一种数字图像中可逆水印的嵌入方法及其提取方法技术

本发明专利技术涉及一种数字图像中可逆水印的嵌入方法及其提取方法，属于信息技术领域。本嵌入方法为：首先划分载体图像并建立一位置标志序列ＬＭＣ，然后把所有的像素块分成Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３三部分；对Ｉ１和Ｉ３中的像素块进行水印嵌入；把Ｉ１中最低有效位记录在一序列Ｃ中，用ＬＭＣ替换Ｉ１中最低有效位；最后将序列Ｃ嵌入到Ｉ２中的可嵌入像素块中。本提取方法为：首先划分载体图像，提取位置标志序列ＬＭＣ；然后把像素块分成Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３三部分；根据ＬＭＣ对Ｉ２中的像素块进行逆变换，得到原始像素值以序列Ｃ；用序列Ｃ中的值替换Ｉ１中最低有效位；最后根据ＬＭＣ对Ｉ１和Ｉ３像素块进行逆变换，得到原始像素值以及嵌入的水印信息。本发明专利技术提高了嵌入能力，提取时无需原始图像参与。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息隐藏和数字水印
，尤其涉及一种数字图像中可逆水印的 嵌入方法及其提取方法。
技术介绍
信息隐藏(Information Hiding)是信息安全领域的一个新的研究热点，近十几 年来该方向的研究越来越受到人们的关注，研究队伍迅速扩大，并且其研究成果在军事、政 治、商业等领域中得到了广泛的应用。它为在开放的网络环境下进行涉密的数据通信、数字 产品的知识产权保护、重要文件和数字签名的真实性鉴别以及机密文件泄密之后的消息源 头追踪提供了可靠的信息安全保障。数字水印(Digital Watermarking)和图像隐写(Steganography)是信息隐藏技 术的两大分支。这两大分支在技术实现上有很多相同之处，但又各有特点，并且其目的有很 大的不同。数字水印技术的目的是对多媒体数据进行版权保护，从而更侧重于秘密信息的 稳健性；而图像隐写技术的目的是为了将信息秘密地、安全地送达，由于要尽可能地不引起 第三方的怀疑，因而更注重于发送消息的隐蔽性。数字水印是一种将有用信息嵌入到多媒体文件中的过程。对于大多数水印算法来 说，载体信号的冗余信息会被提取出来并用水印所替代。因而，在水印嵌入之后，载体信号 就会被破坏，并且很难从嵌入水印后的内容中完全恢复出来。然而，在医学和军事上的一些 应用中，载体图像对于图像分析是非常重要的。这类图像数据完整性的保护可以通过嵌入 水印来实现，但要求水印提取后能完全恢复原始图像。在这种条件下，能够提取水印并且能 够恢复原始图像的可逆水印的概念被提出来，为这类问题提供了一种比较好的解决方案。一般来说，评价可逆水印方法的好坏主要是从两个方面嵌入率和视觉质量。具体 来说，就是希望在尽可能增加嵌入率的基础上，保持较小的失真度。为了达到这个目的，一 系列的方法被提出，如基于直方图平移的算法，基于压缩技术的算法，基于整数变换的算 法。这些方法能够达到比较不错的效果，也基本能够满足对可逆水印的应用要求。然而，通过对以上方法的研究发现，现有的用于可逆水印方法都很难同时满足下 述的要求(1)高嵌入率。我们用单位嵌入率(即每个像素能够嵌入的比特数)来衡量各类 方法的嵌入率大小。单位嵌入率值越大，嵌入率越高，算法的嵌入能力越强。通过对比以往 算法，我们发现，在一次嵌入的条件下，只有很少的几个算法能够达到1.0的单位嵌入率；(2)低失真度。我们用峰值信噪比来衡量嵌入水印后图像的失真度。峰值信噪比 越大，失真度越低。现有的可逆水印方法在嵌入率比较小的情况下，峰值信噪比比较大。然 而，随着嵌入率越来越大，峰值信噪比会较大幅度的下降，造成水印图像的视觉效果非常不 好。(3)自由嵌入任意比特的数据。在已有的水印算法中，有很多是不能根据需要自由 选择嵌入率，这就给可逆水印的应用带来了很大的不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，可保证更高的嵌入率以及更好的视觉效果，并解决了依照嵌入率来自由嵌入水印的问题。本专利技术提供一种数字图像中可逆水印的嵌入方法，该方法包括以下步骤A.将载体图像划分为互不相交的像素块，每个块内的像素个数相同；B.定义一个位置标志序列，用来记录划分后的每个像素块是否能够嵌入水印而不 引起溢出问题，如果某像素块可以嵌入水印，则其对应的位置标志序列位为1，否则为0。这 里溢出的定义是，假设像素值的取值范围是O L(对于一般的灰度图像往往是0 255)， 如果嵌入之后，某些像素值小于0或者大于L，则称此结果是溢出的；C.使用压缩算法对得到的位置标志序列进行无损压缩，并在压缩后的位置标志序 列上添加一个独一无二的结尾标志序列；D.根据压缩后的位置标志序列的长度，把所有的像素块分成I1, I2, I3三部分；E.