[發(fā)明專(zhuān)利]基于IWT和預(yù)測(cè)差值直方圖平移的可逆水印算法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211002487.8
• 申請(qǐng)日: 2022-08-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115393151A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張正偉;孟倩;李芬芬;李瑤;肖為恩;劉天府;馬景潤(rùn)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G06T1/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T1/00;G06T5/40;G06T5/50
• 代理公司: 淮安市科文知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 32223
• 代理人: 吳晶晶

本發(fā)明涉及信息隱藏，數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于IWT和預(yù)測(cè)差值直方圖平移的可逆水印算法，對(duì)原始圖像分塊，選擇平滑度值靠前的圖像塊進(jìn)行逆整數(shù)小波變換，在高頻區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)差值擴(kuò)展并生成差值直方圖，利用直方圖平移法嵌入水印信息；在低頻區(qū)域中利用差值量化法嵌入水印容量大小、水印置亂次數(shù)c和d，對(duì)嵌入水印的高頻區(qū)域和嵌入輔助信息的低頻區(qū)域整數(shù)小波變換，然后并上平滑度值靠前的圖像塊進(jìn)行逆整數(shù)小波變換，完成水印嵌入。水印提取是水印嵌入的逆過(guò)程。本發(fā)明通過(guò)選取較平滑的圖像塊進(jìn)行整數(shù)小波變換，利用像素左上方3個(gè)相鄰像素生成預(yù)測(cè)差值并進(jìn)行擴(kuò)展，在逆整數(shù)小波變換后的高頻區(qū)域嵌入水印信息，失真得到很好的控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息隱藏，數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于IWT和預(yù)測(cè)差值直方圖平移的可逆水印算法。

背景技術(shù)

可逆圖像水印技術(shù)目前已經(jīng)引起了圖像信息安全研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。通過(guò)該技術(shù)，可以將秘密數(shù)據(jù)嵌入到圖像載體中，并且使接收端用戶(hù)能夠從水印圖像中精確地提取出所嵌入的數(shù)據(jù)，并能無(wú)損恢復(fù)其原始圖像。在可逆圖像水印中，水印嵌入容量和圖像視覺(jué)質(zhì)量之間的平衡起著非常重要的作用，特別是一些精度要求高的領(lǐng)域，如醫(yī)療診斷、軍事圖像、化工領(lǐng)域等，對(duì)于原始圖像嵌入的水印信息量不能太低，否則就會(huì)影響原始圖像的恢復(fù)和水印圖像的質(zhì)量。因此，如何利用可逆圖像水印技術(shù)對(duì)原始載體圖像進(jìn)行加密，在擴(kuò)大水印嵌入容量的同時(shí)保證水印圖像的視覺(jué)質(zhì)量具有重要意義。

Tian等人首先提出了一種差值擴(kuò)展的可逆水印算法，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)相鄰像素之間的差值，然后進(jìn)行加倍，得到兩個(gè)像素之間的差值為偶數(shù)。在嵌入水印過(guò)程中，若水印值為0，則差值保持不變且為偶數(shù)；若水印值為1，則差值為奇數(shù)；提取水印時(shí)，可在水印圖像中兩個(gè)相鄰像素的差的最低有效位提取，但該算法的圖像視覺(jué)質(zhì)量并不高。Alattar等人在Tian的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，選取相鄰的幾個(gè)像素為塊來(lái)嵌入水印，該算法可以提高水印圖像的視覺(jué)質(zhì)量，并且增加了水印的嵌入容量。Jin等人提出了一種無(wú)位置圖的可逆水印算法，他們計(jì)算了可嵌入像素與其八個(gè)相鄰像素的平均值之間的差值，獲得合適的閾值，以確保可嵌入像素不存在下溢或溢出問(wèn)題，然而，在保證像素?zé)o溢出的前提下，當(dāng)計(jì)算的閾值很小時(shí)，水印嵌入容量就會(huì)很低。

為了獲得更好的圖像視覺(jué)質(zhì)量，人們提出了利用直方圖平移的方法來(lái)降低圖像質(zhì)量失真。Ni等人提出利用直方圖平移(HS，Histogram Shifting)可逆水印算法，計(jì)算載體圖像中出現(xiàn)的像素?cái)?shù)，然后生成直方圖，使用峰值點(diǎn)嵌入水印信息，由于只修改了峰值點(diǎn)到零點(diǎn)之間的一些像素，因此含水印圖像具有良好的視覺(jué)質(zhì)量，然而，這種方法的缺點(diǎn)是水印嵌入容量較低。Li等人提出了一種可逆圖像水印算法，該算法基于修改相鄰像素之間的差值，由于相鄰像素值相似，直方圖中的差值約為零，選取了兩對(duì)峰值點(diǎn)和零點(diǎn)，負(fù)對(duì)隨著一個(gè)級(jí)別的增加向左移動(dòng)，正對(duì)隨著一個(gè)級(jí)別的增加向右移動(dòng)，以增加水印嵌入容量，該直方圖平移方法的圖像視覺(jué)質(zhì)量還是比較令人滿(mǎn)意的。Zhang等人提出了將圖像分為多個(gè)圖像塊，根據(jù)圖像塊的平滑度嵌入水印和恢復(fù)原始圖像。Hong等人在Zhang的方案基礎(chǔ)上，使用一種新的方法來(lái)計(jì)算圖像塊的像素平滑度，并利用了邊匹配技術(shù)在較平滑的圖像塊中嵌入水印，可以有效提高水印的嵌入率。黃等人提出了采用領(lǐng)域均值預(yù)測(cè)，并對(duì)錯(cuò)誤能量估計(jì)和提取水印信息算法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。劉等人提出將圖像進(jìn)行分塊處理，4個(gè)像素為一組，選取1個(gè)像素與它周邊3個(gè)像素作差得到預(yù)測(cè)值，生成差值直方圖，從而進(jìn)行嵌入水印，該方案有較好的不可見(jiàn)性，圖像的視覺(jué)效果也比較好。通過(guò)研究者們不斷努力，還提出了多種預(yù)測(cè)差值擴(kuò)展算法，使得水印嵌入容量和圖像視覺(jué)質(zhì)量進(jìn)一步得到提高。

近年來(lái)一種基于整數(shù)小波變換的算法被提出，Liu等人將整數(shù)小波變換與奇異值分解法相結(jié)合，在對(duì)第二層的高頻區(qū)域進(jìn)行變換并嵌入水印，使水印的魯棒性和嵌入率得到較好的提升。張等人提出一種IWT與廣義差值擴(kuò)展相結(jié)合的算法，對(duì)所選的較平滑分塊進(jìn)行IWT，在能量較高的低頻區(qū)域利用廣義差值擴(kuò)展法進(jìn)行嵌入水印，該算法有效降低了圖像的失真并提高了水印的嵌入量。Xiong等人利用整數(shù)小波高頻系數(shù)在高頻子帶中的拉普拉斯分布和正交系數(shù)的獨(dú)立性，便于在加密域進(jìn)行水印嵌入操作并保持可逆性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方案可以應(yīng)用于所有自然圖像，且具有更高的嵌入率。