[發(fā)明專利]一種數(shù)字圖像中可逆水印的嵌入方法及其提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010159959.1
• 申請(qǐng)日: 2010-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN101833746A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王超;李曉龍;亓文法;楊斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T1/00
• 分類號(hào): G06T1/00
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 馮藝東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息隱藏和數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字圖像中可逆水印的嵌入方法及其提取方法。

背景技術(shù)

信息隱藏(Information?Hiding)是信息安全領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，近十幾年來該方向的研究越來越受到人們的關(guān)注，研究隊(duì)伍迅速擴(kuò)大，并且其研究成果在軍事、政治、商業(yè)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。它為在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行涉密的數(shù)據(jù)通信、數(shù)字產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、重要文件和數(shù)字簽名的真實(shí)性鑒別以及機(jī)密文件泄密之后的消息源頭追蹤提供了可靠的信息安全保障。

數(shù)字水印(Digital?Watermarking)和圖像隱寫(Steganography)是信息隱藏技術(shù)的兩大分支。這兩大分支在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有很多相同之處，但又各有特點(diǎn)，并且其目的有很大的不同。數(shù)字水印技術(shù)的目的是對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行版權(quán)保護(hù)，從而更側(cè)重于秘密信息的穩(wěn)健性；而圖像隱寫技術(shù)的目的是為了將信息秘密地、安全地送達(dá)，由于要盡可能地不引起第三方的懷疑，因而更注重于發(fā)送消息的隱蔽性。

數(shù)字水印是一種將有用信息嵌入到多媒體文件中的過程。對(duì)于大多數(shù)水印算法來說，載體信號(hào)的冗余信息會(huì)被提取出來并用水印所替代。因而，在水印嵌入之后，載體信號(hào)就會(huì)被破壞，并且很難從嵌入水印后的內(nèi)容中完全恢復(fù)出來。然而，在醫(yī)學(xué)和軍事上的一些應(yīng)用中，載體圖像對(duì)于圖像分析是非常重要的。這類圖像數(shù)據(jù)完整性的保護(hù)可以通過嵌入水印來實(shí)現(xiàn)，但要求水印提取后能完全恢復(fù)原始圖像。在這種條件下，能夠提取水印并且能夠恢復(fù)原始圖像的可逆水印的概念被提出來，為這類問題提供了一種比較好的解決方案。

一般來說，評(píng)價(jià)可逆水印方法的好壞主要是從兩個(gè)方面：嵌入率和視覺質(zhì)量。具體來說，就是希望在盡可能增加嵌入率的基礎(chǔ)上，保持較小的失真度。為了達(dá)到這個(gè)目的，一系列的方法被提出，如：基于直方圖平移的算法，基于壓縮技術(shù)的算法，基于整數(shù)變換的算法。這些方法能夠達(dá)到比較不錯(cuò)的效果，也基本能夠滿足對(duì)可逆水印的應(yīng)用要求。

然而，通過對(duì)以上方法的研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的用于可逆水印方法都很難同時(shí)滿足下述的要求：

(1)高嵌入率。我們用單位嵌入率(即每個(gè)像素能夠嵌入的比特?cái)?shù))來衡量各類方法的嵌入率大小。單位嵌入率值越大，嵌入率越高，算法的嵌入能力越強(qiáng)。通過對(duì)比以往算法，我們發(fā)現(xiàn)，在一次嵌入的條件下，只有很少的幾個(gè)算法能夠達(dá)到1.0的單位嵌入率；

(2)低失真度。我們用峰值信噪比來衡量嵌入水印后圖像的失真度。峰值信噪比越大，失真度越低。現(xiàn)有的可逆水印方法在嵌入率比較小的情況下，峰值信噪比比較大。然而，隨著嵌入率越來越大，峰值信噪比會(huì)較大幅度的下降，造成水印圖像的視覺效果非常不好。

(3)自由嵌入任意比特的數(shù)據(jù)。在已有的水印算法中，有很多是不能根據(jù)需要自由選擇嵌入率，這就給可逆水印的應(yīng)用帶來了很大的不便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字圖像中可逆水印的嵌入方法及其提取方法，可保證更高的嵌入率以及更好的視覺效果，并解決了依照嵌入率來自由嵌入水印的問題。

本發(fā)明提供一種數(shù)字圖像中可逆水印的嵌入方法，該方法包括以下步驟：

A.將載體圖像劃分為互不相交的像素塊，每個(gè)塊內(nèi)的像素個(gè)數(shù)相同；

B.定義一個(gè)位置標(biāo)志序列，用來記錄劃分后的每個(gè)像素塊是否能夠嵌入水印而不引起溢出問題，如果某像素塊可以嵌入水印，則其對(duì)應(yīng)的位置標(biāo)志序列位為1，否則為0。這里溢出的定義是，假設(shè)像素值的取值范圍是0～L(對(duì)于一般的灰度圖像往往是0～255)，如果嵌入之后，某些像素值小于0或者大于L，則稱此結(jié)果是溢出的；

C.使用壓縮算法對(duì)得到的位置標(biāo)志序列進(jìn)行無損壓縮，并在壓縮后的位置標(biāo)志序列上添加一個(gè)獨(dú)一無二的結(jié)尾標(biāo)志序列；

D.根據(jù)壓縮后的位置標(biāo)志序列的長(zhǎng)度，把所有的像素塊分成I₁，I₂，I₃三部分；

E.對(duì)I₁和I₃中的不會(huì)引起溢出問題的像素塊進(jìn)行特定的整數(shù)變換，嵌入水印信息；

F.把I₁像素塊中的每個(gè)像素值的最低有效位記錄在一序列C中，然后把它們用壓縮后的位置標(biāo)志序列來代替。這里最低有效位的定義是：對(duì)于一個(gè)像素值，用二進(jìn)制的形式表示它，最后一位的數(shù)值(0/1)就是它的最低有效位。

G.用與嵌入水印相同的方式把序列C嵌入到I₂的像素塊中。

本發(fā)明提供了一種數(shù)字圖像中可逆水印的提取方法，該方法包括以下步驟：