对I1和I3中的不会引起溢出问题的像素块进行特定的整数变换，嵌入水印信 息；F.把I1像素块中的每个像素值的最低有效位记录在一序列C中，然后把它们用压 缩后的位置标志序列来代替。这里最低有效位的定义是对于一个像素值，用二进制的形式 表示它，最后一位的数值(0/1)就是它的最低有效位。G.用与嵌入水印相同的方式把序列C嵌入到I2的像素块中。本专利技术提供了一种数字图像中可逆水印的提取方法，该方法包括以下步骤A.将嵌入水印后的图像，与所述水印嵌入相同的方式划分为互不相交的像素块， 每个块内的像素个数相同；B.由于嵌入过程中，像素值最低有效位被提取到序列C中嵌入到I2部分，而位置 标志序列是在I1部分，成了 I1部分新的最低有效位序列，因此按照图像的光栅扫描顺序读 取每个像素值的最低有效位，直到独一无二的结尾标志序列，此时得到的序列就是压缩后 的位置标志序列；C.根据压缩后的位置标志序列的长度，可以像水印嵌入一样把像素块分成I1, I2, I3三部分，然后使用压缩算法对得到的位置标志序列进行解压缩，得到压缩前的位置标志 序列；D.参考位置标志序列对I2中的像素块进行整数变换的逆变换，并由此可以获得I2 所有像素的原始像素值以及嵌入I2中的最低有效位序列C ；E.用序列C中的值来替换I1中像素值的最低有效位；F.参考位置标志序列对I1和I3像素块进行整数变换的逆变换，由此可以获得I1 和I3所有像素的原始像素值以及嵌入I1和I3中的水印信息；本专利技术提供了一种实现可逆水印的嵌入装置，该装置包括分块单元，用于将数字图像的分成不相交的大小相等的像素块；判定单元，用于判断哪些像素块是可嵌入水印的，得到位置标志序列；压缩单元，用于对位置标志序列使用压缩算法进行压缩，得到压缩后的位置标志 序列，并在压缩后的结果末尾添加一个独一无二的结尾标志序列；嵌入单元，用于嵌入可逆水印。首先根据压缩后的位置标志序列把像素块分成I1,I2,13三部分，并把要嵌入的水印转换成适合嵌入的进制形式。然后参照位置标志序列的标 志位信息，对I1和I3可嵌入的像素块进行整数变换嵌入水印信息，并记录嵌入后I1中像素 值的最低有效位序列。再用压缩后的位置标志序列替换I1中像素值的最低有效位序列，并 以与嵌入水印相同的方式把保存的I1的最低有效位序列嵌入到I2可嵌入的像素块中。本专利技术提供了一种实现可逆水印的提取装置，该装置包括分块单元，用于将数字图像的分成不相交的大小相等的像素块；读取单元，用于按照顺序读取像素值的最低有效位，直到独一无二的结尾标志序 列，从而得到压缩后的位置标志序列；解压缩单元，用于对压缩后的位置标志序列使用压缩算法进行解压缩，得到压缩 前的位置标志序列；提取单元，用于提取水印并恢复原始图像。根据压缩后的位置标志序列把像素块 分成I1, I2, 13三部分，用解压缩单元对位置标志序列解压缩，获得压缩前的位置标志序列， 参照位置标志序列对I2中符合条件的像素块进行特定的整数变换逆变换以恢复原始图像 并提取嵌入信息，将其转化成二进制形式用以替换单元I1中像素值的最低有效位序列，再 利用位置标志序列对I1和I3中符合条件的像素块进行特定的整数变换逆变换以恢复原始 图像并提取水印，并恢复这两部分的原始像素值；采用本专利技术，可以成功实现可逆水印在灰度图像的嵌入和提取，以及原始图像的 恢复。嵌入水印后的图像的视觉效果良好，可以达到很高的单位嵌入率，并且能够自由嵌入 任意嵌入率的数据，另外水印提取和图像恢复时不需要原始图像参与。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字图像中可逆水印的嵌入方法，其步骤为：１）初始化或设定像素块的大小为ｎ＋１个象素、整数变换为ｋ进制的整数变换；其中ｎ为自然数、ｋ为自然数；２）根据像素块的大小将载体图像划分为互不相交的若干像素块；３）判断每一像素块是否能够嵌入水印，并将判断结果保存在一位置标志序列中；４）在位置标志序列上添加一结尾标志序列；５）根据４）所得的位置标志序列的长度Ｌ，把所有的像素块划分为Ｉ↓［１］，Ｉ↓［２］，Ｉ↓［３］三部分；其中Ｉ↓［１］包含ｍ１＝「Ｌ／（ｎ＋１）」个像素块，Ｉ↓［２］包括「（ｎ＋１）ｍ↓［１］／ｎｌｏｇ↓［２］ｋ」个能嵌入水印的像素块，剩余像素块划分到Ｉ↓［３］中；６）根据３）得到的位置标志序列，使用ｋ进制的整数变换对Ｉ↓［１］和Ｉ↓［３］中的每个像素块进行水印嵌入；７）将Ｉ↓［１］所含像素块中每个像素值的最低有效位记录在一序列Ｃ中，并用４）所得的位置标志序列替换Ｉ↓［１］中像素值的最低有效位；８）使用ｋ进制的整数变换将序列Ｃ嵌入到Ｉ↓［２］中的可嵌入像素块中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，李晓龙，亓文法，杨斌，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]