專利名稱：數(shù)字圖像可逆水印嵌入方法及其提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多媒體信息安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于分塊自適應(yīng)壓縮感知的數(shù)字圖像可逆水印算法的嵌入和提取方法，可用于醫(yī)學(xué)診斷、軍事圖像和遙感圖像處理等數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)字圖像版權(quán)保護(hù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)實(shí)生活中，篡改和偽造的數(shù)字圖像如被用于正式媒體、醫(yī)學(xué)診斷、電子票據(jù)和法庭證物等，將會(huì)對(duì)社會(huì)穩(wěn)定、醫(yī)療、電子交易等諸多方面產(chǎn)生負(fù)面的影響。因此，在數(shù)字圖像應(yīng)用中，特別是在數(shù)字圖像的完整性、真實(shí)性、可信性等對(duì)圖像應(yīng)用非常關(guān)鍵的應(yīng)用中，提供一種驗(yàn)證數(shù)字圖像的完整性、真實(shí)性的工具就顯得非常必要。
可逆圖像水印的提出，解決了上述問題。盡管可逆圖像水印的研究起源于無損圖像認(rèn)證(即可逆圖像認(rèn)證)，但被嵌入到數(shù)字圖像中的信息并不一定非得是數(shù)字簽名等認(rèn)證信息，其他信息，如醫(yī)學(xué)圖像的內(nèi)容標(biāo)注和檢索信息、軍事地圖和軍用圖像的管理和授權(quán)使用信息等等，都完全可以使用可逆圖像水印技術(shù)進(jìn)行嵌入，并在需要的時(shí)候提取，同時(shí)無損地恢復(fù)原始圖像?？赡嫠∽钤绯霈F(xiàn)在1999年柯達(dá)公司的一項(xiàng)美國專利“Honsinger CW ， Jones P， Pabani M， et al. Lossless recovery of an original image containingembedded data[P]. US ,77102/ E-Cj 1998”中，利用求模的嵌入方法在圖像中嵌入數(shù)據(jù)，使得提取方法在恢復(fù)嵌入數(shù)據(jù)的同時(shí)，還能夠完全得到原始圖像，但是該方法的嵌入容量較小且容易產(chǎn)生椒鹽噪聲。一般來說，可逆水印算法的性能評(píng)估主要體現(xiàn)在兩方面嵌入容量和不可見性?，F(xiàn)有技術(shù)主要有以下三類
第一類基于直方圖平移技術(shù)。該技術(shù)有Ni等人在文獻(xiàn)“ Ni Z C，Shi Y Q, AnsariN， Su W. Reversible data hiding. IEEE Transactions on Circuits and Systemsfor Video Technology, 2006, 16(3) : 354-362”中提出，并因其低計(jì)算復(fù)雜度和較高的水印圖像質(zhì)量而獲得業(yè)內(nèi)的廣泛重視，該方法根據(jù)載體直方圖的零點(diǎn)和峰值點(diǎn)進(jìn)行直方圖平移操作，并嵌入秘密信息。其后，利用圖像小波系數(shù)具有類類拉普拉斯分布的特點(diǎn)，Xuan和Wu相繼提出了基于整數(shù)小波變換的直翻圖平移算法，并獲得較高的嵌入容量和水印圖像質(zhì)量，見文獻(xiàn)“Xuan G, Yao Q, Yang C，Gao J, Chai P, Shi YQ, Ni Z C.Lossless data hiding using histogram shifting method based on integer wavelets.In: Proceedings of the International Workshop on Digital Watermarking. JejuIsland, Korea: Springer, 2006. 323-332，，及文獻(xiàn)“Wu X Y. Reversible semi-fragilewatermarking based on histogram shifting of integer wavelet coefficients. In:Proceedings of the Digital Ecosystems and Technologies Conference. Cairns,Australia: IEEE, 2007，501_505”。近期王俊祥等學(xué)者提出了一系列直方圖技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)“王俊祥，倪江群，潘金偉.一種基于直方圖平移的高性能可逆水印算法[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012，38(1) : 88-96” 文獻(xiàn) “Tai W L, Yeh C M, and Chang C C . Reversibledata hiding based on histogram modification of pixel differences[J]. IEEE TransCircuits Syst Video Technology, 2009,19 (6) :906-910”，及文獻(xiàn)“Chung Kuo-Liang,Huang Yong-Huai , Yan Wen-Ming et al. Distortion reduction for histogrammodification-based reversible data hiding[J]. Applied Mathematics Computation,2012，218(9) : 5819-5826”
