像素对差值的最低有效位
[0057]
[0058] xJPy1^分别为恢复后的相应的像素对灰度值，如果满足XX，yy，则可以无 损恢复原始载体图像。
[0059] 设载体图像的像素点灰度值矩阵为
[0060] GI0=[g(?ι0]ηχη(5)
[0061] g代表灰度值，（i，j)表示像素位置，0彡255，m和n分别为灰度值矩阵的 行数和列数。
[0062] 则差值位置图矩阵为
[0063]
[0064] d(1,D表示像素对（p(i，2j-l)，p(i，2j))，l彡i彡m，的差值类型，因此 且dUij)e{〇，1}。本发明定义dUij)=0表示可扩展的差值，二值图中显示为黑 η 色点，& D= 1表示不可扩展的差值，二值图中显示为白色点。此处，md=m，~这说 明位置图尺寸为载体图像灰度值矩阵的一半。因为位置图要作为辅助信息用来进行水印 信息定位，因此为增加水印嵌入容量，一般会先对位置图采用无损压缩，如RLE游程压缩或 JBIG2压缩。如图1所示，图1为本发明载体图像及其差值位置图，其中图la为Lena载体 图像，图lb为差值阈值为10的位置图，图lc差值阈值为20的位置图。
[0065] 本发明就是对位置图调整是指对位置图中的元素按照某种策略进行修改，使之更 有利于增加压缩率，从而提高嵌入容量比特率（BitsPerPixel，简称BPP)和峰值信噪比(PeakSignal-to-NoiseRatio,简称PSNR)。
[0066] 一种位置图调整方法，其中，将位置图中元素的零组置"1"。其中的零组为由连续 η(η彡1)个可扩展差值标志"0"。
[0067] 当η= 1 时，记为单零组SS= {zss}，zsseΖ，且zss= 0 ;
[0068] 当η= 2 时，记为双连零组DS= {zssl，zss2}，zssl，zss2eZ，且zssl=zss2= 0 ;
[0069] 当n= 3 时，记为三连零组TS= {zssl，zss2,zss3}，zssl，zss2,zss3eZ，且zssl=zss2 =zss3= 0〇
[0070] ZS(ZeroSet)表示零组，ZSa表示调整后的零组，其中a为adapted(调整后的）的 首字母，i表示计数，ZSi表示第i个零组，zi表示相应零组内的第i个"0"。SS表示单零组， DS表示双零组，TS表示三零组，SS，DS和TS中的第一个字母分别为单词（single,double 和triple的首字母，第二个字母s表示组set)。
[0071] 同时为对比，定义位置图中同类型零组数量占零组总数量的百分比，称为零组比 (ZeroSetRatio,简称ZSR)。定义位置图中同类型零组中的零的数量占零的总数量的百分 比，称为零比（ZeroRatio,简称ZR)。则计算有表1。
[0072] 表1位置图中的零组及其零分布
[0073]
[0074]
[0075] 表1显示，Td= 5时，单零组比例ZSRss达到了 47. 75%，接近半数；Td= 10时，ZSRss 达到了 31. 95%，达到三分之一多；当Td进一步增加到Td= 15和Td= 20时，ZSRss也分别 达到了 26. 94%和24. 46%，占四分之一左右。类似地，Td= 5和1^= 10时，双连零组比例 ZSRds分别达到了 23. 20%和20. 39%，都占五分之一强；Td= 15和1^= 20时，ZSRds也分别 达到了 18. 61 %和 17. 50%。
[0076] 位置图中可扩展的差值0和不可扩展的差值1数量因具体图像而不同，相同点是 分布不均匀，且不连续的零数量大，这正是不能大幅提升压缩率的关键原因。
[0077] 调整方法为零组置"1"操作，具体如下公式：
[0078]ZSa=fJZSj= {Zl}，1 (7)
[0079] 显然
[0080]
