专利名称：利用直方图平移的可逆水印方法
技术领域：
本发明涉及到多媒体信息安全领域，特别是涉及到一种利用直方图平移的可逆水印方法。
背景技术：
近年来，作为多媒体版权保护的一种有效手段，数字水印技术引起学术界的广泛关注。传统的数字水印方法强调水印的不可感知性、鲁棒性和容量；尽管水印嵌入导致载体失真不可感知，但军事、医疗和司法领域的某些特殊场合往往不允许出现具有永久性失真的水印载体。于是，可逆水印技术应运而生。可逆水印要求解码器不仅能完整的提取水印， 而且在提取水印后可无失真的恢复原始作品。基于直方图平移的可逆水印方法由Ni等人提出，并因其低计算复杂度和较高的水印图像质量而获得业内广泛重视。现有的直方图平移的可逆水印方法存在一些不足，例如水印容量较低，需要额外传送边信息(如峰值点/零点)从而降低了可用性。
发明内容
本发明提出一种基于直方图平移的可逆水印方法，提高了嵌入容量，同时实现的水印的盲提取，避免了额外传送边信息，提高了安全性和可用性。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种利用直方图平移的可逆水印方法，包括水印嵌入过程、水印提取过程和图像恢复过程，其特征是，对于一幅N-像
素8-比特的灰度载体图像，表
示灰度图第/个像素的灰度值，其中O^SF-I ,需要嵌入的水印力η所述水印嵌入过程包括以下步骤
a.计算载体图像像素间的差值，生成直方b.根据直方图和水印w确定嵌入的层数《；
c.图像像素值介于[Ο,μ- + U55]的像素标记为POPs，其余像素标记为R_ POPs ；
d.将水印w分成部分，w=，初始化层数t=〗，进行水印嵌入对于第 P层嵌入，选择一对优化的峰值点和零点，分别用芎和4表示，然后用差值域直方图平移方法嵌入水印W ；如果 ，则令= + 并嵌入下一层的水印；直到进入最后一层，用
两步嵌入法将^ ,压缩的位图，边信息和总的嵌入层数w嵌入到第《层中。进一步地，所述两步嵌入法包括以下步骤
a.根据载体图像生成直方图，选择直方图中最高频率点作为“峰值点”，并以直方图中距峰值点最近的零频率点为“零点”；
b.第一步嵌入将载体图像分成两个区域，其中用以嵌入边信息的区域为“区域一”，其他为“区域二”，对“区域一”进行直方图平移操作并嵌入部分水印；
c.边信息的嵌入根据密钥K确定“区域一”中用于隐藏边信息的水印像素位置，利用最低有效位替换技术将直方图的边信息隐藏到水印像素的最低有效位中；
d.第二步嵌入利用直方图平移技术将剩余水印信息和原替换像素的最低有效位嵌入到“区域二”。作为改进之一的，所述两步嵌入法包括以下步骤
a.将水印I 分为三部分，= (wm m,wJ2), wM (3)}，令忍=(XPk, Zk) |l<i< ),对标
记为POPs的像素进行差值域直方图平移并嵌入水印wjl),识别出溢出的位置，生成位图，
LM和SI分别标记压缩后的位图和边信息，并进行直方图收缩操作；
b.第一步嵌入将载体图像分成两个区域，其中用以嵌入边信息的区域为“区域一”，
其他为“区域二”；利用差值域直方图平移方法将&(2)隐藏到“区域一”的R_POPs中，对相应的像素重建图像；
c.用最低有效位替换的方法将LM、SI和w嵌入到“区域一”水印图像的最低有效位中， 具体的位置由密钥K控制；
d.第二步嵌入将替换出来的最低有效位信息和嵌入到“区域二”中的R_POPs中。所述的水印提取过程和图像恢复过程包括以下步骤水印接收端根据密钥K确定 “区域一”中水印像素位置，从其最低有效位信息中提取峰值点和零点信息，并据此对“区域二”实施水印提取和图像恢复；其后，基于获得的替换像素最低有效位信息恢复“区域一”中水印像素的最低有效位信息，并对“区域一”作水印提取和图像恢复。更进一步地，所述“区域一”的容量大于边信息的体积。特别地，所述w =1。与现有技术相比，有益效果是本发明对传统的直方图平移算法进行两大项改进
第一，本发明提出一种减少边信息中比特位图大小的算法。通过将比特位图的生成过程放置于水印嵌入之后而非预处理阶段能够使得比特图中的‘1’与‘0’更加失衡从而更易于压缩。因此能够有效的减小边信息中压缩比特位图的大小以提高嵌入容量。第二，本发明提出一种基于“两步嵌入法”的可逆水印算法。通过将图像分为上下两大区域，对第一区域进行水印嵌入并将生成的边信息嵌入至该区域含水印像素的最低有效位中，然后将剩余的水印信息和替换出来的最低有效位信息嵌入至第二区域，实现了水印的盲提取，解决直方图平移算法需要额外传送边信息的困扰。
图1为本发明提出的两步嵌入法原理示意图； 图2为本发明实现示意图3是本发明提出的水印嵌入方法在Baboon中嵌入图像后的结果，其中(a)为原始图像，(b)为嵌入水印之后的图像；
