一种高保真可逆水印嵌入方法技术

本发明专利技术涉及一种高保真可逆水印嵌入方法，包括水印嵌入过程、水印提取和原始图像恢复过程。水印嵌入过程中，将载体图像素分成互不重叠的两个像素集A和B，先对属于像素集A的像素做嵌入，然后再利用修改后的A中像素预测属于B的像素，并对B中像素实现信息嵌入；对于任一个待预测像素p，将包围p的n个像素构成p的邻域，并将邻域内的所有像素值按大小排序后，用邻域中和p最接近的最大值或最小值去预测p，由于用了最接近p的像素去预测p，预测性能被大大提高。n的值越大，预测越精确，相应地容量也低；n的值越小，预测越不精确，相应地容量也高。本发明专利技术在容量确定的情况下，通过穷举搜索法搜寻失真最小的最优嵌入点，从而有效提高了嵌入失真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多媒体信号处理领域，具体是一种高保真可逆水印嵌入方法。
技术介绍
传统的数字水印技术会造成宿主图像的永久性失真。但在一些实际应用中却不允许对宿主图像有一丁点的永久修改，比如医疗、军事和司法等领域。以医学图像为例，任何形式的失真都是不允许的。任何一幅医学图像的获取需要精密仪器的支持和昂贵的医疗费用，更为重要的是失真可能会造成潜在的误诊。例如，对于一幅ECG(electrocardiographic)信号图，任何一点信号曲线的异常都有可能被解释为某种病理特征。因此，传统的数字水印技术并不适用于医学图像。一种称为可逆水印的技术引起了越来越多人的研究与关注。可逆数字水印能以无损的方式将相关水印信息嵌入到宿主图像中，能在接收端有效地提取水印并精确恢复原始图像。如何在保持载体图像视觉质量的情况下显著提高水印嵌入的数据容量，成为近年来图像可逆水印算法研究的主要方向之一。针对此类研究，通常采用预测误差扩展方式来实现在给定嵌入容量的情况下有效地减少嵌入失真的目的。因此，预测方法的性能优劣将直接关系到嵌入性能，其中几个有代表性的预测方法介绍如下：Sachnev的方法(V.Sachnev,H.J.Kim,J.Nam,S.Suresh,Y.Q.Shi,Reversible watermarking algorithm using sorting and prediction,IEEE Trans.Circuits Syst.Video Technol.19(7)(2009)989–999.)是采用菱形(Rhombus)预测器和差值排序的一种可逆水印算法。在Sachnev等人的算法中，对于某一个像素点pi,j，将包围pi,j的四个像素点(即上下左右四个像素点，分别用vi-1,j，vi,j-1，vi,j+1，vi+1,j表示)构成pi,j的邻域像素，pi,j的预测值p′i,j是通过其邻域像素的加权平均计算得到的，如公式(1):Hwang的方法(H.J.Hwang,H.J.Kim,V.Sachnev,Reversible Watermarking Method Using Optimal Histogram Pair Shifting Based on Prediction and Sorting,KSII Transactions on Internet and Information Systems(TIIS),4(4)(2010)655-670.)没有像传统的基于灰度平移的算法通过选取两个峰值点进行水印嵌入，而是在满足容量要求的情况下，选择非峰值点进行水印嵌入，从而尽可能减少像素修改造成的失真。Qu的方法(X.C.Qu,H.J.Kim,Pixel-based pixel value ordering predictor for high-fidelity reversible data hiding,Signal Processing,93(1)(2015)198–205.)是采用像素级PVO(pixel-based PVO，PPVO)的一种可逆水印算法。在Qu等人的算法中，对于某一个像素点p，取其右邻的n个像素点(n∈{3,…,15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高保真可逆水印嵌入方法，其特征在于，包括水印嵌入过程、水印提取和原始图像恢复过程；其中，水印嵌入过程包括以下步骤：S11、将载体图像素分成互不重叠的两个像素集A和B，先对属于像素集A的像素做嵌入，然后再利用修改后的A中像素预测属于B的像素，并对B中像素实现信息嵌入；S12、对于像素集A中任一个像素p，将包围p的n个像素构成p的邻域IENP，并用σ表示像素集IENP的方差，若方差σ小于某一给定的门限vTh，则认为p属于平滑区域SP，否则认为p属于纹理区域CP；其中n∈{4,…,13}；S13、对位于纹理区域的图像块，在嵌入过程中不做任何修改；将位于平滑区域的图像块分成两个部分：水印嵌入后没有遭受像素溢出的图像块归为第一部分；水印嵌入后遭受像素溢出的图像块归为第二部分；产生一个位置图来标识所述第一部分、第二部分，并将无损压缩后的位置图和载荷一起嵌入到载体图像中；对于第一部分的任一个待预测像素p，将包围p的n个像素构成p的邻域，并将邻域内的所有像素值按大小排序后，用邻域中与p最接近的最大值或最小值去预测p从而得到预测误差的直方图；S14、对像素集B的像素，采用步骤S12‑S13来嵌入；最终得到含水印的图像；水印提取和原始图像恢复过程是水印嵌入过程的逆过程，包括以下步骤：按照与水印嵌入过程相同的方式，将含水印的图像分成互不重叠的两个像素集A和B，先对属于B的像素做提取，然后再利用恢复出来的B中像素恢复属于A的像素，并对A中像素实现信息提取：S21、抽取压缩后的位置图，并对其进行无损恢复得到原始位置图；S22、对于任一个含水印像素p'，如果其对应邻域的方差大于某一给定门限，则保持其不变；若其方差小于某一给定门限，且位置图中所对应的位置标示的是`0’，则对其不做任何处理；对于剩余的图像块，对其进行水印的抽取和原始图像的恢复；S23、重复步骤S21‑S22处理像素集A中的像素，最终恢复出原始图像。...

【技术特征摘要】
1.一种高保真可逆水印嵌入方法，其特征在于，包括水印嵌入过程、水印提取和原始图像恢复过程；其中，水印嵌入过程包括以下步骤：S11、将载体图像素分成互不重叠的两个像素集A和B，先对属于像素集A的像素做嵌入，然后再利用修改后的A中像素预测属于B的像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁韶伟，张天聪，蔡念，潘正祥，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44