableDocumentFormat)是一种与设备无关的文档格式,利用这一格式可以使人们以更有效的方式共享,观看和打印文档,从而让数字信息发挥更大的潜力,目前其已经发展成为网络信息传递中的主流文件格式因此,研究PDF文档的数字水印技术,具有广泛的应用价值L在已有的一些针对PDF文档的研究中,如文献都仅能对含水印文档进行认证功能,且对原始水印的操作较为复杂本文在分析以往算法的基础上,提出一种根据PDF文档格式,利用其对应PS文件中的字符间距等信息,插入二值图像水印的算法,通过调整嵌入强度来实现不可视性和鲁棒性的折中,同时,也利用二值图像的置乱变换来增强水印提取的健壮性插入水印过程中先对原水印图像进行置乱变换,提高嵌入水印的安全性和检测的准确率然后获取原文档对应的PS文件,找到各行中字符的间距信息,将置乱变换后的二值图像水印信息依据一定的规则嵌入到对应间距信息中,同时,将嵌入水印的行值和列值信息嵌入到指定位置,作为检测水印的位置信息保存嵌入了水印信息的PS文件,并由此得到含有水印信息的PDF文档收稿日期:一O基金项目:年粤港关键领域重点突破资助项目(Z)佛山市科技发展专项资助项目())男河南信阳人,佛山科学技术学院助教硕士作者简介:顾艳春(一佛山科学技术学院学报(自然科学版)第卷PDF文本表示方法和基于PDF的水印算法模型在PDF文档中,PDF将文本字符看做是图像模型,每个字符对应一个特定的图形字符图形以字体方式编组,一个字体包含了一组特定的字符码和图形,并且定义了字符码和图形之间的对应关系当程序执行时,对每一个需要绘制的字符,程序首先寻找到含有该字符的字典名,从字典中得到字符码,然后再根据字符码取得字符图形PDF文档的文字内容和页面格式可由相应的PS文件获得,PS文件是用PostScript语言编写的页面描述程序,PDF和PS之间可以相互转换PostScript是一种编程语言,是由Adobe公司于年月发布的,其最适用于打印图像和文字(无论是在纸,胶片或非物质的CRT都可以)PostScript是一种页面描述语言,它的主要用途是为以相对设备独立的方式描述影像提供一种方便的语言该相对设备独立是指不以某种特定设备特性作参照来描述影像,这样同一种描述不需修改就可适用于任何一种PostScript打印机为了简化页面描述过程和实现文档的随机定位,PDF采用一种严格定义的文件结构,而PS能提供可读性较好的编程语言结构,所以利用PS文件更容易实现水印编,解码的操作,通过修改PS文件中页面输出格式以实现PDF文档水印的嵌入基于此思想的数字水印模型如图所示原水印图像呈,==璺堡竺taPDF文档的水印嵌入方案含水印PDF文件bPDF~J的水印提取方案图PDF文档的水印嵌入与水印提取模型在水印编码过程中,先将PDF文档转换成PS文件,然后将处理后的水印信息嵌入到关于PDF文档格式的描述中,最后将修改后的Ps文件转换成含有水印信息的PDF文档水印解码时,同样先将PDF文档转换成PS文件,然后从Ps文件的PDF页面格式描述中,依照某种方式提取出水印信息图像的Arnold变换Arnold变换又称猫脸变换因为经常用一张猫脸演示而得名Arnold变换与其他一些置乱算法相比,变换简单且具有周期性,因此使用较为广泛Arnold变换方程如下:f(modN),()yiy式()中,『y(O,,,…,一)表示某一像素点的坐标,而是图像矩阵的阶数经Arnold变换后的图像会变得混乱不堪可以利用Arnold变换的这种性质来增加图像对某些攻击的抵抗力当被置乱的图像遭到恶意攻击导致局部受到严重毁坏后,在置乱图像的恢复中,Arnold变换将会把原来遭到毁坏的那部分分散开来,减少其对人眼视觉的影响从而相应地提高了数字水印的鲁棒性对置乱后的图像继续使用Arnold变换,一定会出现一幅与原图相同的图像,即Arnold变换具有周期性水印的嵌入和提取对嵌入水印图像的处理水印图像为二值图像文件对原水印图像,做Arnold置乱变换,变换次数可作为检测水印的密钥水印的嵌入算法()运用Arnold置乱方法对原始水印图像w(图像大小为N×N)进行K次置乱,保存K作为提取水印时的密码,置乱后的图像记为w第期顾艳春等:一种基于PDF文档和置乱技术的文本数字水印算法()将原始文档Dp转换为PS文件Dps,选取各个字符问的间距值作为嵌入对象()将置乱后的水印图像值按式()嵌入到原始文档间距值中L(,j,)一L(x,)P×(,),()式()中,L(y)为嵌入水印后的文档间距值(z,j,)为原始文档的文档间距值W(x,)为置乱后的水印信息值尸为加权因子,可调整此值获取可视性和鲁棒性的折中当此值较大时,可感知性较差,鲁棒性较好当此值较小时,可感知性较好,鲁棒性较差同时,将水印图像的位置信息也嵌入到原始文档间距值中嵌入过程为:选取PDF文档每行的第i个字符间距作为水印位置信息的嵌入起始位置,选取此位置时,应尽量选取每行中间位置处这是因为非法复制者经常选取中间位置处的内容,而且中间位置处的信息不容易发生改变,这样会提高水印提取的准确率本文实验中,取i,即选取每行第O个字符间距开始处,连续的×的位作为水印信息的位置信息,其中Flog得到每行第×M个字符间距嵌入水印的位置信息,将行列值分别转换为二进制数据,再将此位置的二进制的行列值信息按式()填入此行从第i到×M的字符间距信息内如果此行字符间距数小于×M,则此行只嵌入水印信息而不嵌入水印的位置信息()将嵌入水印后的PS文件,转换为PDF文件,从而得到含有水印的PDF文档水印提取算法()将含有水印的PDF文档,转换为PS文件()将文件与原PDF文档对应PS文件相对比,记原文档中某字符间距值为,含有水印信息的同样位置某字符间距值为,根据S一是否大于P(PDF转换到PS过程中可能有很小的误差,实验中可考虑这些误差)来判断此处的信息值然后根据获得的位置信息值和水印信息值,得到二值图像()将得到的二值图像进行反Arnold置乱变换,从而