[发明专利]一种基于直方图中值保持的可逆水印嵌入和提取方法

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信息隐藏领域，具体涉及一种基于直方图中值保持的可逆水印嵌入和提取方法。

背景技术

可逆数字水印技术是指在数字媒体中嵌入可提取的数字水印，并在水印信息被提取后可恢复出原始媒体。其功能是将一些有用的信息嵌入到数字媒体中并在需要时将其提取出来，且能够不失真地恢复出原始媒体。在医学和军事上的一些应用中，载体图像对于图像分析是非常重要的，这类图像数据完整性的保护可以通过嵌入水印来实现，一个应用例子是在数字医学图像中嵌入相关信息（如病人和医生资料、拍摄时间等），方便在该图像被使用时读出相关信息，同时数据嵌入对图像质量不造成任何影响，在水印提取后需要将原始图像无失真地恢复出来。对于图像认证方法、技术来说，篡改定位是非常重要的内容和功能，如何能够准确识别水印嵌入位置并且能够无失真地恢复出原始媒体是可逆数字水印的一个重要研究方向。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以自动识别嵌入位置的基于直方图中值保持的可逆数字水印嵌入和提取方法。采用本发明，无需任何边信息即可提取出嵌入在数字媒体中的水印信息，并无失真地恢复出原始媒体。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于直方图中值保持的可逆水印嵌入和提取方法，包括如下步骤：

（1）进行水印嵌入，其包括：

（11）统计原始媒体的直方图并计算直方图的中值；

（12）选取水印数据嵌入区间：选取直方图中值区间，平移除直方图中值区间外的其他区间内的值将与直方图中值区间相邻的一个区间空出，将中值区间和空出区间作为水印嵌入数据区间；

（13）进行水印数据嵌入：将水印数据嵌入直方图中值区间中，根据嵌入的水印数据将直方图中值区间中的部分值分割到与其相邻的空出区间内，完成水印数据的嵌入；

（2）进行水印提取，其包括：

（21）统计含水印数据的媒体的直方图；

（22）计算直方图的中值并定位出水印数据嵌入区间；

（23）提取水印数据：根据水印数据嵌入区间内的值提取所嵌入的水印数据；

（24）媒体恢复：根据水印数据将空出区间内的值移回到原来区间中，并将其他区间内的值进行反向平移恢复原始媒体。

上述方案中，所述步骤（12）中还选取与中值区间相邻的另一个区间以及与所述相邻的另一个区间相邻的经过平移的空出区间作为水印数据嵌入区间。为了提高水印数据嵌入的容量，可以将与中值区间相邻的区间作为水印数据嵌入的区间。

上述方案中，所述步骤（12）中还选取直方图中除中值区间、与中值区间相邻的区间外的任意区间以及与任意区间相邻的经过平移空出的区间作为水印数据嵌入区间；

所述步骤（13）中进行水印数据嵌入时还提取任意区间的位置信息和与任意区间相邻的空出区间的位置信息嵌入到中值区间和与相邻区间中；

所述步骤（22）中进行水印数据嵌入区间定位时先定位出中值区间和相邻区间，并根据中值区间和相邻区间提取任意区间和与任意区间相邻的空出区间的位置信息，最后根据位置信息对任意区间和与任意区间相邻的空出区间进行定位。如果直方图中包括中值区间、相邻区间在内的那一对区间无法提供足够的水印数据嵌入容量，还可以采用直方图中的其他区间进行水印数据嵌入。

上述方案中，在所述步骤（11）中计算直方图中值前还对直方图区间进行防溢出预处理。为了防止直方图区间进行平移时溢出，故对直方图区间先进行防溢出预处理，将原始媒体中可能发生溢出的值进行修改。

上述方案中，所述防溢出预处理的具体步骤是：判断直方图中是否存在边缘区间，若不存在则不执行修改操作直接进行直方图中值计算，否则修改所述边缘区间的值并记录被修改值的位置信息，并将被修改值的位置信息作为嵌入数据的一部分嵌入直方图中；

提取水印数据时还同时将被修改值的位置信息提取出来，进行媒体恢复时，还根据被修改值的位置信息将被修改值进行恢复。

上述方案中，所述边缘区域为0区间或者255区间；若所述边缘区域为0区间则将0区间修改为1区间，若所述边缘区间为255区间，则将255区间修改为254区间。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明可通过直方图中值自动保存水印数据的嵌入位置，无需任何边信息即可实现数据的可逆嵌入。由于媒体的直方图中值在嵌入水印后保持不变，可从含水印数据的媒体中直接得出水印的嵌入位置，便于水印提取和原始媒体的恢复。

附图说明