[0081]f表示一种映射操作，下标so为（SetOne)的首字母，fSC]表示"置1"操作。也就 是说，〇变成1，〇〇变成11，〇〇〇变成111的一个过程。而当i多4时，零组保持不变，即不对 零组做任何操作
[0082] 如上所述，位置图的0/1分布特点，可以明确了影响位置图压缩的关键原因是大 量分散的可扩展差值存在，通过修改短连续零组，获得了更多的水印净荷嵌入空间，同时提 升了嵌入水印图像的峰值信噪比。
[0083] 本发明采用MatlabR2013a平台，对512*512像素的标准灰度图像Lena,bmp和 Peppers,bmp进行试验，得到如图2和图3所示的位置图，并进行了 3组满负荷嵌入实验。
[0084] 如图2所示，图2为图像差值位置图调整前后对比图，采用Lena图片，其中图2a 为lena原图，图2b为调整前位置图，图2c为调整强度为3的调整图片。
[0085] 图2a~图2c用二值图像显示了Lena图像位置图零组反转前后的视觉变化，其中 黑点为零组信息，白色区域为非零组信息。图2b表示位置图零组反转前，可扩展差值非常 分散，黑色区域和白色区域混杂，能清楚地看到图片中相应物体的轮廓，这是因为在轮廓交 界处会出现灰度变化，差值比较明显。翻转后的图2c显示出明显的长零组效应，黑色和白 色区域出现蔓延性浸染，物体轮廓模糊化，甚至出现大片白色区域或黑色区域，这是由于舍 弃了部分可嵌入水印点造成的。
[0086] 如图3所示，图3为图像差值位置图调整前后对比图，采用Peppers图片，其中图 3a为P印pers原图，图3b为调整前位置图，图3c为调整强度为3的调整图片。
[0087] 图3a~图3c显示的P印pers图像也有类似结果，但调整后的零值集中度明显更 尚。
[0088] 表2Lena和Peppers数据对比
[0089]
[0090] 表2列出」Lena間豕和reppers間豕住规令5且汉符則厄净荷容量和峰值 信噪比PSNR的变化。为使对比效果更明显，用加黑部分表示调整后的数据指标。从数据 看，Lena图像在差值阈值较小，即Td= 5时，调整后的水印净荷容量提升了 16812-6773 = 10039比特，接近原值的2. 48倍，相应的PSNR值提升54. 57-47. 19 = 7. 38dB。Td= 10时， 水印净荷容量提升了 41046-36322 = 4724 比特，PSNR值提升了 49. 19-44. 34 = 4. 85dB。 可见，Td越大，短零组反转对性能的提升程度越小。做类似分析，可以看出，Peppers图像 也具有同样特点。与Lena相比，Peppers提升效果更为明显，Td= 5时，嵌入容量提升了 14107-2680 = 11427 比特，PSNR值提高 54. 78-46. 78 = 8dB。
[0091] 第1组：保持差值阈值Td不变，验证调整强度λ3对水印净荷嵌入容量和峰值。
[0092] 如图4所示，图4为本发明调整方法后差值阈值保持不变，调整强度对性能的提升 对比图，采用的图片为Lena，图4a为水印净荷性能对比图，图4b为PSNR性能对比图。
[0093]图4a表明，差值位置图调整会对水印净荷嵌入容量产生影响，是个具有峰值的波 动函数。当较小时，可显著提升水印净荷嵌入比特率，对应λa= 1，2 ;而随着λa增大， 水印净荷出现了缓慢下降，对应λ3,甚至当λ 4时，调整后的性能还不如调整前的 好。图4b表明，差值位置图调整影响PSNR，且随着λ3增大，呈单向递增变化，且变化率不 断增大。λa= 2和λa= 3时，嵌入容量都达到最大值，而后者的PSNR值要高，因此λa= 3为最佳调整强度。
[0094] 第2组：保持调整强度λ3不变，验证不同差值阈值TdT，调整强度λ3对水印净 荷嵌入容量和峰值信噪比PSNR的改善。
[0095]如图5所示，图5为发明调整方法的λ3保持不变，调整强度对不同Td情况下的性 能提升对比图，采用的图片为Lena，图5a为水印净荷性能对比