一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法及装置，用于解决现有的可逆信息隐藏方法无法精准、有效地实现水印信息嵌入的技术问题。本发明专利技术包括基于计算图像块内像素的像素值的方差和预设阈值的大小关系来区分原始图像的图像块的局部复杂度，将原始图像分为平滑区、近平滑区、弱边缘区、中边缘区和强边缘区；采用基于图像块内的当前像素及图像块内的其他像素的相对位置关系计算预测误差；根据计算得到的预测误差，采用直方图平移的方法对平滑区和强边缘区进行水印信息的嵌入，采用预测误差扩展的方法对近平滑区和中边缘区进行水印信息的嵌入，采用两倍预测误差扩展的方法对弱边缘区进行水印信息的嵌入，得到水印嵌入图像。

A Reversible Information Hiding Method and Device with Contrast Enhancement Combining Multilayer Differential Expansion

【技术实现步骤摘要】
一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法及装置
本专利技术涉及多媒体信号处理
，尤其涉及一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法及装置。
技术介绍
可逆信息隐藏技术能在载体中嵌入隐秘信息并能够确保提取信息后无损地恢复载体，因此，该技术可用于军事、司法、医学等敏感图像的认证、标注或篡改检测。目前，传统的可逆信息隐藏方法的主要目的在于提高信息嵌入容量的同时最大程度上降低载密图像的失真度。研究者常用峰值信噪比(PSNR,peaksignaltonoiseratio)来评价载密图像的质量，即计算载体图像与隐藏信息后图像的统计误差。在同一嵌入率下，PSNR越大说明图像质量越好，图像失真度越小，算法性能越好。传统的可逆信息隐藏方法都在相同嵌入率下追求高的PSNR参数值。实际上，传统的峰值信噪比仅仅是计算原始图像和载密图像的像素差，未能考虑图像的本身结构特点以及人眼视觉特性，并不完全适合作为图像质量的判断标准。因此，在最新的可逆信息隐藏研究中，已有学者从主观视觉的角度提出了具有对比度增强效果的可逆信息隐藏，该系列方法与传统可逆信息隐藏追求高PSNR值的目的不同，其目的在于通过增强载体图像的对比度来提高嵌入信息后的载密图像的主观视觉质量。该系列方法在实现可逆信息嵌入的同时提高了图像的视觉质量。相关技术中，等人提出一种对图像局部复杂度进行分类并根据当前像素与领域像素均值的大小关系进行信息嵌入的具有对比度增强效果的可逆信息隐藏方法。然而，相关技术中仅根据邻域像素的最大值和最小值的差值来评价图像局部复杂度的方法是粗糙的，并不能精确地反映出该矩阵块所处的真实局部环境，导致这种使用矩阵块的邻域最大与最小值差值像素去评估该矩阵块的邻域复杂度的方法无法精准、有效地实现水印信息的嵌入。为解决上述的技术问题，寻找一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法及装置成为本领域技术人员所研究的重要课题。
技术实现思路
本专利技术实施例公开了一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法及装置，用于解决现有的可逆信息隐藏方法无法精准、有效地实现水印信息嵌入的技术问题。本专利技术实施例提供了一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法，包括：基于计算图像块内像素的像素值的方差和预设阈值的大小关系来区分原始图像的图像块的局部复杂度，将原始图像分为平滑区、近平滑区、弱边缘区、中边缘区和强边缘区；采用基于图像块内的当前像素及图像块内的其他像素的相对位置关系计算预测误差；根据计算得到的预测误差，采用直方图平移的方法对平滑区和强边缘区进行水印信息的嵌入，采用预测误差扩展的方法对近平滑区和中边缘区进行水印信息的嵌入，采用两倍预测误差扩展的方法对弱边缘区进行水印信息的嵌入，得到水印嵌入图像。