[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

摘要

本发明公开了一种用于数字图像错误隐藏的数字水印嵌入和提取方法，该数字水印嵌入方法将数字水印技术引入到图像传输过程中，通过提取图像作品主要信息作为数字水印，在数字图像发送端将数字水印嵌入到自身中再进行分块传输，由于不需要改变现有发送端的信源和信道编码方案，因此不会增加任何传输码率和占用额外传输带宽；该数字水印提取方法在数字图像接收端能够将嵌入的数字水印即图像的主要信息提取出来，可以实时地修复传输过程中丢失的图像数据块，因此不会增加任何传输时延，并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。

主权项

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FAl，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FDl(r)，其中，L≥2，1≤l≤L，r=1,2,3，FAl的分辨率为(I/2l)×(J/2l)，FDl(r)的分辨率为(I/2l)×(J/2l)；①‑4、将第L级对应的第一小波逼近子图FAL中的所有小波域系数的系数值、第L‑1级对应的第一小波逼近子图FAL‑1中的所有小波域系数的系数值及第L‑1级对应的第r'个方向的第一小波细节子图FDL‑1(r')中的所有小波域系数的系数值均放大q倍，将放大后的第L级对应的第一小波逼近子图记为FA'L，将放大后的第L‑1级对应的第一小波逼近子图记为FA'L‑1，将放大后的第L‑1级对应的第r'个方向的第一小波细节子图记为FD'L‑1(r')，其中，FAL和FA'L的分辨率均为(I/2L)×(J/2L)，FAL‑1、FA'L‑1和FDL‑1(r')、FD'L‑1(r')的分辨率均为(I/2L‑1)×(J/2L‑1)，r'的值为1或2或3，q的取值为FA'L‑1中的最大系数值不超过255时的放大倍数；①‑5、将FA'L分解为小数部分第一小波逼近子图FAD'L和整数部分第一小波逼近子图 FAI'L，将FA'L‑1分解为小数部分第一小波逼近子图FAD'L‑1和整数部分第一小波逼近子图FAI'L‑1，将FD'L‑1(r')分解为小数部分第一小波细节子图FDD'L‑1(r')和整数部分第一小波细节子图FDI'L‑1(r')，其中，FAD'L和FAI'L的分辨率均为(I/2L)×(J/2L)，FAD'L‑1、FAI'L‑1和FDD'L‑1(r')、FDI'L‑1(r')的分辨率均为(I/2L‑1)×(J/2L‑1)；①‑6、将FAI'L中的每个小波域系数的系数值转化为8bit二进制值，然后按照逐行扫描方式扫描FAI'L中的每个小波域系数的8bit二进制值，顺序地排列成一个一维二进制序列，记为FAI'_B，再将FAI'_B作为待嵌入的二值数字水印，其中，FAI'_B的长度为I/2L×J/2L×8；①‑7、根据FAI'_B中的每位二进制值，按照逐行扫描方式顺序地对FAD'L‑1中的每个小波域系数的系数值进行二值量化处理，实现二值数字水印的嵌入，将经二值量化处理后得到的第L‑1级对应的小数部分第一小波逼近子图记为FAD''L‑1，将FAD''L‑1中坐标位置为(iL‑1,jL‑1)的小波域系数的系数值记为fad''L‑1(iL‑1,jL‑1)，当fai'_b((iL‑1‑1)×J/2L‑1+(jL‑1‑1))=0时，如果fad'L‑1(iL‑1,jL‑1)≥0，则令fad''L‑1(iL‑1,jL‑1)=0.25，如果fad'L‑1(iL‑1,jL‑1)<0，则令fad''L‑1(iL‑1,jL‑1)=‑0.25；当fai'_b((iL‑1‑1)×J/2L‑1+(jL‑1‑1))=1时，如果fad'L‑1(iL‑1,jL‑1)≥0，则令fad''L‑1(iL‑1,jL‑1)=0.75，如果fad'L‑1(iL‑1,jL‑1)<0，则令fad''L‑1(iL‑1,jL‑1)=‑0.75，其中，fai'_b((iL‑1‑1)×J/2L‑1+(jL‑1‑1))表示FAI'_B中的第(iL‑1‑1)×J/2L‑1+(jL‑1‑1)位二进制值，fad'L‑1(iL‑1,jL‑1)表示FAD'L‑1中坐标位置为(iL‑1,jL‑1)的小波域系数的系数值，FAD''L‑1的分辨率为(I/2L‑1)×(J/2L‑1)；同样根据FAI'_B中的每位二进制值，按照逐行扫描方式顺序地对FDD'L‑1(r')中的每个小波域系数的系数值进行二值量化处理，实现二值数字水印的嵌入，将经二值量化处理后得到的第L‑1级对应的第r'个方向的小数部分第一小波细节子图记为FDD''L‑1(r')，将 