一種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水印改進方法
2023-06-11 09:09:21 1
專利名稱：一種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水印改進方法
專利說明本發明屬於信息隱藏中的數字水印領域,特別是涉及--種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水印改進方法。隨著信息技術的發展,數字作品的拷貝、修改、傳播變得極其容易,這給數字多媒體帶來極大的便利的同時，其內容保護和認證也成為急需解決的問題。數字水印技術則提供了一個可行的解決方案。數字水印具有以下優點首先，數字水印是不可感知的，除可見水印以外,水印是不希望被察覺到的,它不會影響到宿主媒體的藝術效果，不容易引起蓄意攻擊者的特別注意；其次，數字水印能夠實現與宿主數據的無縫結合，當宿主數據的存儲和顯 示格式發生變化時，水印依然存在，並且水印可以和宿主數據一起傳播並可在解密後依然存在，能夠作為版權證明；最後,數字水印和宿主數據遭受相同的變換，水印始終存在於宿主媒體中直到宿主媒體的價值被破壞為止。數字水印的上述優點使得其在多媒體版權保護和認證方面的應用曰益廣泛，也引起了學術界的廣泛關注並掀起了研究高潮。近年來數字水印技術取得了很大的發展，但研究方向主要集中於不可逆的水印技術。在可逆水印研究方面，由於要在嵌入水印後做到人眼不可感知，這要求水印嵌入算法引入儘量少的失真；而同時可逆水印要求能精確還原載體信號,這意味著必須將還原載體信號所需的信息也作為水印嵌入,這就要求更大的嵌入容量。在數字圖像可逆數字水印技術中，差值擴展是其中一個重要技術，其擴展相鄰像素之間的差值，並在低位嵌入水印信息。而在提取方，可以在提取水印信息後，恢復原始差值並回復出原始載體，從而達到可逆的目的。差值擴展技術首次由TianCI. Tian, 「Reversible data embedding using a difference expansion,，，IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol.，vol. 13，no. 8, pp. 890-896，Aug. 2003.)提出，其後經過多人多次改進已發展成為一個較成熟的技術,其主要思想為通過擴展相鄰像素間的差值來嵌入水印信息,且提取方提取水印後可以恢復原始差值並恢復出原始載體信息。差值擴展在每一對像素中嵌入一位水印信息，例如x，ν為兩個相鄰像素，其差值 h = χ-y，均值/ = LG +力/2」，通過擴展差值來嵌入水印信息b :h = 2Xh+b，嵌入信息後， 再通過逆變換計算出嵌入信息後的像素值乂 = / + [(/^+1)/2」，/ = /卡丨/2」，嵌入信息後的像素值被改動,改動量為< =』| = μ / 2」+Uy = I少-= \h / 2]。可以看出，差值dx和dv 主要跟h有關，h越小,嵌入操作對圖像的改變量越小。對於整個圖像的所有嵌入操作來說， 如果h都比較小,那麼嵌入操作對圖像的改動就比較小，圖像整體質量則較高。在選取像素對時,選取方向可以為0度、45度、90度和135度,不同的像素對選取方向，像素對的差值h 是不同的，嵌入後圖像質量也就不同。
目前差值擴展類方法採用固定方向選取像素對或用密鑰按隨機方式選取像素對, 未討論怎樣選取像素對以獲得較小的差值h,並獲得較高的圖像質量。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足,提供一種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水印改進方法,通過改進嵌入過程中像素配對方式，在嵌入容量相容的情況下，提高嵌入水印後圖像質量。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案一種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水印改進方法,包括對圖像進行嵌入前預處理和嵌入過程兩大部分；嵌入前預處理指計算圖像平滑度；計算圖像平滑度包括計算0度方向平滑度、45度方向平滑度、90度方向平滑度和135度方向平滑度，其中0度方向圖像平滑度計算方法為(al)按行方向逐行掃描整個灰度圖像,獲得以為數組H。；(a2)對H。進行遊程編碼；(a3)統計不同碼字的頻數，獲得頻數數組& ；(a4)計算長碼字所佔比例，即為圖像0度方向平滑度&。45度方向圖像平滑度計算方法為(bl)按45度方向Z形掃描整個灰度圖像,獲得一維數組H45;(b2)對H45進行遊程編碼；(b3)統計不同碼字的頻數，獲得頻數數組f45 ；(b4)計算長碼字所佔比例，即為圖像45度方向平滑度&5。90度方向圖像平滑度計算方法為(cl)按列方向逐列掃描整個灰度圖像，獲得以為數組『；(c2)對H9。進行遊程編碼；(c3)統計不同碼字的頻數,獲得頻數數組f9。；(c4)計算長碼字所佔比例，即為圖像90度方向平滑度、。135度方向圖像平滑度計算方法為(dl)按135度方向反向Z形掃描整個灰度圖像，獲得一維數組H135 ；(d2)對H135進行遊程編碼；(d3)統計不同碼字的頻數,獲得頻數數組f1:35 ；(d4)計算長碼字所佔比例，即為圖像135度方向平滑度S:l35。在獲得圖像0度平滑度、45度平滑度、90度平滑度和135度平滑度之後，計算獲得圖像最大平滑度的方向。所述嵌入過程包括選取最優像素配對方向，附加信息處理和信息嵌入,其中選取最優像素配對方向方法為選取最優像素配對方向是根據圖像最大平滑所在方向選取差值擴展嵌入方法中像素配對方向；具體的為比較圖像0度方向平滑度,45度方向平滑度,90度方向平滑度和 135度方向平滑度,取圖像最大的平滑度所在方向為最優像素配對方向。附加信息處理方法為
