[发明专利]数字图像可逆水印嵌入方法及其提取方法

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信息安全领域，具体涉及一种基于分块自适应压缩感知的数字图像可逆水印算法的嵌入和提取方法，可用于医学诊断、军事图像和遥感图像处理等数据准确性要求较高的应用领域的数字图像版权保护。

背景技术

现实生活中，篡改和伪造的数字图像如被用于正式媒体、医学诊断、电子票据和法庭证物等，将会对社会稳定、医疗、电子交易等诸多方面产生负面的影响。因此，在数字图像应用中，特别是在数字图像的完整性、真实性、可信性等对图像应用非常关键的应用中，提供一种验证数字图像的完整性、真实性的工具就显得非常必要。

可逆图像水印的提出，解决了上述问题。尽管可逆图像水印的研究起源于无损图像认证(即可逆图像认证)，但被嵌入到数字图像中的信息并不一定非得是数字签名等认证信息，其他信息，如医学图像的内容标注和检索信息、军事地图和军用图像的管理和授权使用信息等等，都完全可以使用可逆图像水印技术进行嵌入，并在需要的时候提取，同时无损地恢复原始图像。可逆水印最早出现在1999年柯达公司的一项美国专利“Honsinger C W , Jones P, Pabani M, et al. Lossless recovery of an original image containing embedded data[P].US ,77102/ E-C, 1998”中，利用求模的嵌入方法在图像中嵌入数据，使得提取方法在恢复嵌入数据的同时，还能够完全得到原始图像，但是该方法的嵌入容量较小且容易产生椒盐噪声。一般来说，可逆水印算法的性能评估主要体现在两方面：嵌入容量和不可见性。现有技术主要有以下三类：

第一类：基于直方图平移技术。该技术有Ni等人在文献“ Ni Z C, Shi Y Q, Ansari N, Su W. Reversible data hiding. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 2006, 16(3): 354-362”中提出，并因其低计算复杂度和较高的水印图像质量而获得业内的广泛重视，该方法根据载体直方图的零点和峰值点进行直方图平移操作，并嵌入秘密信息。其后，利用图像小波系数具有类类拉普拉斯分布的特点，Xuan和Wu相继提出了基于整数小波变换的直翻图平移算法，并获得较高的嵌入容量和水印图像质量，见文献“Xuan G, Yao Q, Yang C, Gao J, Chai P, Shi Y Q, Ni Z C. Lossless data hiding using histogram shifting method based on integer wavelets. In: Proceedings of the International Workshop on Digital Watermarking. Jeju Island, Korea: Springer, 2006. 323-332”及文献“Wu X Y. Reversible semi-fragile watermarking based on histogram shifting of integer wavelet coefficients. In: Proceedings of the Digital Ecosystems and Technologies Conference. Cairns, Australia: IEEE, 2007，501-505”。近期王俊祥等学者提出了一系列直方图技术的相关文献“王俊祥,倪江群,潘金伟. 一种基于直方图平移的高性能可逆水印算法[J]. 自动化学报, 2012, 38(1):88-96”文献“Tai W L, Yeh C M, and Chang C C . Reversible data hiding based on histogram modification of pixel differences[J]. IEEE Trans Circuits Syst Video Technology, 2009,19 (6) :906-910”，及文献“Chung Kuo-Liang , Huang Yong-Huai , Yan Wen-Ming et al. Distortion reduction for histogram modification-based reversible data hiding[J].Applied Mathematics Computation, 2012,218(9):5819-5826”