[发明专利]一种用于数字图像错误隐藏的数字水印嵌入和提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多媒体信息传输及安全技术，尤其是涉及一种用于数字图像错误隐藏的数字水印嵌入和提取方法。

背景技术

随着多媒体技术、计算机技术和网络通信技术的迅速发展，各种类型的数字化多媒体信息正在源源不断地产生、传输并得到广泛应用。其中，数字图像作为一种内容丰富、表达直观和形象生动的多媒体信息，是多媒体信息库中最为重要也是应用最为普遍的一种数字媒体。据统计，人类接受的信息大约70%来自于视觉图像，这就决定了数字图像传输将是人类社会活动中最为频繁也是最为重要的通信手段之一。因此，如何快速地实现数字图像传输，同时使接收到的数字图像保持完整性或者具有原始视觉效果已是当前必须要解决的一个现实问题，这在军事领域、远程诊断、视频会议、证据保全、新闻传媒、金融保险等场合尤为重要。

通过信源编码技术可以对传输的数字图像数据进行高效率的压缩，实现在信道资源有限的带宽内传输更多和更高质量的图像信息。目前已提出了许多旨在提高压缩比特率的编码技术方案，这对无差错信道下的数字图像传输是非常有效的。然而，高效率的数字图像压缩编码，也意味着将去除数字图像中大量的冗余信息（空间上和时间上的相关性），使得编码输出比特流对于传输过程中发生的差错变得非常敏感。一旦传输过程中出现差错现象例如数据包丢失，就很难从接收到的数据中修复出丢失的数据包。目前，用来传输数字图像信号的物理信道例如无线信道和互联网络等，这些信道都是属于有错信道或不可靠信道，无法保证数据能够完全无误地传输。

自动重发请求是差错处理方法中常用的一种纠错技术，但是在实时性要求较高的数字图像传输如战场态势监视、视频通信等场合，由于时间的关键性或对时延的敏感性，再重发一次出错数据几乎是不可行的。另外，自动重发请求一般应用在无拥塞的宽带通信网络上，但如果传输过程中数据包丢失正是由于带宽资源有限导致网络拥塞所引起的，这时重传出错数据只能使信道拥塞的情况更为糟糕，丢失的数据包将会更多，从而使接收端重构的数字图像的质量将变得更差。因此，在带宽要求较高的网络通信服务中，自动重发请求也是不合适的。

因此，如何在不占用额外带宽的传输条件下，可以实时地修复数字图像传输过程中丢失的数据块，使得接收到的数字图像具有原始的视觉效果已是当前多媒体信息传输及安全技术领域中一个有待解决的迫切问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在无需提高传输码率和增加额外传输带宽的前提下，能够将待传输的数字图像的主要信息嵌入到自身中的用于数字图像错误隐藏的数字水印嵌入方法，及一种无传输时延，且能够有效地降低数字图像在传输过程中因数据包丢失引起的视觉错误感受，并能够实时地实现数字图像错误隐藏的数字水印提取方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于数字图像错误隐藏的数字水印嵌入方法，其特征在于具体包括以下步骤：

①-1、在数字图像发送端，假设待传输的原始数字图像为8bit灰度图像，记为F，将F中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值记为f(i,j)，其中，0≤f(i,j)≤255，1≤i≤I,1≤j≤J，I表示F的宽度，J表示F的高度，不失一般性，在此假设I=J；

①-2、对F进行预处理，得到预处理后的数字图像，记为F'，将F'中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值记为f'(i,j)，其中，0≤f'(i,j)≤255；然后对F'进行归一化处理，得到归一化处理后的数字图像，记为F''，将F''中坐标位置为(i,j)的像素点的像素值记为f''(i,j)，f''(i,j)=f'(i,j)/255，其中，0≤f''(i,j)≤1；

①-3、对F''进行L级二维离散小波分解，得到每级对应的一个第一小波逼近子图和三个方向的第一小波细节子图，将对F''进行第l级二维离散小波分解得到的第一小波逼近子图记为FA_l，将对F''进行第l级二维离散小波分解得到的第r个方向的第一小波细节子图记为FD_l(r)，其中，L≥2，1≤l≤L，r=1,2,3，FA_l的分辨率为(I/2^l)×(J/2^l)，FD_l(r)的分辨率为(I/2^l)×(J/2^l)；