文摘

生物运算,特别是DNA计算已经得到了很大的发展。广泛应用于信息安全。在本文中,小说的可逆数据隐藏算法提出了基于DNA计算。直方图修正算法的启发,这是一个经典的可逆数据隐藏算法,我们把它与DNA计算基于生物技术的实现该算法。与以前的结果相比,我们的实验结果大大提高了ER(嵌入率)。此外,一些测试图像的PSNR(峰值信噪比)也得到了改善。实验结果表明,适用于保护封面图片的版权在dna信息安全。

1。介绍

多媒体技术的广泛使用和过度的网络传播,保护数字图像的版权是吸引大量的注意力。数据隐藏或水印技术,这是一个主要的手段保护版权,广泛应用于数字图像和非常有效的方法。由于其并行性的特点,大容量存储,能耗低,使用DNA计算在许多领域,如图像加密,信息安全,和其他应用程序1- - - - - -9]。

可逆数据隐藏或水印和不可逆数据隐藏是两个主要的技术保护版权。可逆数据隐藏嵌入信息比特通过修改主机信号但允许的确切(无损)恢复原始主机信号提取嵌入信息后。不可逆的数据隐藏不能启用的确切(无损)恢复原始主机信号提取嵌入信息后。前者是广泛应用在医学图像、军事信息,和其他应用程序安全性要求高。Fridrich等人提出了一个可逆的图像水印算法(10]。他们制定两个通用无损嵌入的方法,可以应用于图像以及其他数字对象。玄等人提出了一个新颖的基于整数小波变换的无失真图像数据隐藏算法(11]。该算法可以反转stegoimage到原始图像提取隐藏数据后没有任何失真。提出了一种新颖的可逆田数字图像信息嵌入方法(12]。数字图像的方法探讨了冗余实现非常高的嵌入容量和保持低失真。直方图修正法在可逆数据隐藏的倪et al。13]。该算法利用了零个或图像的直方图的最小点,稍微修改了数据嵌入到图像像素的灰度值。证明分析和实验表明,峰值信噪比(PSNR)这种方法生成的标记图像与原始图像是保证48分贝以上。根据上面的四种主要方法,大量的作品基于可逆数据隐藏是最近提议14- - - - - -18]。

DNA序列由四个不同的基地,也就是说,一个(腺嘌呤),C(胞嘧啶),G(鸟嘌呤)和T(胸腺嘧啶)。碱基对之间形成特定碱基(也称为含氮碱基),DNA双螺旋结构的构建块,导致DNA和RNA的折叠结构,即T C和G (19]。用分子生物学期刊解决有向哈密顿路问题的一个实例(1]。有搅拌后DNA计算研究的兴趣。立顿采用DNA计算来解决计算机科学(著名的“坐”的问题2]。欧阳等人解决了最大派系的问题通过DNA计算(3]。Braich等人提出了一个解决方案的20-variable 3-SAT DNA计算机上的问题(4]。钱等人使用DNA链位移来模拟神经网络计算的四分5]。张等人采用DNA计算实现保理整数和打破RSA公共加密算法(6]。Shoshani等人提出了一种图像通过DNA计算分子密码系统(7]。Babaei提出了一个可靠的数据加密算法,One-Time-Pad算法(OTP),理论上这是牢不可破的(8]。刘等人提出一个基于逻辑混乱的RGB彩色图像加密方法和DNA序列计算(9]。最近,张等人提出了DNA计算的新应用,二次同余,保理整数。在[20.),作者使用了一个适应多目标版本的微分进化metaheuristics设计可靠的DNA库。娇等人提出了一个无监督光谱匹配分类器来执行的任务聚类不同的地面对象在特定光谱特征编码DNA子空间(21]。周等人设计了一个新的瓷砖自组装模型解决最大匹配问题。在[22],作者提出了一个通用的门延迟,可能会干扰任何DNA系统,提出了一个理论概念验证其适用性。

在本文中,我们提出一种新颖的基于DNA计算的可逆数据隐藏算法。Ni等人提出的直方图修正算法是经典的可逆数据隐藏算法(13]。受这个算法的启发,DNA计算是用于实现该算法。与以前的结果相比,我们的实验结果大大提高了ER(嵌入率)。此外,一些测试图像的PSNR(峰值信噪比)也得到了改善。实验结果表明,适用于保护封面图片的版权在dna信息安全。

