一种基于余数不变性的高容量可逆水印方法技术

本发明专利技术公开了一种基于余数不变性的高容量可逆水印方法;包括水印嵌入过程及水印提取和原图像恢复过程；本发明专利技术提出的整数变换去掉了附加项，降低了嵌入失真，此整数变换仅由一个预测过程组成，它用块的均值去预测块中的每一个像素，仅让子块中最后一个预测误差前的每一个预测误差携带水印信息，而让最后一个像素仅被预测却不能携带任何水印信息，以保证整数变换的可逆性；利用图像子块的均值除以某一给定的嵌入参数所得到的余数在嵌入前后不发生变换的这个特性，整数变换可以无失真恢复出原始像素和水印信息；也因此，本发明专利技术无论是在嵌入容量上，还是在恢复图像质量上，都有了相当程度的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于余数不变性的高容量可逆水印方法
本专利技术涉及多媒体信号处理
，具体地讲，涉及一种基于余数不变性的高容量可逆水印方法。
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。Alattar(A.M.Alattar,“Reversiblewatermarkusingthedifferenceexpansionofageneralizedintegertransform,”IEEETrans.ImageProcess.,vol.13,no.8,pp.1147–1156,2004.)提出了一种广义差值扩展的可逆水印方法。Alatter提出的广义可逆整数小波变换可概括如下:(1)用来表示某一包含了个像素的图像子块，即，表示携带水印后的图像子块，代表子块的均值，即。假设，代入到等式(1)可得：(2)从等式(2)可以看出，Alattar可分成两个部分：一个预测过程（用去预测中的每一个像素）和一个附加项。Alattar有它自身的弱点：为了保证图像子块的在嵌入前后不发生变化，除了对每一个像素引入一个预测过程，它还必须要对每一个像素引入一个附加项，这个附加项的引入必定会在预测失真的基础上进一步增大嵌入失真。由于和（），则，即。例如，当，且（），附加项的值可达到2。因此，由于这个附加项的引入，Alatter对每个像素额外多引入了最高可达2的嵌入失真，这将直接导致图像视觉质量的严重下降。为了降低嵌入失真，必须去掉这个附加项，因此我们提出了一种基于余数不变性的可逆水印方法，以此提高嵌入容量和图像的视觉质量。而针对Wang(X.Wang,X.L.Li,B.Yang,andZ.M.Guo,“Efficientgeneralizedintegertransformforreversiblewatermarking,”IEEESignalProcessingLetters,vol.17(6),pp.567–570,2010.)提出一种基于有效整数变换的可逆水印技术，在本专利技术中，我们也将给出本专利技术与Alattar和Wang在嵌入容量和视觉质量两个方面的比较结果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于余数不变性的高容量可逆水印方法，本方法可以用于医学图像、军事地图和军用图像的管理和授权使用信息中，以此为依据判别医学图像、军事地图和军用图像的来源，版权，真伪等信息。本专利技术解决现有技术问题所采用的技术方案是：包括水印嵌入过程及水印提取和原图像恢复过程；在水印嵌入过程中，先将原始图像分成互不重叠的多个图像子块，用图像子块的均值去预测每个图像子块中的每一个像素，使每个图像子块中的每一个像素得出一个预测误差；对每一个图像子块中最后一个预测误差前的每一个预测误差作差扩展，并对每一个扩展后的像素嵌入水印信息，而对每一个图像子块中的最后一个预测误差仅作差扩展而不对其嵌入水印信息，以保证整数变换的可逆性；对于任一图像子块，用图像子块的方差来评估像素之间的相关性，按照方差的大小，将图像子块分成相关性高的子块和相关性弱的子块，对相关性高的子块的每一子块中的每个像素嵌入水印信息，而对相关性弱的子块不作任何修改；水印提取和原图像恢复过程为水印嵌入过程的逆过程，通过利用图像子块的均值除以给定的嵌入参数所得到的余数在嵌入前后没有发生变换这一特性，来提取出原始水印信息和恢复出原始图像。下面对以上技术方案作进一步阐述：进一步地，所述水印嵌入过程包括以下步骤：先将一副原始图像分成互不重叠的大小为的图像子块，用表示某个大小的图像子块，即；用图像子块的均值去预测图像子块中的每一个像素，得到个预测误差；再对图像子块前个预测误差中的每一个预测误差进行次差扩展，并嵌比特水印到每一个扩展后的像素中，是某一给定的嵌入参数；而对图像子块最后一个像素，仅作差扩展而不对其嵌入水印信息，以保证整数变换的可逆性；最后，对于任一图像子块，用图像子块的方差来评估像素之间的相关性，按照方差的大小，将子块分成高相关性的子块和相关性弱的子块，对于高相关性的子块，嵌比特水印信息到块中的每一个像素；而对于相关性弱的子块不作任何修改。