[发明专利]一种基于图像分块认证的可逆水印方法

说明书

本发明公开一种基于图像分块认证的可逆水印方法，能够实现可逆水印与脆弱水印以双模的方式嵌入到图像载体，实现定位图像信息篡改并且对篡改区域的主要信息进行恢复，同时秘密信息得到正确提取的功能。包括：载体嵌入水印，负责将秘密信息和用于篡改定位和篡改还原的脆弱水印嵌入到载体图像；秘密图像提取信息可逆恢复，负责从还原的载密图像提取秘密信息，并且还原原始载体图像的内容。本发明通过构造基于图像分块认证的可逆水印方法，为图像可逆信息隐藏提供了新的设计思路。

技术领域

本发明属于图像处理领域，尤其涉及基于图像分块认证的可逆水印方法。

背景技术

随着互联网和移动端应用的快速发展和普及，数字图像媒体内容作为最重要的信息载体之一，已经成为了信息通信的主流媒介。在公开的网络坏境下，如何将一些不愿意被别人获悉的内容进行传递，如何保证信息传递的准确完好，有效地利用技术手段来确保数据和隐私的安全，是信息安全领域一直需要考虑的问题。传统的密码学方法使用加密算法将被传递的信息转化为无法被读取的无意义乱码，利用相应的密钥对密文恢复成原始明文，同时结合数字签名机制，对数据的完整性和发送者的身份信息进行验证来满足上述需求。但是由于无意义的乱码在公开信道中传输会引起大量第三方攻击者的兴趣和注意，增大了信息被获取和破坏重放的风险等，所以传统的密码学方法在实际应用中存在一定局限性。

为了避免通信内容被截获，信息隐藏技术用“隐匿秘密通信存在”的方式来保护通信的安全，通过掩盖通信这一行为本身存在的事实，利用图像中存在的冗余信息区域和人类视觉系统的局限性特征，在人类感官不受影响的情况下，将需要被嵌入的秘密信息，如标签、元数据等嵌入到初始的图像载体中，可以达到标注、隐蔽通信等目的，从而为更多领域的应用提供更有力的保护。同时，脆弱水印技术作为信息隐藏的分支技术，在载体受到篡改或者破坏时，通过对这些攻击失真敏感的水印来标记图像被改变的位置和信息，并通过水印中存在的辅助信息，一定程度恢复被改变的位置，对载体内容进行完整性的认证。

评价可逆信息隐藏算法的性能指标主要有三个：信息嵌入容量、重建载体质量、结构相似性。信息嵌入容量是指在载体图片内能够隐藏的信息数量；重建载体质量是用来衡量当嵌入秘密信息之后，载密图像相较于秘密图像与载体直接差异的指标，多用峰值信噪比衡量；结构相似性是指通过图像组成的维度，从亮度、对比度和结构三个方面来衡量图像不可感知质量的指标。

近些年内在信息隐藏研究中，有相当一部分算法是基于像素预测技术实现的。由于图像语义的特征，对某一像素周围或附近的像素点进行考量，会发现它们之间存在一定的相关性，所以可以在这些能够被预测的信息上嵌入对应的秘密信息实现信息隐藏。目前很多的研究方法为了能够更好地提取信息，会将预测的差值进行扩展，来实现更好的鲁棒性。

由于在现有被提出的大多信息隐藏模型中，在嵌入阶段中原始载体通常会有不可恢复的失真。在一些领域中对传输图像的精确要求较高，需要尽可能保留原始图像更多的信息，因此可逆隐写技术被实现，并得到了更广泛的关注和快速的发展。在这个基础上，结合信息隐藏和可逆隐写的可逆信息隐藏技术，不仅保留了信息隐藏算法的优点和特点，同时还可以无损还原原始载体数据和秘密信息。在这个过程中，密码算法需要能够高效安全地保护隐私数据秘密性的同时，还要具有高可逆性。因此，在不安全信道中图像被篡改的情况下保证载体和水印的安全性和完整性，在实际场景应用中都具有重要的实际价值和应用空间。

发明内容

本发明提出一种基于图像分块认证的可逆水印算法，通过将图像分块并使用块链的方式，最终实现可逆水印与脆弱水印以双模的方式嵌入到图像载体，实现其图像信息隐藏中高可逆、高嵌入率、载体抗攻击鲁棒性的效果。

本发明提供一种基于图像分块认证的可逆水印方法，分为载体嵌入水印和秘密图像提取信息可逆恢复两部分，载体嵌入水印包括以下步骤：

1)将载体图像的最高有效位MSB位视为冗余空间，使用梯度调整算法(GAP)遍历图像找到可用的嵌入像素位，并将预测错误的像素位置写入误差矩阵；