第二類基于圖像壓縮技 術(shù)。該技術(shù)通過對(duì)載體特定區(qū)域進(jìn)行無損壓縮，并在空出的載體空間嵌入水印信息，該類算法一般選擇載體中視覺掩蔽和冗余較大的區(qū)域進(jìn)行壓縮，在文獻(xiàn)“Fridrich J, Goljan M, Du R. Invertible authentication. In: Proceedings ofthe SPIE Security and Watermarking of Multimedia Contents. San Jose, USA: SPIE,2001，197-208”中，F(xiàn)ridrich等通過對(duì)JPEG圖像離散余弦變換量化系數(shù)最低有效位的無損壓縮來嵌入水印信息，此后，Celik等提出一種基于LSB壓縮的通用模型，并給出了基于位平面的可逆水印方案。考慮到LSB的數(shù)據(jù)冗余較小，該算法的水印嵌入容量有限。第三類基于差值擴(kuò)展技術(shù)。Tian首先提出了基于差值擴(kuò)展的可逆水印方法，該方法先根據(jù)相鄰像素的預(yù)測生成當(dāng)前像素的差值，然后，對(duì)有關(guān)差值進(jìn)行左移擴(kuò)展并在空出的最低位嵌入Ibit信息。見文獻(xiàn)“Tian J. Reversible data embedding usinga difference expansion. IEEE Transactions on Circuits and Systems for VideoTechnology, 2003，13(8) : 890-896”。Alattar對(duì)3個(gè)(或4個(gè))相鄰像素的差值采用差擴(kuò)法嵌入 2bit (或 3bit)水印。見文獻(xiàn)“Alattar A M. Reversible watermark using thedifference expansion of a generalized integer transform. IEEE Transactions onImage Processing, 2004, 13(8): 1147-1156”。Thodi 等對(duì)每個(gè)像素與其預(yù)測的差米用差擴(kuò)法嵌入水印，并利用直方圖修改技術(shù)解決位置圖傳遞的問題，見文獻(xiàn)“Thodi D Μ,Rodriquez J J. Prediction-error-based reversible watermarking. In: Proceedingsof the International Conference on Image Processing. Singapore, Singapore:IEEE, 2004，1549-1552”。然而，現(xiàn)有的三類技術(shù)中對(duì)于單嵌入過程的算法，很少有嵌入率達(dá)到I. Obpp。為提高可逆水印算法的嵌入容量，文獻(xiàn)“Chaumont M, Puech ff. A high capacity reversiblewatermarking scheme[J]. Visual Communications and Image Processing, serProc SPIE, 2009，7257:72571H” 在文獻(xiàn) “Coltuc D. Improved capacity reversiblewatermarking [C], Proc. IEEE ICIP，San Antonio, TX, 2007，3:249-252” 的基礎(chǔ)上提出一種高容量可逆水印算法，當(dāng)采用“Lena”圖像為載體時(shí)，其嵌入率達(dá)到了 I. 7bpp。文獻(xiàn)“翁韶偉.數(shù)字圖像的高容量可逆水印研究[D].博士論文，北京交通大學(xué)，2009”提出多種可逆水印算法以提高水印嵌入容量。文獻(xiàn)“呂林濤，張璽.改進(jìn)的大容量可逆數(shù)字水印嵌入算法[J].計(jì)算機(jī)工程，2011，37(22) : 107-109”在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了翁韶偉提出的利用奇偶特性、和值不變特性和差值調(diào)節(jié)的可逆水印方案。但是，這些算法大多數(shù)具有高嵌入容量而失真大的特點(diǎn)，不利于可逆水印算法的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字圖像可逆水印嵌入方法及其提取方法。本發(fā)明是數(shù)字圖像可逆水印嵌入方法及其提取方法，其中數(shù)字圖像可逆水印嵌入方法，其步驟為(1)將載體圖像X分成N個(gè)非重疊小塊
權(quán)利要求
1.數(shù)字圖像可逆水印嵌入方法，其步驟為 (1)將載體圖像X分成N個(gè)非重疊小塊
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字圖像可逆水印嵌入方法，其特征在于三類塊集合的分類，其步驟為 (1)將載體圖像進(jìn)行分塊，并計(jì)算各圖像塊的方差和均值，通過目標(biāo)圖像塊與其周圍圖像塊差值與預(yù)設(shè)閾值的關(guān)系，判斷不同圖像塊紋理復(fù)雜程度，從而嵌入不同數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)兩個(gè)閾值 THU TH2, THl i TH2 ； (2)通過周圍塊的方差對(duì)目標(biāo)塊進(jìn)行判定其是平滑塊、普通塊、復(fù)雜塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的數(shù)字圖像可逆水印嵌入方法，其特征在于根據(jù)嵌入?yún)^(qū)從右到左，從下到上的順序掃描嵌入?yún)^(qū)，并對(duì)相應(yīng)的滿足條件的嵌入塊進(jìn)行分塊CS隨機(jī)投影，得到隨機(jī)投影測量值。
4.數(shù)字圖像可逆水印提取方法，其步驟為 (1)將水印圖像Iw分成N個(gè)非重疊小塊
全文摘要
數(shù)字圖像可逆水印嵌入方法及其提取方法，首先對(duì)載體圖像分塊，利用周圍塊與目標(biāo)塊的統(tǒng)計(jì)關(guān)系判斷塊類型，自適應(yīng)地選擇容量參數(shù)進(jìn)行分塊壓縮感知，并利用整數(shù)變換嵌入水?。蝗缓鬄樘岣咚∏度肴萘繉⑺∏度氲浇?jīng)壓縮感知后的平滑和普通載體圖像塊中，復(fù)雜載體圖像塊不做處理，以確保圖像質(zhì)量和不可感知性；最后采用分塊壓縮重構(gòu)算法和可逆整數(shù)變換來恢復(fù)載體圖像。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102903076SQ201210409450
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者張秋余, 孫媛, 晏燕, 劉洪國, 尚其昌, 左航洲 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)