基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法制造技术

本发明专利技术涉及信息隐藏，数字水印技术领域，公开了一种基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法，首先对载体图像进行预处理并分块。然后将像素分块划分为灰、白两个半平面。在水平方向和垂直方向上进行嵌入水印：利用平滑像素块中的目标像素和十字邻域上的4对参考像素作差，根据差值构建直方图，在灰色半平面使用直方图位移法进行第一次嵌入，接着对白色半平面进行第二次嵌入；使用同样的方法在垂直方向进行水印嵌入以平衡水平方向嵌入过程中产生的失真。水印提取方法为水印嵌入过程的逆过程。与现有技术相比，本发明专利技术利用菱形像素对预测、平滑区域选择来实现水印的嵌入与提取，增强了可逆水印算法的不可见性，提高嵌入容量。提高嵌入容量。提高嵌入容量。

【技术实现步骤摘要】
基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法


[0001]本专利技术涉及信息隐藏，数字水印
，具体涉及一种基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法。

技术介绍

[0002]随着互联网技术的快速发展，可逆水印技术已成为信息安全研究领域的一个热点。特别是对于一些精度要求较高的领域，如医学、军事和化工等领域。经过近些年的不断发展，也陆续涌现出许多的可逆水印算法。目前，可逆水印算法中的大容量和视觉质量是所研究的重点目标之一。
[0003]差值扩展(DE,Difference expansion)算法，它主要是选取相邻的像素对作差，将得到的差值作为水印信息嵌入到图像中。但易使像素值出现溢出问题，从而破坏图像质量。基于差值扩展算法，选取一组相邻像素进行水印嵌入。充分利用了相邻像素之间的冗余性，使得嵌入容量有明显的提高。但其修改像素的差异较大，可能会影响图像质量。基于直方图平移(HS,Histogram Shifting)的可逆水印算法，该方法图像像素值最多改变一个，拥有较好的视觉质量，但是其水印的嵌入容量有限。基于此公开了一种交错预测，预测值与像素值一样多，将所有预测误差值都转换为直方图，以产生更高的峰值并提高水印嵌入能力。还有利用二叉树结构来解决峰点对的通信问题。利用像素差异嵌入水印信息，同时保持低失真利用。利用像素差分序列的直方图来提高水印嵌入能力。Lee等人提出了可调整预测的可逆水印算法。该算法无需位置图，有效提高水印的嵌入能力。
[0004]Zheng等人(Zheng H,Wang C,Wang J,et al.A new reversible watermarking scheme using the content
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adaptive block size forprediction[J].Signal Processing,2019,164:74
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83)提出了块级预测误差直方图平移的可逆算法。为了提高水印嵌入能力，采用不同于块内使用像素预测误差方法，而是通过利用相邻块之间的相似性来实现更高的嵌入容量，但是其辅助信息占用了大量的空间，导致嵌入容量较低。Xiong等人(Xiong X.Novel scheme ofreversible watermarking with a complementary embedding strategy[J].IEEE Access,2019,7:136592
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136603)提出了一种空间域互补策略可逆方案。在水平(垂直)方向上，通过增加(减少)偶数行的像素值和减少(增加)奇数行的像素值来嵌入一个(另一个)秘密数据位。但其使用的是相邻两个像素预测差值，预测器的精度有限。Li等人
[24]使用交叉预测所得的预测误差结合直方图对技术完成水印信息的嵌入。Zig
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Zag扫描充分利用了对角元素的关联性，从而提高预测精度，使得含水印图像的视觉质量增强。然而要想获得较高的嵌入容量，只能通过多次嵌入的方式，但多次嵌入会引起直方图的移动次数增加，从而使得图像失真不断增大。
[0005]基于上述的文件，可逆水印算法存在嵌入容量低、高失真问题，亟需一种可以降低像素修改量的可逆水印算法，在保证较好的不可见性同时具有较高嵌入容量。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法，利用菱形像素对预测、平滑区域选择来实现水印的嵌入与提取，增强了可逆水印算法的不可见性，提高嵌入容量。
[0007]技术方案：本专利技术提供了一种基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法，包括水印嵌入方法，具体包括如下步骤：
[0008]步骤1：首先将大小为M
×
N原始图像I进行预处理，防止像素值的溢出；
[0009]步骤2：对水印图像W做Arnold置乱处理；
[0010]步骤3：将原始图像I分为若干个8
×
8互不重叠的像素块I
i
，然后将所有像素块划分为灰、白两个半平面；
[0011]步骤4：利用局部复杂度计算得出所有像素块的平滑度值，按照从大到小排序，建立像素块顺序索引表；
[0012]步骤5：根据水印信息量的大小，选取平滑度值靠前的m个像素块嵌入水印信息，利用菱形像素对预测方法对水平方向的灰色半平面像素进行预测作差，生成差值直方图，对白色半平面像素进行预测作差，生成差值直方图；然后对垂直方向灰、白半平面像素进行同样操作；所述菱形像素对预测方法的像素的预测差值由四对相邻像素预测；
