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专利号: 2023101733117
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,包括水印嵌入方法,所述水印嵌入方法包括如下步骤:步骤1:对原始图像进行扫描,图像在扫描过程中遇到值为0的像素更改为1,值为255的像素改为254,构建溢出位置图LM记录这些像素,取LMi=1,未溢出像素LMi=0,最后当所有块都扫描完毕后,对最终得到的位置图采用算术编码对其进行无损压缩,压缩后的位置图为CLM,其长度表示为lCLM;

步骤2:嵌入时以2×3大小的块为基本单元将载体图像划分成灰、白两层,首先对灰色层进行操作,计算灰色层各块的局部复杂度BC,并设置阈值T1,如果BC≤T1,认定为平滑块,否则为非平滑块;

步骤3:对于2×3大小的平滑块,对其再次划分成1×3的图像块,然后对其中的小块像素根据预排序方案来自适应收集像素,并使用IPVO方法进行秘密信息嵌入;

利用相邻集合的像素值作为预排序集合的上下文信息,对1×3块内的3个像素进行像素值预测,块内像素p1、p2、p3的均值计算如下:其中,μ1、μ2、μ3分别表示p1、p2和p3的菱形均值,n1,n2,...,n8为块内三像素的上下文像素;

设一组均值序列{μ1,μ2,μ3},利用块内三个像素均值来完成预排序处理,d1、d2为像素均值序列的两个差值,具体计算如下:预排序方案为:

步骤4:对于2×3的非平滑块,计算其块内复杂度值IBC并设置阈值T2,若IBC≤T2,采用IPVO方法来嵌入秘密信息;若IBC>T2,利用块对角合并策略判断当前块与对角块是否可以合并,具体为:计算当前块与对角块的像素密度分布值PDD,将其合并后相应计算合并块的PDD,若合并块的PDD均大于二者,那么认定这两个块可以进行合并,完成秘密信息的嵌入,否则不能够进行合并,跳过;

步骤5:在嵌入了整个有效载荷之后,通过LSB替换将辅助信息嵌入到第一行前36+lCLM个像素中,辅助信息包括块大小、阈值T1和T2、最后嵌入块索引和压缩位置图的长度;

步骤6:对于白色层的像素重复前面步骤2‑4,并生成最终的载密图像。

2.根据权利要求1所述的基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,还包括水印提取方法,具体包括:S1:首先采用LSB方法提取载密图像第一行前36+lCLM个像素,以提取辅助信息,包括块大小、阈值T1和T2、最后嵌入块索引、压缩位置图CLM;

S2:将载密图像以2×3大小的块为基本单元划分成灰、白两层;首先从白色层开始,根据块复杂度计算方法,并根据所提取的阈值T1,划分平滑块和非平滑块;对于平滑块,将其二次划分成2个1×3大小的块,采用IPVO方法直接提取秘密信息,并恢复像素值;

S3:对于非平滑块,进一步计算块内复杂度值IBC,并利用所提取的阈值T2来提取秘密信息,若IBC≤T2,则采用与平滑块相同的操作提取秘密信息;否则根据块对角合并策略,来判定当前块是否与对角块进行了合并,具体为在提取时以当前块、对角块以及二者合并块的顺序依次计算PDD,若合并块PDD均大于二者,那么该块则与对角块进行了合并,生成了合并块,然后对其提取秘密信息;

S4:最后采用同样的操作对灰色层完成秘密信息的提取,然后恢复图像。

3.根据权利要求1或2所述的基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,将载体图像划分成灰、白两层具体操作为:利用菱形预测两层嵌入方法将图像以2×3大小的块为基本单元,以棋盘方式划分为灰色层和白色层。

4.根据权利要求1或2所述的基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,计算灰色层各块的局部复杂度BC和白色层各块的局部复杂度步骤相同,采用棋盘式分层嵌入框架,使用最近的四个其他层的相邻块作为该块的上下文,通过全封闭的上下文来计算块的复杂度值;以灰色层为例:上下文像素包括围绕中心灰色块的两圈像素点x1,x2,x3,...,x18,x19,x20,通过这些像素点来计算块复杂度值BC,计算公式如下:BC=dn+dv+dh       (1)

其中dn,dv,dh分别表示对角、水平以及垂直像素间的差值总和,具体计算过程如下:

5.根据权利要求1所述的基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤3中再次划分成1×3的图像块具体为:将灰色层和白色层的平滑块均进行再次划分,得到灰色叉集、灰色点集、白色叉集和白色点集,灰色叉集、白色叉集的像素连线均为原2×3图像块的正V型图像块,灰色点集、白色点集的像素连线均为原2×3图像块的倒V型图像块。

6.根据权利要求1或2所述的基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,计算块内复杂度值IBC具体方法为:IBC=pσ(5)‑pσ(2)      (6)

其中,pσ(5)和pσ(2)分别表示2×3图像块的次大与次小像素值,如果块内复杂度IBC小于等于T2则认为该块不用再次进行合并。

7.根据权利要求1所述的基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤4中计算2×3的非平滑块与对角块的像素密度分布值PDD的具体方法为:其中,num表示块中像素个数,pσ(num‑1)表示块中次大像素值,pσ(2)表示块中次小像素值,这二者的值在嵌入前后均不会发生任何改变。

8.根据权利要求1所述的基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述IPVO方法进行秘密信息嵌入具体操作为:

1)对包含n个像素值的块,对其像素值{P1,P2,...,Pn}按升序进行排序,然后获得一个有序序列{Pσ(1),Pσ(2),...,Pσ(n)},其中σ:{1,2,...,n}→{1,2,...,n}是一对一的映射,如果Pσ(i)=Pσ(j)且i<j使得Pσ(1)≤Pσ(2)≤...≤Pσ(n),σi<σj,IPVO中的预测误差dmax计算为:dmax=pu‑pv                                  (8)这里u=min(σ(n),σ(n‑1)),v=max(σ(n),σ(n‑1));

2)秘密信息b∈{0,1}通过修改预测误差dmax进行嵌入:

之后最大像素修改为:

最小像素的嵌入类似于上述最大像素的嵌入;预测误差dmin计算如下:

dmin=ps‑pt                                (11)其中,s=min(σ(1),σ(2)),t=max(σ(1),σ(2));

3)秘密信息b∈{0,1}通过修改预测误差dmin进行嵌入:

之后最小像素修改为:

9.根据权利要求2所述的基于块最优动态选择的可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述IPVO方法进行秘密信息提取具体操作为:提取秘密信息时,最大像素值在嵌入时,要么增加1或不变,所以块内像素值顺序并未发生改变,那么秘密信息的提取以及最大像素值恢复由以下可得:其中,像素值{P1,P2,...,Pn}按升序进行排序,获得一个有序序列{Pσ(1),Pσ(2),...,Pσ(n)},其中σ:{1,2,...,n}→{1,2,...,n}是一对一的映射, 为秘密信息b∈{0,1}通过修改预测误差dmax进行嵌入后的像素; 为修改后的最大像素;

提取秘密信息时,由于最小像素值在嵌入时,要么减1或不变,所以块内像素值顺序并未发生改变,那么秘密信息的提取以及最小像素值恢复由以下可得:其中, 为秘密信息b∈{0,1}通过修改预测误差dmin进行嵌入后的像素; 为修改后的最小像素。