得到提取出的水印图像实验结果及分析可感知性方面,由人的肉眼来识别提取水印与原始水印的相似程度则用NC值来反映计算公式如下NC==(wS)'()式()中,W代表原始水印图像的像素点代表提取出的水印图像中的像素点NC越接近,说明提出的水印和原始水印越相似本文的实验以Adobedistiller为工具,图像处理环境为Matlab,原始水印图像为×的二值图像,Arnold变换次数为图给出了实验结果其中,图a为原始PDF部分文档,图b为与之对应的嵌入水印后的PDF部分文档由图可以看出,原始文档和嵌入水印后的文档基本一致,人眼很难判别两者的不同从中Fo~hanlllV~tSltXljomllyestabh~hedandlr,ldbyG~mngdongandFoshan(j,'IuInlwzththecOadaum~trahonfoctv,edthenllllll~lp~,llevelAsalovaledt~raltononealtedhigheredtkatlo~lllltu缸mFo,,hanIlladvocatesthepluiosophvofa原始PDF文档}lf秘}i,r,i{,拽{l,,b{hodt"",cd'}娃矗麓瑟t耋}n餐and},~han(,fl强秘{,i}lcltl秘j孙学骢'聃}聃{}le,舔nipl,cl|,{'}ll'l:}秘掩cdlfa轴弘秘{l々铉i,nb魏聃,f,蚝》a,i,thephth,~ph',fb嵌入水印后的PDF文档中C原始水印图像中d提取出的水印图像C=图PDF文档水印嵌入和提取效果图佛山科学技术学院学报(自然科学版)第卷提取出的水印图像,跟原始水印图像完全相同,具有很好的效果同时,笔者也对嵌入水印后的文档做了一些攻击,以检测水印提取算法的鲁棒性对于PDF文档,最常见的操作方法就是剪裁为此,剪裁出某一段,其中含有个单词,共有个字符根据剪裁出的这一段PDF文档,利用水印提取算法对其分析,得到如图所示的水印图像,由图可以看出,即使是剪裁出比较小的一部分文档,仍然能检测出含有的水印图像书裁剪后提取的水印Co由以上结果可以看出,本文提出的算法,信息隐藏能力较强,嵌入效果较好,水印提取算法具有一定的鲁棒性而且,笔者也做了在水印提取时K值不符的实验,结果表明,当密码不正确时,基本不可能提取到正确的水印小结本文针对PDF文档的特点,提出了一种适用于PDF文档的水印嵌入方案实验结果表明,本算法具有较好的透明性,可视性和较强的鲁棒性同时,利用Arnold置乱技术,进一步增强了水印的安全性和健壮性水印检测结果准确,从而具有较强的实用性但本文提到的算法,需要用到原文档和原水印印的盲检测以及应对文字识别软件类的攻击方面还存在不足,这将是以图像,在水后研究工作的重点参考文献:LUCSLIAOHYMMultipurposeWatermarkingforImageAuthenticationandProtectionJ,IEEETransactionsonImageProcessing():COXIJ,MILLERMLWatermarkingApplicationandTheirPropertiesCProceedingofInternationalConfereneeonInformationTechnology:CodingandComputingSsn:KIMYoung'WonIISeokOhWatermarkingtextdocumentimagesusingedgedirectionhistogramsJ,~PatternRecognitionLetters,():COXLJMILLERMLThefirstyearsofelectronicwatermarkingJ,EURASIPJofAppliedSignalProcessing,():王飞燕李峰,陈松贵基于一维正态云模型的半脆弱文本水印J计算机工程与设计():I,张秋余,余冬梅管伟中文PDF文档数字水印算法JI计算机工程与设计,():E张静张春田用于PDF文档认证的数字水印算法J天津大学学报():ARNOLDEAAVEZAErgodicproblemsofclassicalmechanicsMNewJersey:BenjaminWA,【责任编辑:王桂珍】AtextdigitalwatermarkingalgorithmforPDFdocumentbasedonscramblingtechniqueGUYanchun,YANGYang(InformationandEducationalTechnologyCenterFoshanUniversityFoshanChinaComputingCenter,HenanUniversityKaifengChina)Abstract:AtextdigitalwatermarkingalgorithmforPDFdocumentbasedonscramblingtechniqueisproposedThewatermarkimageisfirstencryptedbyscramblingtechniqueThen,theoriginalPDFdocumentistransformedintoPSfileThebinarywatermarkimagewithitslocationinformationisembeddedintothecharacterspacingofthePSfileFinally,wecangetthePDFdocumentcontainingwatermarkthroughthePSfileKeywords:informationhidingscramblingtechniquetextdigitalwatermarkingPDFdocument

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