[0013]步骤6：分别在水平和垂直方向嵌入水印信息；水平方向上，在灰色半平面目标像素进行第一次嵌入，然后对白色半平面目标像素进行第二次嵌入；同理，垂直方向上，对灰色半平面目标像素进行第一次嵌入，接着对白色半平面目标像素进行第二次嵌入；
[0014]步骤7：在步骤6进行水印嵌入时，选择直方图中与频率较低像素值相近的次峰值点，利用直方图位移法在次峰值点处嵌入，直至水印信息嵌入完成；
[0015]步骤8：将顺序索引表、水印图像大小的辅助信息利用数据压缩法嵌入在平滑度值靠后的n个像素块中；最后，根据顺序索引信息表，将所有像素块进行重组，得到最终的含水印图像I
W
。
[0016]进一步地，还包括水印提取方法，具体包括如下步骤：
[0017]S1：将含水印图像I
W
分为若干个8
×
8互不重叠的像素块I
Wi
，然后将所有像素块划分为灰、白两个半平面；
[0018]S2：利用局部复杂度计算得出所有像素块的平滑度值，按照平滑度值从大到小进行排序，并建立像素块顺序索引表；
[0019]S3：在平滑度值靠后的n块中利用逆数据压缩法提取出辅助信息，根据所提取出的辅助信息，恢复复杂块和平滑块，并辅助提取平滑块水印信息；
[0020]S4：选取平滑度值靠前的m块像素块，对灰、白两个半平面像素进行菱形像素对预测方法预测差值并生成差值直方图；
[0021]S5：在像素块灰、白两个半平面的垂直和水平方向分别提取水印信息，垂直方向上，在白色半平面目标像素进行第一次提取，然后对灰色半平面目标像素进行第二次提取；同理，水平方向上，对白色半平面目标像素进行第一次提取，接着对灰色半平面目标像素进行第二次提取；
[0022]S6：在S5进行提取水印时，选择直方图中与频率较低像素值相近的次峰值点，利用逆直方图位移法在次峰值点处进行提取水印，直至水印信息提取完毕，然后将提取的水印图像进行逆置乱处理，恢复原始水印图像W；
[0023]S7：根据顺序索引信息表，将所有像素块进行重组，得到最终的原始图像I。
[0024]进一步地，所述步骤1中对原始图像I进行预处理的具体操作为：
[0025](1)顺序扫描图像，若某个像素位置的灰度值I(i,j)不大于2或不小于253，则按式(1)分别将该位置的灰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法，其特征在于，包括水印嵌入方法，具体包括如下步骤：步骤1：首先将大小为M
×
N原始图像I进行预处理，防止像素值的溢出；步骤2：对水印图像W做Arnold置乱处理；步骤3：将原始图像I分为若干个8
×
8互不重叠的像素块然后将所有像素块划分为灰、白两个半平面；步骤4：利用局部复杂度计算得出所有像素块的平滑度值，按照从大到小排序，建立像素块顺序索引表；步骤5：根据水印信息量的大小，选取平滑度值靠前的m个像素块嵌入水印信息，利用菱形像素对预测方法对水平方向的灰色半平面像素进行预测作差，生成差值直方图，对白色半平面像素进行预测作差，生成差值直方图；然后对垂直方向灰、白半平面像素进行同样操作；所述菱形像素对预测方法的像素的预测差值由四对相邻像素预测；步骤6：分别在水平和垂直方向嵌入水印信息；水平方向上，在灰色半平面目标像素进行第一次嵌入，然后对白色半平面目标像素进行第二次嵌入；同理，垂直方向上，对灰色半平面目标像素进行第一次嵌入，接着对白色半平面目标像素进行第二次嵌入；步骤7：在步骤6进行水印嵌入时，选择直方图中与频率较低像素值相近的次峰值点，利用直方图位移法在次峰值点处嵌入，直至水印信息嵌入完成；步骤8：将顺序索引表、水印图像大小的辅助信息利用数据压缩法嵌入在平滑度值靠后的n个像素块中；最后，根据顺序索引信息表，将所有像素块进行重组，得到最终的含水印图像I
W
。2.根据权利要求1所述的基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法，其特征在于，还包括水印提取方法，具体包括如下步骤：S1：将含水印图像I
W
分为若干个8
×
8互不重叠的像素块然后将所有像素块划分为灰、白两个半平面；S2：利用局部复杂度计算得出所有像素块的平滑度值，按照平滑度值从大到小进行排序，并建立像素块顺序索引表；S3：在平滑度值靠后的n块中利用逆数据压缩法提取出辅助信息，根据所提取出的辅助信息，恢复复杂块和平滑块，并辅助提取平滑块水印信息；S4：选取平滑度值靠前的m块像素块，对灰、白两个半平面像素进行菱形像素对预测方法预测差值并生成差值直方图；S5：在像素块灰、白两个半平面的垂直和水平方向分别提取水印信息，垂直方向上，在白色半平面目标像素进行第一次提取，然后对灰色半平面目标像素进行第二次提取；同理，水平方向上，对白色半平面目标像素进行第一次提取，接着对灰色半平面目标像素进行第二次提取；S6：在S5进行提取水印时，选择直方图中与频率较低像素值相近的次峰值点，利用逆直方图位移法在次峰值点处进行提取水印，直至水印信息提取完毕，然后将提取的水印图像进行逆置乱处理，恢复原始水印图像W；
S7：根据顺序索引信息表，将所有像素块进行重组，得到最终的原始图像I。3.根据权利要求1所述的基于菱形像素对互补嵌入的可逆水印算法，其特征在于，所述步骤1中对原始图像I进行预处理的具体操作为：(1)顺序扫描图像，若某个像素位置的灰度值I(i,j)不大于2或不小于253，则按式(1)分别将该位置的灰度值设置为2或253：(2)设置2个初始值为空的向量L和R，按顺序分别保存2
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I(i,j)，灰度值I(i,j)不大于2和I(i,j)
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253，灰度值I(i,j)不小于253的二进制位，如式(2)所示：其中，k1和k2的初值都为1，每处理一个满足条件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正伟，孟倩，李瑶，肖为恩，刘天府，李芬芬，金圣华，张海燕，于振洋，陈礼青，刘宇，李秀，魏太林，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：