[发明专利]一种基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法及应用

摘要

本发明属于数字水印技术领域，公开了一种基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法及应用。将原图像分块；对分成的块根据像素值接近0或者255的特性分成四组，标记并在之后嵌入；每个块与掩膜M相乘并求和计算得到α的值；对所有块得到的α值生成一张直方图；根据α值范围以及嵌入的数据移动像素值。本发明通过对直方图中所有移位的块进行数据嵌入，实现了在遭遇非恶意攻击的情况下，鲁棒性更强、抗压缩能力提高等目的；在嵌入容量相同的情况下，采用不同的压缩质量因子，本发明的误码率(BER)更低；避免了不嵌入水印移位块可能产生的错位问题，使得在进行直方图移位的过程中获得了更高的嵌入容量，提取水印的误码率更低。

主权项

1.一种基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法，其特征在于，所述基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法包括以下步骤：

步骤一，原图像分块；

步骤二，对分成的块根据像素值接近0或者255的特性分成四组，标记并在之后嵌入；

步骤三，每个块与掩膜M相乘并求和计算得到α的值；对所有块得到的α值生成一张直方图；

步骤四，根据α值范围以及嵌入的数据移动像素值。

2.如权利要求1所述的基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法，其特征在于，所述基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法水印的嵌入方法包括：

步骤一，将原图像分为不重叠的块，可选取大小为16*16的块；

步骤二，每个块根据像素值临近0或者255的特性分为A、B、C、D四组，A类型为块内没有小于b1像素值和大于255‑b1的像素值；B类型为块内没有大于255‑b1的像素值；C类型为块内没有小于b1像素值；D类型为块内小于b1像素值和大于255‑b1的像素值均有；A和B用d＝1标记，C用d＝‑1标记，D若块内小于b1像素值少于大于255‑b1的像素值则标记为d＝‑1，块内小于b1像素值多于大于255‑b1的像素值则标记为d＝1，并在之后嵌入；D类需要将原像素值替换掉，原像素值作为水印嵌入；并用map记录替换掉的原像素的位置；将块类型，原像素值，替换像素位置放在水印尾部准备嵌入；

步骤三，块与掩膜M相乘并求和计算得到α的值，对所有块得到的α生成一张直方图，掩膜M为：

步骤四，根据直方图范围大小以及要嵌入水印信息是0还是1来移动像素值嵌入水印；

步骤五，记录下嵌入水印信息1时的个数为S，记录α在(‑T,T)之间嵌入水印为0的个数L，记录α在(‑T,T)之外嵌入水印为0的个数为U。

3.如权利要求2所述的基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：

(1)α不在(‑T,T)的，嵌入水印为0的时候，若α为正值则朝正无穷方向移动，mod(i,2)＝＝mod(j,2)的点像素值加d*b1；若α为负值则朝负无穷方向移动，mod(i,2)～＝mod(j,2)的点像素值加d*b1；

(2)α不在(‑T,T)的，嵌入水印为1的时候，若α为正值则朝正无穷方向移动，mod(i,2)＝＝mod(j,2)的点的像素值加d*b2；若α为负值则朝负无穷方向移动，mod(i,2)～＝mod(j,2)的点像素值加d*b2；

(3)α在(‑T,T)，嵌入水印为1的时候，若α为正值则朝正无穷方向移动，mod(i,2)＝＝mod(j,2)的点的像素值加d*b2；若α为负值则朝负无穷方向移动，mod(i,2)～＝mod(j,2)的点的像素值加d*b2；

(4)α在(‑T,T)，嵌入水印为0的时候，块的像素值不变。

4.一种如权利要求1所述不受攻击的基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法的水印提取及图像恢复方法，其特征在于，所述水印提取及图像恢复方法包括：

步骤一，根据嵌入的分块大小对原图像进行分块；

步骤二，根据嵌入过程中α的计算方法计算每个块的α值，根据α值来判断提取水印的值；

(1)α在(‑T,T)内，块的像素值不变，并提取0；

(2)α在[T,2T+G)，则提取1，mod(i，2)＝＝mod(j，2)的像素值减去d*b2；α在(‑2T‑G，‑T]，则提取1，mod(i，2)～＝mod(j，2)的像素值减去d*b2恢复原像素

(3)α在[2T+G,+∞)提取0，mod(i，2)＝＝mod(j，2)的像素值减去d*b1；α在(‑∞，‑2T‑G]提取0，mod(i，2)～＝mod(j，2)的像素值减去d*b1来恢复原像素；

步骤三：根据作为水印嵌入的块类型、原像素和像素位置信息，来恢复溢出块的像素值。

5.一种如权利要求1所述遭受攻击的基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法的水印提取及图像恢复方法，其特征在于，所述水印提取及图像恢复方法包括：

步骤一，根据嵌入的分块大小对原图像进行分块；

步骤二，根据嵌入过程中α的计算方法计算每个块的α值；

步骤三，根据嵌入过程中记录的0与1的个数重新设置α判断阈值范围以提取水印；

(1)根据嵌入过程中记录(‑T,T)范围内嵌入的0的个数L，重新设定阈值范围(‑N0,N0),使其中α值在范围内的数量等于L；

(2)根据嵌入过程中记录的1值，重新设定阈值范围(‑N1,N1)，使在(‑N1,‑N0]和[N0,N1)中的α数量为S；

(3)根据嵌入过程中记录(‑T,T)之外嵌入的0的个数U，重新设定阈值范围(‑N2,N2),使在(‑N2,‑N1]，[N1,N2)中的α数量为U；

步骤四：根据重新划定的阈值范围提取水印：

(1)α在(‑N0,N0)则提取0，块的像素值不变；

(2)α在[N0,N1)提取1，mod(i,2)＝＝mod(j,2)的像素值减去d*b2；α在(‑N1,‑N0]之间则提取1，mod(i,2)～＝mod(j,2)的像素值减去d*b2；

(3)α在(‑N2,‑N1]提取0，mod(i,2)～＝mod(j,2)的像素值减去d*b1；若α在[N1,N2)之间则提取0，mod(i,2)＝＝mod(j,2)的像素值减去d*b1；

步骤五：根据作为水印嵌入的块类型、原像素和像素位置信息，恢复溢出块的像素值。

6.一种如权利要求1～3任意一项所述基于直方图移位的鲁棒可逆图像水印方法在数字水印中的应用。