CN111127288B - 可逆图像水印处理方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及数字图像水印技术领域，公开了一种可逆图像水印处理方法，所述方法包括：获取宿主图像，将所述宿主图像按像素划分为第一颜色与第二颜色所述第一颜色与所述第二颜色相间排列，从而得到关于所述宿主图像的棋盘结构，所述棋盘结构按照所述第一颜色与所述第二颜色划分为两个半平面；根据预设图像算法依次对所述两个半平面进行水印嵌入；当所述两个半平面的水印嵌入均完成后，得到含水印的载体图像。本发明中，将宿主图像分为黑白两个半平面，分别针对每个半平面嵌入水印，提高水印嵌入容量。
Description
技术领域
本发明实施例涉及数字图像水印技术领域，特别涉及一种可逆图像水印处理方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着现代社会进入互联网信息时代，图像、音频、视频等多媒体数字载体成为承载信息的主要媒介。各领域对数字图像技术的要求也越来越高，尤其是在军事，医疗等领域，不仅要求能够检测图像内容是否完整，还需要进一步提高认证图像质量，增强水印的隐蔽性。在图像受到篡改时，能准确定位出图像被篡改区域并进行恢复。
目前在可逆数字图像水印领域，已有多种图像像素预测差值方法提出。其中，现有技术中主要通过用图像像素相邻4个方向的像素值的平均值作为预测值，与预测像素的像素值作差得到预测差值，从而得到直方图来嵌入水印。但是现有的技术方案存在以下技术问题：
首先，如果认证图像纹理差别较大，则相邻像素之间像素值有可能差异较大，从而导致平均值法计算出的预测差值准确性较差，预测精度不高，做出的二维直方图精准性较低，最终导致含水印图像质量下降。
其次，如果认证图像被篡改，也不能较为准确地定位出图像被篡改区域并进行恢复，从而不能对图像的完整性进行很好地认证。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种可逆图像水印处理方法，使得含水印图像质量更高，水印隐蔽性更强。还能够准确判断图像是否被篡改并准确定位出篡改区域，进而对被篡改图像进行恢复。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种可逆图像水印处理方法，所述方法包括：获取宿主图像，将所述宿主图像按像素划分为第一颜色与第二颜色所述第一颜色与所述第二颜色相间排列，从而得到关于所述宿主图像的棋盘结构，所述棋盘结构按照所述第一颜色与所述第二颜色划分为两个半平面；根据预设图像算法依次对所述两个半平面进行水印嵌入；当所述两个半平面的水印嵌入均完成后，得到含水印的载体图像。
本发明实施方式相对于现有技术中选择方差最大块嵌入水印而言，通过将宿主图像分为黑白两个半平面，分别针对每个半平面嵌入水印，提高水印嵌入容量。
优选地，选取所述两个半平面中的任意一个作为目标半平面，根据预设图像算法对所述目标半平面进行水印嵌入的，包括：通过公式(1)及公式(2)，计算所述目标半平面中所包含的全部像素中每个像素的差值对(e1,e2)，所述公式(1)为：
所述公式(2)为：
其中，/>
为向下取整符号，x(i,j)代表像素(i,j)的像素值，w1、w2、w3、w4分别代表像素(i,j)4个邻域像素的权重值，e1为公式(1)的计算值，e2为公式(2)的计算值；对所有差值对进行统计，根据所述所有差值对生成二维差值直方图H(e1,e2)；根据公式(3)将所述二维差值直方图H(e1,e2)转化为一维直方图Hc(e1,e2)，并计算出可嵌入信道，公式(3)为：c＝e1-e2；统计所述可嵌入信道中每个信道上出现频次最高的两个峰值点及所述两个峰值点的横坐标p1,p2，其中，当p1<p2时，记录所述两个峰值点在对应信道上的坐标(p1,p1-c)和(p2,p2-c)；按照公式(4)对所述可嵌入信道中每个信道进行平移，得到所述宿主图像平移后像素(i,j)的像素值x’(i,j)，公式(4)为：/>
将所述宿主图像分成多个子块，根据公式(1)、公式(2)计算平移后所述目标半平面中所包含的全部像素中每个像素的差值对(e1’,e2’)；遍历所述多个子块，为所述多个子块中的每个子块嵌入水印信息，直到所述目标半平面中所有的子块全部嵌入水印，其中，嵌入水印过程中，根据公式(5)，公式(6)计算像素(i,j)嵌入水印后的像素值，公式(5)为：当e2’＝e1’-c并且e1’＝p1时，x”(i,j)＝x’(i,j)-b；公式(6)为：当e2’＝e1’-c并且e1’＝p2时，x”(i,j)＝x’(i,j)+b；x’(i,j)表示所述宿主图像平移后像素(i,j)的像素值，x”(i,j)表示像素(i,j)嵌入水印后的像素值，b表示一位水印信息。