本文组织如下。在下一节中,详细描述的相关作品。节3,详细描述了该算法和仿真结果和性能分析。最后,结论部分4。

2.1。直方图修正

直方图修改提出了倪et al。文献[13]。在他的方法,一个零点(zp)和峰值点(pp)的直方图是首先发现的。为了把直方图,像素的灰度值zp与pp之间增加了“1。“它可以离开一个灰度值空和嵌入水印的页。提取水印的过程中,一些“1”像素值的提取 ,“0”是提取的像素值页。其他人直方图, 的像素值中减去1。完成相反的过程,可以恢复原始图像没有任何失真。

2.2。DNA编码

DNA编码的关键一步是DNA计算(23- - - - - -25]。对于二进制位,0和1是互补的。00有11个是互补的,01年10也是互补的。在本文中,我们考虑一个= 00,T = 11, C = 1, G = 10编码二进制信息的DNA序列。有八个DNA编码的方法来表示的二进制消息转换为DNA序列表1。在这里,我们使用第一个DNA编码方法。

表1
DNA编码列表。

毛等人报道一维算法triple-crossover DNA分子的自组装,可以用来执行四个步骤的逻辑(累积XOR)操作一串二进制位(26]。Rothemund等人报道分子实现,使用二维自组装的DNA瓷砖,细胞自动机的更新规则计算二元函数XOR (27]。Frezza等人报道了一套完整的模块化设计和功能描述基于dna的布尔逻辑门(或者,而不是),进一步展示了他们连接成一个三级电路,显示出XOR(异或)布尔函数(28]。最近,史等人构建了基于DNA链DNA分子系统位移执行计算的逻辑门,包括,或者,和XOR逻辑门(29日]。这些作品表明,DNA计算可用于实现异或操作。在本文中,我们定义两个DNA碱基的XOR结果。表中列出的结果2。

表2
异或的结果。

3所示。该算法基于DNA计算的可逆数据隐藏

3.1。嵌入水印

在本文中,一些标准测试图像是用来测试算法的影响。封面图像首先编码到DNA序列基于表的第一行1。在倪的算法,我们应该找到一个零点和峰值点。在我们的算法中,每个像素的封面图片编码为四个基地。总结去年的数量基础对于每个DNA序列,最大数量的基础是发现。根据最大数量,确定水印的长度。倪的算法的伪代码简要说明如下(14]:(1)生成的直方图 。(2)在柱状图 ,找出峰值点 和零点 。(3)如果零点 ,重新编码的坐标 这些像素和像素的灰度值 开销记账信息。然后设置 。(4)不失一般性,假设 。移动整个直方图的一部分 与 向右移动1单位。这意味着所有像素灰度值增加1。(5)像素扫描图像,当会议,检查嵌入。如果嵌入比特“1”像素灰度值变化 。如果一些像素值仍然是“0” 。

使用同样的规则,我们对水印编码DNA序列。然后用水印嵌入水印结合了马克斯基地基地的使用XOR操作表2。湾图像的最大基地取代异或操作的结果。嵌入水印的详细见图1。


图1
嵌入水印的流程图。

注意,该算法应该储备一个马克斯基地和封面图片中的所有基地的位置。它们对应于人民党和zp用于恢复原始图像直方图修正和没有任何恢复。该算法不增加图像的大小,因此,空间复杂度 。该算法主要包括5个步骤,和它们的时间复杂度 (编码封面图片), (找到最大基地), (确定水印的长度), (实现异或操作) (替换马克斯基地)。算法的时间复杂度 。

