[发明专利]一种抗JPEG压缩的鲁棒可逆水印方法、数字电视广播系统

权利要求书

1.一种抗JPEG压缩的鲁棒可逆水印方法，其特征在于，所述抗JPEG压缩的鲁棒可逆水印方法利用JPEG压缩过程中量化后编码前的DCT系数的高频部分进行块复杂度的预测；水印信息嵌入到块复杂度高的中频鲁棒区域；可逆信息嵌入到块复杂度低的中频可逆区域；

所述水印信息嵌入具体包括：

（1）读入原始JPEG图像量化后的DCT系数分为不重复的8*8大小的块；

（2）将每块中的DCT系数划分为低中高频三个区域，利用高频区域的系数对块进行复杂度预测；

（3）将所有块中用于第一阶段鲁棒水印嵌入的中频区域部分系数整合并置乱，切成水印大小的等长度的段，利用每段中所有来自块复杂度高的系数，每段嵌入一比特的水印信息；

（4）鲁棒水印嵌入所用的参数转换为二进制形式；

（5）所有块复杂度低的块中用于可逆印嵌入的中频区域部分系数整合，利用直方图平移的方法可逆水印嵌入系数集合中；

（6）重新整合嵌入水印的DCT系数，写入到JPEG图像中；

所述抗JPEG压缩的鲁棒可逆水印方法具体包括以下步骤：

一、水印的嵌入

步骤一，读入原始JPEG图像量化后的DCT系数并将其分为不重复的8*8大小的块；

步骤二，系数预处理：

（1）对每块系数进行Z字形编排；

（2）选取每块中除DC系数外的前1/4系数，中1/2系数，后1/4系数分别作为低中高频三个区域，并将中频区域系数分作前后两部分，分别用于嵌入鲁棒和可逆水印；

（3）将每个块中高频区域系数的绝对值相加计算块复杂度；

步骤三，第一阶段鲁棒水印嵌入：

（1）将所有块中中频区域系数的前1/2、1/3或1/4部分抽取出来整合在一起，并置乱；

（2）所要嵌入的水印有200比特，整合出来的长串均切成200段，每一段内的系数来自图像的不同块；

（3）假设一个阈值T=10和一个改变量δ=1；若嵌入比特为‘0’，段中所有来自复杂块的中频系数减δ，此操作循环数次直到整个段系数总和小于-T；若嵌入比特为‘1’，段中所有来自复杂块的中频系数加δ，此操作循环数次直到整个段系数总和大于T；

此外，所有等于‘0’的系数均不做任何操作，因此需要将本来等于‘0’的系数和水印嵌入后等于‘0’的系数位置记录下来用以区分，并当作可逆水印的一部分；

步骤四，第二阶段可逆水印嵌入：

可逆水印由鲁棒水印嵌入时的改变量δ，每段嵌入水印时的循环次数，‘0’的位图和之后整合的集合中前16个最低有效位组成；而可逆水印嵌入操作则是直方图平移的方法；

（1）将所有块复杂度低的块中中频区域系数的后1/2、1/3或1/4部分抽取出来整合在一起；

（2）整合可逆水印并进行无损压缩，记录压缩后的可逆水印的数量L；假设嵌入阈值T1=1；这里L和T1为可逆水印嵌入的辅助信息，用LSB方法嵌入到整合出来的集合的前16个系数的最低有效位中；

（3）集合中剩余部分用作可逆水印嵌入，当系数大于T1或小于-T1时，则系数加或减T1+1，在直方图反映为向右或向左移动T1+1的位置，上述操作是为嵌入水印腾位置；当系数小于T1大于-T1且不等于0时，该系数用于嵌入水印，具体嵌入规则如下：当嵌入‘0’时，系数不做改变；当嵌入‘1’时，对于大于0的系数加T1+1，对于小于‘0’的系数减T1+1；

步骤六，重新整合嵌入水印的DCT系数，将其重新写入到JPEG图像中；

二、在图像未受到攻击时，水印的提取及图像恢复过程：

步骤一，读入JPEG图像量化后的DCT系数并将其分为不重复的8*8大小的块；

步骤二，系数预处理：

（1）对每块系数进行Z字形编排；

（2）选取每块中除DC系数外的前1/4系数，中1/2系数，后1/4系数分别作为低中高频三个区域，并将中频区域系数分作前后两部分；

（3）将每个块中高频区域系数的绝对值相加计算块复杂度；

步骤三，提取可逆水印：

（1）将所有块复杂度低的块中中频区域系数后1/2，2/3或3/4部分抽取出来整合在一起；

（2）提取集合中前16个系数的最低有效位，转换为阈值T1和可逆水印数量L；

（3）集合中剩余部分用于提取可逆水印，具体操作如下：若系数小于T1大于-T1且不等于0，则水印为0；若系数小于-T1大于-2*T1-1，则水印为1，且将系数加T1+1作为还原；若系数大于T1小于2*T1+1，则水印为1，且将系数减T1+1作为还原；若系数小于-2*T1-1，将系数加T1+1作为还原；若系数大于2*T1+1，将系数减T1+1作为还原；

（4）将提取出的可逆水印解压缩，还原集合中前16个系数的最低有效位；

步骤四，提取鲁棒水印：

（1）将所有块中中频区域系数前1/2，1/3或1/4部分抽取出来整合在一起，并依照嵌入过程的置乱种子置乱；

（2）将整合出来的长串均切成200段，每一段内的系数来自图像的不同块；

（3）计算每一段中的系数和，若大于0，则水印为‘1’，若小于0，水印为‘0’；将在可逆水印提取阶段的水印整理为‘0’位图和循环次数，用于每段系数恢复；恢复过程是嵌入过程的逆过程；

步骤五，重新整合恢复的DCT系数，将其重新写入到JPEG图像中；

三、在图像受到攻击后，水印的提取及图像恢复过程：

步骤一，读入JPEG图像量化后的DCT系数并将其分为不重复的8*8大小的块；

步骤二，系数预处理：

（1）对每块系数进行Z字形编排；

（2）选取每块中除DC系数外的前1/4系数，中1/2系数，后1/4系数分别作为低中高频三个区域，并将中频区域系数分作前后两部分；

步骤三，鲁棒水印提取

（1）将所有块中中频区域系数前，1/3或1/4抽取出来整合在一起，并依照嵌入过程的置乱种子置乱；

（2）将整合出来的长串均切成200段，每一段内的系数来自图像的不同块；

（3）计算每一段中的系数和，若大于0，则水印为‘1’，若小于0，水印为‘0’。