图4是本发明提出的水印嵌入方法在Boat中嵌入图像后的结果，其中(a)为原始图像，(b)为嵌入水印之后的图像；
图5是本发明提出的水印嵌入方法在P印pers中嵌入图像后的结果，其中(a)为原始图像，(b)为嵌入水印之后的图像。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细描述。本发明采用两步嵌入法进行水印的嵌入，并根据水印信息的大小分为单层嵌入和多层嵌入。为了便于理解本发明，首先简单介绍一下差值域直方图平移水印算法。图像/是N-像素8-比特的灰度载体图像，我们用A表示灰度图第*个像素的灰度值，其中1。对图像以“倒S型顺序”进行扫描得到一维序列，计算像素间差值為
权利要求
1.一种利用直方图平移的可逆水印方法，包括水印嵌入过程、水印提取过程和图像恢复过程，其特征是，对于一幅N-像素8-比特的灰度载体图像，而表示灰度图第产个像素的灰度值，其中OA^V-I ,需要嵌入的水印为W，所述水印嵌入过程包括以下步骤a.计算载体图像像素间的差值，生成直方图；b.根据直方图和水印w确定嵌入的层数《；c.图像像素值介于
u[2 - + U55]的像素标记为POPs，其余像素标记为[POPs ；d.将水分成《部分，W= (W1, W2...，初始化层数,进行水印嵌入对于第0层嵌入，选择一对优化的峰值点和零点，分别用乓和A表示，然后用差值域直方图平移方法嵌入水印A ；如果 ，则令t = t + l，并嵌入下一层的水印；直到进入最后一层，用两步嵌入法将& ,压缩的位图，边信息和总的嵌入层数,％嵌入到第《层中。
2.根据权利要求1所述的利用直方图平移的可逆水印方法，其特征在于，所述两步嵌入法包括以下步骤a.根据载体图像生成直方图，选择直方图中最高频率点作为“峰值点”，并以直方图中距峰值点最近的零频率点为“零点”；b.第一步嵌入将载体图像分成两个区域，其中用以嵌入边信息的区域为“区域一”，其他为“区域二”，对“区域一”进行直方图平移操作并嵌入部分水印；c.边信息的嵌入根据密钥K确定“区域一”中用于隐藏边信息的水印像素位置，利用最低有效位替换技术将直方图的边信息隐藏到水印像素的最低有效位中；d.第二步嵌入利用直方图平移技术将剩余水印信息和原替换像素的最低有效位嵌入到“区域二”。
3.根据权利要求1所述的利用直方图平移的可逆水印方法，其特征在于，所述两步嵌入法，包括以下步骤a.将水印wm 分为三部分，wM = (wm (i),wM(2X wm(3)} , ^ SI = {(P ,,Zk)\ <k <m},对标记为POPs的像素进行差值域直方图平移并嵌入水印，识别出溢出的位置，生成位图，LM和SI分别标记压缩后的位图和边信息，并进行直方图收缩操作；b.第一步嵌入将载体图像分成两个区域，其中用以嵌入边信息的区域为“区域一”，其他为“区域二”;利用差值域直方图平移方法将％(2)隐藏到“区域一”的R_POPs中，对相应的像素重建图像；c.用最低有效位替换的方法将LM、SI和嵌入到“区域一”水印图像的最低有效位中，具体的位置由密钥K控制；d.第二步嵌入将替换出来的最低有效位信息和《' (3)嵌入到“区域二”中的R_POPs中。
4.根据权利要求2或3所述的利用直方图平移的可逆水印方法，其特征在于，所述的水印提取过程和图像恢复过程包括以下步骤水印接收端根据密钥K确定“区域一”中水印像素位置，从其最低有效位信息中提取峰值点和零点信息，并据此对“区域二”实施水印提取和图像恢复；其后，基于获得的替换像素最低有效位信息恢复“区域一”中水印像素的最低有效位信息，并对“区域一”作水印提取和图像恢复。
5.根据权利要求2或3所述的利用直方图平移的可逆水印方法，其特征在于，所述“区域一”的容量大于边信息的体积。
6.根据权利要求1所述的利用直方图平移的可逆水印方法，其特征在于，所述《=1。
全文摘要
本发明提出一种基于直方图平移的可逆水印方法，对多媒体版权保护具有重大的实用价值。本发明对传统的直方图平移算法进行两大项改进第一，通过将比特位图的生成过程放置于水印嵌入之后而非预处理阶段，能够使得比特图中的‘1’与‘0’更加失衡，从而更易于压缩，提高嵌入容量。第二，本发明提出“两步嵌入法”的可逆水印算法。通过将图像分为上下两大区域，对第一区域进行水印嵌入并将生成的边信息嵌入至该区域含水印像素的最低有效位中，然后将剩余的水印信息和替换出来的最低有效位信息嵌入至第二区域，实现了水印的盲提取，解决直方图平移算法需要额外传送边信息的困扰。
文档编号G06T1/00GK102567942SQ201210005110
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者倪江群, 潘金伟, 王俊祥 申请人:中山大学