3.2。提取水印

提取水印嵌入过程的过程类似于颠倒顺序。它可以简要说明如下。

步骤1。获得的最大基地,位置和编码有水印的图像。

步骤2。根据表2通过使用XOR运算,提取水印。

步骤3。取代的最后一个军事基地有水印的图像与XOR步骤的结果2。

步骤4。解码后的水印和图像提取水印。

第5步。数字水印和图像输出。

3.3。性能分析和仿真

在这一章,性能分析和仿真算法的详细描述。

3.3.1。PSNR和ER

峰值信噪比(PSNR)和ER(嵌入)可以用来评估图像水印算法的影响。PSNR值被定义为 在哪里 ; 和 分别是图像宽度和长度;和 和 像素值的原始图像和水印图像,分别。直方图修正算法的区别 和 在最坏的情况下等于1;也就是说,所有像素都改变了。所以 和PSNR值= 48.13分贝。呃是比特每像素和定义为 在哪里 表示数量的嵌入水印 表示像素的封面图片的数量。直方图修正算法,封面图片的所有像素比特水印嵌入在最好的情况下,所以呃= 1 bpp的最大。

3.3.2。仿真和实验

在本节中,四种不同的标准图像的大小 是用来测试算法的影响,分别莉娜,飞机,狒狒,船,房子,蒂芙尼。

图2显示了算法的效果。图2(一个)是原来的封面图片,图2 (b)是有水印的图像,图2 (c)是恢复成像仪后提取水印,图吗2 (d)图像数据之间的区别是2(一个)和2 (b)。图2 (d)是一个全黑的图,所以测试图像可以可逆地恢复了我们的算法。图3显示了丽娜的直方图的变化。图3(一个)是封面图片的直方图,图呢3 (b)是有水印的图像的直方图。

(一)
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(c)
(c)
(d)
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图2
(一)丽娜;(b)有水印的图像;(c)后提取水印;(d)不同的形象。
(一)
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(b)
(b)
图3
(一)封面图片丽娜的直方图;(b)直方图的莉娜有水印的图像。

数据4- - - - - -8其他测试覆盖图像、飞机、狒狒、船,房子,和蒂芙尼。每个子图象(a)是一个封面图片。每个子图象(b)是有水印的图像。每个子图象的直方图(c) (a)和(d) (b)的柱状图。

(一)
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(c)
(c)
(d)
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图4
(一)飞机;(b)有水印的图像;(c)的柱状图(一个);(d) (b)的柱状图。
(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
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图5
(一)狒狒;(b)有水印的图像;(c)的柱状图(一个);(d) (b)的柱状图。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图6
(一)船;(b)有水印的图像;(c)的柱状图(一个);(d) (b)的柱状图。
(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
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图7
(一)房屋;(b)有水印的图像;(c)的柱状图(一个);(d) (b)的柱状图。
(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图8
(一)蒂芙尼;(b)有水印的图像;(c)的柱状图(一个);(d) (b)的柱状图。

表3报告的结果倪的算法(13]。表4列出了我们的算法的结果。与这些结果相比,我们的算法极大地提高了水印比特和ER的数量。一些测试图像的PSNR值也有所改善,除了狒狒和船。但小差异不影响大大有水印的图像的质量。在倪的算法中,水印是嵌入在峰值点,这是一个像素的封面图片。它的值从0到255的范围。在算法中,我们使马克斯基地峰值点,从T的范围,也就是说,A、C、G和T .所以该算法可以增加峰值点和ER。

表3
倪的算法的结果(13]。
表4
我们的算法的结果。

4所示。结论

在这项工作中,我们结合图像水印和DNA计算提出了一种新颖的可逆数据隐藏算法。我们首先介绍直方图修正的方法,这是一个著名的算法和提出的倪et al。13),DNA计算的背景。结合DNA计算的优点,我们意识到基于生物技术的可逆数据隐藏。与以前的结果相比,我们的实验结果大大提高了ER。此外,一些测试图像的PSNR值也有所改善。实验结果表明,适用于保护封面图片的版权在dna信息安全。在未来的工作中,我们将尝试使用DNA计算和量子计算隐藏水印。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(61402066号,61370005,61572093,61402067,61425002,61672121,61672051,,31370778),在大学长江学者和创新研究团队项目(没有。IRT_15R07),辽宁高校创新研究团队项目(没有。LT2015002),辽宁省重点实验室的基本研究项目教育部门(LZ2014049号和LZ2015004),辽宁省教育科学研究基金(L2015015号,L2014499)和智能信息处理的程序为辽宁省重点实验室和网络技术在大学。