附加信息處理指對於方向選擇這部分附加信息的處理；具體的對最優像素配對方 向進行編碼，獲得方向信息Mod,佔兩bit信息,編碼分別為00 0)度方向)，01 (45度方向)， 10(90度方向)，11(135度方向)。將方向信息Mod加到原始信息頭部，合併在一起作為全 部待嵌入信息。信息嵌入方法為信息嵌入即將包括附加信息和原始信息在內的全部信息的嵌入過程；具體的信息 嵌入方法為按照改進後的像素配對方式選取像素對後，再按原方法中的信息嵌入方法進行 嵌入；這是由於本發明針對的是多種需要選取像素對的差值擴展方法，不同的方法，其嵌入 過程是不同的,本發明只改進了選取像素配對方式,所以信息嵌入方法為按照改進後的像 素配對方式選取像素對後,再按原方法中的信息嵌入方法進行嵌入。最後通過改進嵌入過程中的像素配對方式，在相同嵌入容量下提高圖像質量。進一步的,0度方向平滑度、45度方向平滑度、90度方向平滑度和135度方向平滑
度計算公式為
權利要求
1. 一種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水印改進方法，包括對圖像進行嵌入前預處理和嵌入過程兩大部分；其特徵在於所述嵌入前預處理指計算圖像平滑度,計算圖像平滑度包括計算0度方向平滑度、45度方向平滑度、90度方向平滑度和135度方向平滑度，其中0度方向圖像平滑度計算方法為(al)按行方向逐行掃描整個灰度圖像,獲得以為數組H0 ；(a2)對^進行遊程編碼；(a3)統計不同碼字的頻數，獲得頻數數組f。；(a4)計算長碼字所佔比例，即為圖像0度方向平滑度& ；45度方向圖像平滑度計算方法為(bl)按45度方向Z形掃描整個灰度圖像,獲得--維數組H45 ；(b2)對H45進行遊程編碼；(b3)統計不同碼字的頻數，獲得頻數數組f45 ；(B4)計算長碼字所佔比例，即為圖像45度方向平滑度S15 ；90度方向圖像平滑度計算方法為(cl)按列方向逐列掃描整個灰度圖像，獲得以為數組H9q ；(c2)對H9tl進行遊程編碼；(c3)統計不同碼字的頻數，獲得頻數數組f9；(c4)計算長碼字所佔比例，即為圖像90度方向平滑度S90 ；135度方向圖像平滑度計算方法為(dl)按135度方向反向Z形掃描整個灰度圖像，獲得一維數組II135 ；(d2)對H135進行遊程編碼；(d3)統計不同碼字的頻數,獲得頻數數組f135 ；(d4)計算長碼字所佔比例，即為圖像135度方向平滑度S135 ；在獲得圖像0度平滑度、45度平滑度、90度平滑度和135度平滑度之後，計算獲得最大平滑度方向；所述嵌入過程包括選取最優像素配對方向，附加信息處理和信息嵌入,其中 選取最優像素配對方向方法為選取最優像素配對方向是根據圖像最大平滑度所在方向選取差值擴展嵌入方法中像素配對方向；具體的為比較圖像度方向平滑度，45度方向平滑度,90度方向平滑度和135 度方向平滑度,取圖像最大的平滑度所在方向為最優像素配對方向； 附加信息處理方法為附加信息處理指對於方向選擇這部分附加信息的處理，包括方向信息編碼和將方向信息加入原始信息；具體的對最優像素配對方向進行編碼,獲得方向信息Mod,佔^it信息， 編碼分別為00,對應0度方向，01,對應45度方向，10,對應90度方向，11,對應135度方向； 將方向信息Mod同其它原方法中待嵌入信息合併在一起作為全部待嵌入信息； 信息嵌入方法為信息嵌入即為包括附加方向信息和原始信息在內的全部信息的嵌入過程；具體的信息嵌入方法為按照改進後的像素配對方式選取像素對後,再按原方法中的信息嵌入方法進行嵌入最後通過改進嵌入過程中的像素配對方式,在相同嵌入容量下提高圖像質量。
2.根據權利要求1所述的ー種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水 印改進方法，其特徵在於0度方向平滑度、45度方向平滑度、90度方向平滑度和135度方向平滑度計算公式為
3.根據權利要求1所述的ー種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水 印改進方法，其特徵在於所述的方向信息Mod的編碼方式為
全文摘要
本發明提供一種用於提高嵌入水印後圖像質量的差值擴展嵌入數字水印改進方法，包括嵌入前預處理和嵌入過程兩大部分；嵌入前預處指計算圖像平滑度；計算圖像平滑度包括計算0度方向平滑度、45度方向平滑度、90度方向平滑度和135度方向平滑度，並計算獲得最大平滑度的方向；嵌入過程包括選取最優像素配對方向，附加信息處理和信息嵌入，選取最優像素配對方向是根據圖像最大平滑度所在方向選取差值擴展嵌入方法中像素配對方向，附加信息處理指對於方向選擇這部分附加信息的編碼和處理，信息嵌入即為包括附加信息和原始信息在內的全部信息的嵌入過程。本發明針對現有的差值擴展信息嵌入方法，通過改進嵌入過程中的像素配對方式，在相同嵌入容量下提高圖像質量。
文檔編號G06T1/00GK102314668SQ20111026636
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者毛佳俊, 熊璋, 範圍, 陳真勇 申請人:北京航空航天大學