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的整数变换去掉了附加项，因此，本专利技术所提出的整数变换本身可降低嵌入失真。此整数变换仅由一个预测过程组成，它用块的均值去预测块中的每一个像素，仅让子块中的前个预测误差携带水印信息，而让最后一个像素仅被预测却不能携带任何水印信息，因为一旦最后一个像素也携带水印，整数变换将不再具有可逆性。利用图像子块的均值除以某一给定的嵌入参数所得到的余数在嵌入前后不发生变换的这个特性，整数变换可以无失真恢复出原始像素和水印信息。也因此，本专利技术无论是在嵌入容量上，还是在恢复图像质量的主观评价上，都有了相当程度的提高。附图说明图1是本专利技术基于余数不变性的高容量可逆水印方法与Alattar、Wang方案的性能对比图；其中：图（a１）是对于大小的‘Lena’图像，本专利技术与Alattar方案、Wang方案的性能比较；图（b１）是对于大小的‘Baboon’图像，本专利技术与Alattar方案、Wang方案的性能比较；图（c１）是对于大小的‘Plane’图像，本专利技术与Alattar方案、Wang方案的性能比较；图2是本专利技术基于余数不变性的高容量可逆水印方法与Wang方案的性能对比图；其中：图（a２）是对于大小的‘Lena’图像，本专利技术与Wang方案的性能比较；图（b２）是对于大小的‘Baboo’图像，本专利技术与Wang方案的性能比较；图（c２）是对于大小的‘Plane’图像，本专利技术和Wang方案的性能比较。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式以下将结合附图及具体实施例详细说明本专利技术的技术方案，以便更清楚、直观地理解本专利技术的专利技术实质。本专利技术的基于余数不变性的高容量可逆水印方法包括水印嵌入过程及水印提取和原图像恢复过程。在本实施例的水印嵌入过程中，将一副大小为的原始图像分割成互不重叠的大小的子块，则有个图像子块：。用表示某个大小的图像子块，即。整数变换可看作是一预测过程，先用图像子块的均值去预测子块中的每一个像素，得到个预测误差，即。对于前个预测误差中的每一个预测误差进行次差扩展，即，并嵌比特水印到每一个扩展后的像素中，即，其中。例如，若，则对预测误差进行一次差扩展，嵌1比特水印信息到每一个扩展后的预测误差中；若，则对预测误差进行两次差扩展，嵌2比特水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于余数不变性的高容量可逆水印方法，其特征在于：包括水印嵌入过程及水印提取和原图像恢复过程；在水印嵌入过程中，先将原始图像分成互不重叠的多个图像子块，用图像子块的均值去预测每个图像子块中的每一个像素，使每个图像子块中的每一个像素得出一个预测误差；?对每一个图像子块中最后一个预测误差前的每一个预测误差作差扩展，并对每一个扩展后的像素嵌入水印信息，而对每一个图像子块中的最后一个预测误差仅作差扩展而不对其嵌入水印信息，以保证整数变换的可逆性；对于任一图像子块，用图像子块的方差来评估像素之间的相关性，按照方差的大小，将图像子块分成相关性高的子块和相关性弱的子块，对相关性高的子块的每一子块中的每个像素嵌入水印信息，而对相关性弱的子块不作任何修改；水印提取和原图像恢复过程为水印嵌入过程的逆过程，通过利用图像子块的均值除以给定的嵌入参数所得到的余数在嵌入前后没有发生变换这一特性，来提取出原始水印信息和恢复出原始图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于余数不变性的高容量可逆水印方法，其特征在于：包括水印嵌入过程及水印提取和原图像恢复过程；在水印嵌入过程中，先将原始图像分成互不重叠的多个图像子块，用图像子块的均值去预测每个图像子块中的每一个像素，使每个图像子块中的每一个像素得出一个预测误差，预测误差对每一个图像子块中最后一个预测误差前的每一个预测误差作差扩展，并对每一个扩展后的像素嵌入水印信息，对于前(m×n-1)个预测误差中的每一个预测误差进行log2k次差扩展，并嵌log2k比特水印到每一个扩展后的像素中，而对每一个图像子块中的最后一个预测...

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