可选地，得到水印信息嵌入图像之后，还包括：获取所述水印嵌入图像中最后一行n个像素的最低有效位，并将所述最低有效位信息和嵌入水印容量信息构成图像恢复元素信息；将附加参数信息填充至所述最低有效位处；将所述图像恢复元素信息嵌入至每个嵌入水印的图像块中，得到水印嵌入细节图像；其中，n为所述附加参数信息总长度，所述附加参数信息包括所述位置图压缩后的码流信息、原始图像的最小和最大值、阈值、图像块的行数和列数、水印嵌入终止位置所在行和所在列、结束字符。可选地，得到水印嵌入细节图像之后，还包括：获取所述水印嵌入图像最后一行n个像素的最低有效位，并从所述最低有效位中得到所述附加参数信息；基于所述附加参数信息，按照与嵌入水印的相反顺序，从各图像块中提取水印信息，得到恢复的原始图像。可选地，所述采用基于图像块内的当前像素及图像块内的其他像素的相对位置关系计算预测误差具体包括；当前图像块位置(i,j)的像素值为x，其右边(i,j+1)相邻像素v1，下边(i+1,j)相邻像素v3，斜右下(i+1,j+1)对角像素v4以及其斜左下(i+1,j-1)对角像素v2根据以上像素所构成的图像块对应所求得的预测值Pred为：根据预测值Pred得到预测误差值预测误差值Pee＝x-Pred。可选地，基于计算图像块内像素的像素值的方差和预设阈值的大小关系来区分原始图像的图像块的局部复杂度，将原始图像分为平滑区、近平滑区、弱边缘区、中边缘区和强边缘区具体包括：计算四个像素值{v1,v2,v3,v4}的方差FV：式中，是四个像素值{v1,v2,v3,v4}的均值，即：根据预设阈值对图像像素值进行5个类别划分，包括：阈值为T0,T1,T2,T3,T4和T5，它们的关系为：0<T1<T2<T3<T4<T5每一个区域所包含的像素为：Ck＝{(i,j)|Tk-1＜FV(i,j)≤Tk,k∈[1,5]}式中，T0的值默认设为-1。可选地，对平滑区和强边缘区进行水印信息的嵌入，所采用的直方图平移的方法为：采用预测差值为0和-1作为嵌入点，嵌入水印信息前后的像素值对应关系为：式中，为嵌入水印信息后的像素值，Ii,j为嵌入水银信息前的像素值；当预测误差值Pred为0和-1，嵌入信息比特m为0时,预测误差值保持不变，即原始像素值也不变；当预测误差值Pred为0，且嵌入信息m等于1时，预测误差值变为1，嵌入信息后变化的像素值为原始像素值上加上1；当预测误差值Pred为-1，且嵌入信息m等于1时，新的预测误差值变为-2，嵌入信息后变化的像素为原始像素值上减去1；而对于其他的预测误差值Pred，对于这类像素值，采用灰度平移的方式，即对于预测误差值Pred大于0的，使嵌入水印信息前的像素值加上1，对于预测误差值Pred小于-1的，使嵌入水印信息前的像素值减去1。可选地，对处于近平滑区和中边缘区进行水印信息嵌入，所采用的预测误差扩展方法为：采用原始图像块内的像素的像素值为Xi,j，嵌入水印信息后的像素的像素值为Yi,j，则嵌入前后的像素值对应关系为：式中Pi,j为预测误差，Th为预设阈值。可选地，对弱边缘区进行水印信息嵌入，所采用的两倍预测误差扩展的方法为：采用原始图像块内的像素的像素值为Xi,j，嵌入水印信息后的像素的像素值为Yi,j，则嵌入前后的像素值对应关系为：其中，m＝2b1+b2，b1,b2∈{0,1}，即两倍预测误差最多能嵌入b1和b2两比特信息；Th为预设阈值。一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏装置，包括：原始图像局部平滑性计算模块，用于计算图像块内像素的像素值的方差和预设阈值的大小关系来区分原始图像的图像块的局部复杂度，将原始图像分为平滑区、近平滑区、弱边缘区、中边缘区和强边缘区；预测误差计算模块，用于根据图像块内的当前像素及图像块内的其他像素的相对位置关系计算预测误差；水印信息的嵌入模块，用于根据计算得到的预测误差，采用直方图平移的方法对平滑区和强边缘区进行水印信息的嵌入，采用预测误差扩展的方法对近平滑区和中边缘区进行水印信息的嵌入，采用两倍预测误差扩展的方法对弱边缘区进行水印信息的嵌入，得到水印嵌入图像。