FDD''L‑1(r')中坐标位置为(iL‑1,jL‑1)的小波域系数的系数值记为fdd''L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)，当fai'_b(I/2L‑1×J/2L‑1+(iL‑1‑1)×J/2L‑1+jL‑1)=0时，如果fdd'L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)≥0，则令fdd''L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)=0.25，如果fdd'L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)<0，则令fdd''L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)=‑0.25；当fai'_b(I/2L‑1×J/2L‑1+(iL‑1‑1)×J/2L‑1+jL‑1)=1时，如果fdd'L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)≥0，则令fdd''L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)=0.75，如果fdd'L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)<0，则令fdd''L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)=‑0.75，其中，fai'_b(I/2L‑1×J/2L‑1+(iL‑1‑1)×J/2L‑1+jL‑1)表示FAI'_B中的第I/2L‑1×J/2L‑1+(iL‑1‑1)×J/2L‑1+jL‑1位二进制值，fdd'L‑1(r')(iL‑1,jL‑1)表示FDD'L‑1(r')中坐标位置为(iL‑1,jL‑1)的小波域系数的系数值，FDD''L‑1(r')的分辨率为(I/2L‑1)×(J/2L‑1)；①‑8、将FAD''L‑1和FAI'L‑1中的所有小波域系数的系数值均缩小q倍，然后将缩小后的FAD''L‑1和缩小后的FAI'L‑1组合成第L‑1级对应的新的第一小波逼近子图，记为FA''L‑1，其中，FA''L‑1的分辨率为(I/2L‑1)×(J/2L‑1)；同样将FDD''L‑1(r')和FDI'L‑1(r')中的所有小波域系数的系数值均缩小q倍，然后将缩小后的FDD''L‑1(r')和缩小后的FDI'L‑1(r')组合成第L‑1级对应的第r'个方向的新的第一小波细节子图，记为FD''L‑1(r')，其中，FD''L‑1(r')的分辨率为(I/2L‑1)×(J/2L‑1)；①‑9、当r'=1时，对FA''L‑1、FD''L‑1(r')、第L‑1级对应的第2个方向的第一小波细节子图FDL‑1(2)、第L‑1级对应的第3个方向的第一小波细节子图FDL‑1(3)，进行L‑1级二维离散小波逆变换，得到嵌入有二值数字水印的数字图像，记为F'''，其中，F'''的分辨率为I×J；当r'=2时，对FA''L‑1、FD''L‑1(r')、第L‑1级对应的第1个方向的第一小波细节子图FDL‑1(1)、第L‑1级对应的第3个方向的第一小波细节子图FDL‑1(3)，进行L‑1级二维离散小波逆变换，得到嵌入有二值数字水印的数字图像，记为F'''，其中，F'''的分辨率为I×J；当r'=3时，对FA''L‑1、FD''L‑1(r')、第L‑1级对应的第1个方向的第一小波细节子图FDL‑1(1)、第L‑1级对应的第2个方向的第一小波细节子图FDL‑1(2)，进行L‑1级二维离散小波逆变换，得到嵌入有二值数字水印的数字图像，记为F'''，其中，F'''的分辨率为I×J；①‑10、将F'''恢复为8bit灰度图像，记为F''''，然后将F''''分块打包传输。