[发明专利]一种基于量化DCT系数零值索引的可逆图像水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可逆图像水印的嵌入和提取方法，特别涉及一种基于量化DCT系数零值索引的可逆图像水印方法。

背景技术

数字信息革命给人类的社会和生活带来了深刻的变化，同时也带来了新的挑战和创新机遇。数字多媒体作品的可完美复制和世界范围内几乎不需要代价的分发，使数字版权保护及内容完整性验证等安全问题成为迫切需要解决的问题。数字水印将一些信息隐藏在数字图像、视频或者音频信号中，已经成为一种保护数字媒体内容安全的有效手段。在现有的大多数数字水印方法中，由于水印信号的引入，宿主媒体会被永久的改变并无法还原到嵌入水印前的状态。虽然水印引入的失真通常很小并不容易被人的感知系统所察觉，但在一些对数据保真度要求极高的特殊领域中，如医学诊断图像、卫星遥感图像或者法律证据图像等，任何微小的失真都是不被允许的。因此数字水印技术在这些领域的应用受到了很大的限制。为了解决该问题，人们提出了可逆数字水印的概念，这种水印方案可以保证在提取端将宿主媒体精确还原到其未被嵌入水印时的原始状态。自从1997年Barton第一次提出可逆水印的概念以来，近年来已有学者提出一些可逆水印算法。已有的可逆水印算法基本上包括两种方式，即在空域中嵌入和在频域中嵌入。

在空域中嵌入可逆水印，优点是实现相对简单，嵌入容量也比较大；缺点是安全性较低，也难以对压缩过程具有鲁棒性。基于频域的可逆水印算法在安全性和与压缩标准相结合方面都具有优势。在基于频域的可逆水印算法中，宿主图像需要首先由离散小波变换(Discrete Wavelet Transformation，DWT)或离散余弦变换(Discrete Cosine Transformation，DCT)等变换方法转换到频域，再将水印信息嵌入到频域系数中。

直接以像素表示的数字图像一般都拥有较大的数据量，因此在实际的多媒体系统中，为了方便存储和传输，数字图像通常是以压缩格式存在的。现阶段，针对压缩图像的可逆水印方法还不是很多。由于DCT在数字图像处理中的广泛应用并被JPEG压缩标准所采用，现有的大部分压缩域可逆图像水印都基于DCT变换。Chen(参见Chen-Chang，C.and K.De-Sheng.DCT-Based Reversible Image Watermarking Approach.in Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing，2007.IIHMSP 2007.Third International Conference on.2007)等人使用连续的三个量化DCT系数实施水印嵌入，所使用的三个系数中第一个为非零值而其余两个都为零值。为了嵌入一个比特位，需要把中间的零系数修改为1或者-1。该方法具有一个弱点，即水印的嵌入容量十分的有限。近来，提高用于压缩图像的可逆水印算法的嵌入容量逐渐成为研究的重点。Xuan等人移动量化DCT系数的直方图以嵌入水印(参见Guorong Xuan，Y.Q.S.，Zhichen Ni，Peiqi Chai，Xia Cui，Xuefeng Tong，Reversible Data Hiding for JPEG Images Based on Histogram Pairs.2007)，达到了较高的嵌入容量。Chang等人在每个量化DCT系数块中定义一组序列并使用序列中的连续零值来实现水印嵌入(参见Chang，C.-C.，et al.，Reversible hiding in DCT-based compressed images.Information Sciences，2007.177(13)：p.2768-2786)，在引入较低失真的情况下达到了较大的嵌入容量，但也存在着一些局限：为了嵌入一位水印数据，至少一个零系数可能被修改，而修改零系数会导致图像质量的下降，另外，对于一些使用高JPEG质量压缩的图像，或者内容复杂的图像，在其量化DCT系数块中连续零系数的概率将变小，这将降低该算法在这些图像中的嵌入容量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于量化DCT系数零值索引的可逆图像水印，该方法使用量化DCT块的中高频零系数的索引值进行水印嵌入和提取。只要候选系数范围内最大的零系数索引不小于水印的整数值，则可以通过修改一位零系数来嵌入多个比特的水印。由于降低了被修改系数与嵌入的水印位数比例，本方法能在引入较少失真的情况下嵌入大量的水印。