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本实施例包括计算图像块内像素的像素值的方差和预设阈值的大小关系来区分原始图像的图像块的局部复杂度，将原始图像分为平滑区、近平滑区、弱边缘区、中边缘区和强边缘区；采用基于图像块内的当前像素及图像块内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括：基于计算图像块内像素的像素值的方差和预设阈值的大小关系来区分原始图像的图像块的局部复杂度，将原始图像分为平滑区、近平滑区、弱边缘区、中边缘区和强边缘区；采用基于图像块内的当前像素及图像块内的其他像素的相对位置关系计算预测误差；根据计算得到的预测误差，采用直方图平移的方法对平滑区和强边缘区进行水印信息的嵌入，采用预测误差扩展的方法对近平滑区和中边缘区进行水印信息的嵌入，采用两倍预测误差扩展的方法对弱边缘区进行水印信息的嵌入，得到水印嵌入图像。

【技术特征摘要】
1.一种结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括：基于计算图像块内像素的像素值的方差和预设阈值的大小关系来区分原始图像的图像块的局部复杂度，将原始图像分为平滑区、近平滑区、弱边缘区、中边缘区和强边缘区；采用基于图像块内的当前像素及图像块内的其他像素的相对位置关系计算预测误差；根据计算得到的预测误差，采用直方图平移的方法对平滑区和强边缘区进行水印信息的嵌入，采用预测误差扩展的方法对近平滑区和中边缘区进行水印信息的嵌入，采用两倍预测误差扩展的方法对弱边缘区进行水印信息的嵌入，得到水印嵌入图像。2.根据权利要求1所述的结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法，其特征在于，得到水印信息嵌入图像之后，还包括：获取所述水印嵌入图像中最后一行n个像素的最低有效位，并将所述最低有效位信息和嵌入水印容量信息构成图像恢复元素信息；将附加参数信息填充至所述最低有效位处；将所述图像恢复元素信息嵌入至每个嵌入水印的图像块中，得到水印嵌入细节图像；其中，n为所述附加参数信息总长度，所述附加参数信息包括所述位置图压缩后的码流信息、原始图像的最小和最大值、阈值、图像块的行数和列数、水印嵌入终止位置所在行和所在列、结束字符。3.根据权利要求2所述的结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法，其特征在于，得到水印嵌入细节图像之后，还包括：获取所述水印嵌入图像最后一行n个像素的最低有效位，并从所述最低有效位中得到所述附加参数信息；基于所述附加参数信息，按照与嵌入水印的相反顺序，从各图像块中提取水印信息，得到恢复的原始图像。4.根据权利要求1所述的结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述采用基于图像块内的当前像素及图像块内的其他像素的相对位置关系计算预测误差具体包括；当前图像块位置(i,j)的像素值为x，其右边(i,j+1)相邻像素v1，下边(i+1,j)相邻像素v3，斜右下(i+1,j+1)对角像素v4以及其斜左下(i+1,j-1)对角像素v2根据以上像素所构成的图像块对应所求得的预测值Pred为：根据预测值Pred得到预测误差值预测误差值Pee＝x-Pred。5.根据权利要求4所述的结合多层差扩展具有对比度增强的可逆信息隐藏方法，其特征在于，基于计算图像块内像素的像素值的方差和预设阈值的大小关系来区分原始图像的图像块的局部复杂度，将原始图像分为平滑区、近平滑区、弱边缘区、中边缘区和强边缘区具体包括：计算四个像素值{v1,v2,v3,v4}的方差FV：式中，是四个像素值{v1,v2,v3,v4}的均值，即：根据预设阈值对图像像素值进行5个类别划分，包括：阈值为T0,T1,T2,T3,T4和T5，它们的...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁韶伟，张鸿超，叶武剑，刘怡俊，张子文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44