基于直方图的可逆水印方法技术

本发明专利技术的名称为基于直方图的可逆水印方法。该发明专利技术属于计算机视觉、计算机图像处理、计算机安全、计算机应用、电子商务、电子政务等领域。本发明专利技术提出了一种新的基于直方图的可逆水印。针对待嵌入的水印信息，首先对其进行压缩，然后使用混沌系统进行加密。针对载体图像，首先找出其峰值点，然后对其进行位移。最后，将该峰值点进行总共四种可能的状态变换。该方法的特点是针对水印信息进行单独压缩处理，保证了嵌入容量独立于透明性，不同于传统的算法需要在透明性和嵌入容量之间取得平衡，因此该方法具有较好的透明性。本发明专利技术采用了混沌系统对水印信息进行加密，由混沌系统的敏感性和不可预测性，确保该系统具有较高的安全性。

【技术实现步骤摘要】

该专利技术属于计算机视觉、计算机图像处理、计算机安全、计算机应用、电子商务、电 子政务等领域。
技术介绍
可逆数字水印是指在载体图像内嵌入一个特定的信息，该信息能够在需要的时候 被完整地提取出来，同时载体图像能够在提取出该特定信息后被完全复原。该技术能够满 足对图像进行认证，或在其中隐藏信息的目的。传统的水印算法在完成信息隐藏时先对原 始载体信息进行修改再完成信息嵌入，当需要使用隐藏信息时，再将隐藏信息从载体信息 中提取出来，此时载体图像会存在一定程度的失真，无法完全复原。因此，这种信息隐藏方 式关注的往往是隐藏信息的安全性，但是对于像医学、军事图像等对载体图像要求较高的 场合，该加密数字水印具有一定的局限性，无法完全满足需求。传统的水印算法在完成图像 认证时，往往采用零水印方案或修改认证图像完成，零水印方案需要保存大量的附加信息， 而修改认证图像的方案需要保存原始载体图像，这两种方案都需要额外的数据库来满足要 求，运算量较大，同时带来大量的安全隐患。可逆数字水印很好地解决了信息隐藏和图像认 证时所遇到的上述问题。近年来，学者针对可逆数字水印进行了大量的研究，主要包括：查 分扩展法、整数小波变换法、可逆对比映射（RCM，reversible contrast mapping)、整数离 散余弦变换、位平面压缩法、直方图法等多种方法。 直方图可逆数字水印是指利用图像直方图中峰值点与零值点之间进行相应运算 来达到隐藏水印（认证）信息的目的，其重要特征是当水印信息从载体图像内被提取出来 后，载体图像能够完全复原。例如，Wang等提出了基于马尔可夫模型的直方图可逆水印方 法，较好地在嵌入容量和透明性之间取得了平衡。Huang提出了一种应用于医学图像的直方 图可逆水印方法，该方法通过分块的方式在图像内完成信息的嵌入，对各种情况下的透明 性和嵌入容量进行了细致的分析。Tsai提出了一种结合预测编码和直方图的可逆水印方 式，有效提高了嵌入容量。高铁杠等提出了增大嵌入容量的可逆数字水印方案，分别采用在 峰值点与多个邻近零值点匹配、多对峰值点与零值点匹配的方式完成，实验结果显示这两 种方案比传统方案能嵌入更多的信息，但算法未考虑如何提高系统安全性。李立宗等提出 了针对直方图可逆水印算法的安全解决方案，分别利用混沌系统和公钥系统提高了系统的 安全性。 嵌入容量、透明性、安全性是可逆水印算法的关键技术指标。上述文献大多局限于 对某个技术指标的改进或优化，未考虑算法的整体技术指标。在大多数情况下，嵌入容量和 透明性被作为一对矛盾体进行考虑，嵌入的容量越大，透明性越低；如果要求有较高的透明 性，则需要嵌入更少的信息。这里提出了一种综合考虑嵌入容量、透明性、安全性的算法，算 法首先对水印信息进行压缩，然后将该信息与混沌系统所产生的密钥进行异或后嵌入到载 体图像内。该算法通过压缩水印信息达到了提高嵌入容量的目的，保证了在提高嵌入容量 的同时不改变透明性，通过混沌系统保证了系统的高安全性。
技术实现思路
提出了一种新的基于直方图的可逆水印。针对待嵌入的水印信息，首先对其进行 压缩，然后使用混沌系统对经过压缩的水印信息进行加密以提高系统的整体安全性。针 对载体图像，首先找出其峰值点，然后将其峰值点和图像中的三个特定的零值点进行运算 (位移），以使载体图像达到能够嵌入水印信息的状态。最后，将该峰值点进行总共四种可 能的状态变换，以完成二位水印信息的嵌入。该方法的特点是针对水印信息进行单独压缩 处理，保证了嵌入容量独立于透明性，不同于传统的算法需要在透明性和嵌入容量之间取 得平衡，因此该方法能够在保持较高嵌入容量的情况下仍旧具有较好的透明性。本专利技术专 利采用了混沌系统对水印信息进行加密，由混沌系统的敏感性和不可预测性，确保该系统 具有较高的安全性。【附图说明】 图1是灰度直方图。【具体实施方式】 I. 1基本描述 基于直方图的可逆数字水印基本方法，利用数字图像内像素值个数最多的像素与 当前灰度值较低的若干个像素值的个数均为零之间的关系实现隐藏信息。为了叙述上的方 便，这里以512X512像素大小的图像boat, bmp作为示例进行说明。 1. 1. 1水印信息嵌入 1)分析载体图像灰度直方图 读取原始载体图像boat, bmp,绘制该图像的灰度直方图，如图1所示。对该图及 其灰度直方图进行分析得出，载体图像的灰度直方图中灰度级值为148的像素值处于峰值 点，其值为5769,灰度级值为0至5以及253至255的像素值个数为0。这说明在载体图像 中，不存在像素值为〇至5, 253至255的像素点，在图中像素值为148的像素点个数最多， 共有5769个像素点均是该值。 2)更改载体图像像素值 通过分析发现一些灰度级在载体图像内并不存在，可以利用该特点将灰度图像内 的灰度级进行调整以方便进行嵌入信息。遍历原始载体图像boat, bmp中的每一个像素点， 如果当前像素点的像素值在之间，则将当前像素点的像素值做减1处理。处理完图 像内所有像素点后，图像内不再存在像素值为148点像素点，新增若干个值为5的像素点。 3)嵌入水印信息 再次遍历修改后的载体图像像素点，在每一个像素值为147的像素点嵌入一个二 进制的水印信息〇或1。当需要嵌入的二进制水印信息为1时，将当前像素值147加1处理 为148 ;当需要嵌入的二进制水印信息为0时,将当前像素值147保留。完成当前像素点处 理后继续处理下一个像素值为147的像素点，以完成水印信息的嵌入。 I. 1. 2水印信息提取及图像恢复 1)提取水印信息 遍历嵌入了水印信息的载体图像。当遇到像素值为147的像素点，提取一位二进 制水印信息〇,当遇到像素值为148的像素点时，提取一位二进制水印信息1。遍历图像内 像素值为147的像素点后,提取出来的二进制信息串即为嵌入的完整水印信息。 2)恢当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直方图的可逆水印方法，其特征是针对待嵌入的水印信息，首先对其进行压缩，然后使用混沌系统对经过压缩的水印信息进行加密以提高系统的整体安全性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李立宗，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12