优选地，所述方法还包括：在根据预设图像算法依次对所述两个半平面进行水印嵌入的过程中，记录嵌入所述宿主图像的第一水印信息。
优选地，所述方法还包括：对所述载体图像进行水印提取，提取出第二水印信息；比较所述第一水印信息与所述第二水印信息，并根据比较结果判断所述载体图像是否受到篡改；当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改定位。
优选地，所述方法还包括：当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改后恢复。
优选地，所述第一水印信息包含第一水印序列，所述第二水印信息包含第二水印序列，所述比较所述第一水印信息与所述第二水印信息，并根据比较结果判断所述载体图像是否受到篡改，包括：判断所述第一水印序列与所述第二水印序列是否相等；当所述第一水印序列与所述第二水印序列相等时，则确定所述载体图像未受到篡改；当所述第一水印序列与所述第二水印序列不相等时，则确定所述载体图像受到篡改。
优选地，所述当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改定位，包括：步骤a，将所述载体图像成多个子块；步骤b，选取所述多个子块中的目标子块，获取所述目标子块嵌入的第三水印信息；步骤d，对所述目标子块进行水印提取，提取出第四水印信息；步骤e，判断所述第三水印信息与所述第四水印信息是否相等；步骤f，当所述第三水印信息与所述第四水印信息相等时，则执行步骤g，否则，执行步骤h；步骤g，获取所述多个子块中的下一个子块，并重复步骤b-f；步骤h，当所述第三水印信息与所述第四水印信息不相等时，则将所述目标子块标记为预设颜色；步骤i，获取步骤h中所有标记为预设颜色的子块在所述载体图像中所形成的区域，将该区域作为定位出的篡改区域。
优选地，所述当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改后恢复，包括：提取篡改区域的第五水印信息，所述水印信息为二进制01序列；将所述第五水印信息的二进制序列进行转换，其中，当第五水印信息为0时，将第五水印信息转换为1，当第五水印信息为1时，将第五水印信息转换为0；获取转换后的第五水印信息后，对所述载体图像进行恢复。
本发明的实施方式还提供了一种可逆图像水印处理装置，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的可逆图像水印处理方法的步骤。
本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述可逆图像水印处理方法的步骤。
另外，本发明的实施方式相比于现有技术而言，还通过分析图像纹理信息为待测像素的相邻像素分配不同权重，避免了相邻像素之间像素值因为差异较大导致平均值法计算出的预测值准确性较差的情况，得到更为准确的预测差值，从而使得含水印图像质量更高，水印隐蔽性更强。
另外，本发明的实施方式还通过将宿主图像分成多个子块，对比从子块提取和嵌入的水印是否相同，从而判断图像是否被篡改并准确定位出篡改区域，进而对被篡改图像进行恢复。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
图1是根据本发明第一实施方式的可逆图像水印处理方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施方式的宿主图像的棋盘结构；
图3是根据本发明第二实施方式的可逆图像水印处理方法的流程示意图；
图4是根据本发明第三实施方式的可逆图像水印处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种可逆图像水印处理方法，本实施方式的核心在于，通过将所述宿主图像按像素划分为棋盘结构的两个半平面，分别针对每个半平面嵌入水印，提高水印嵌入容量，本实施方式中，还利用图像纹理信息为待测像素的相邻像素分配不同权重得到更为准确的预测差值，从而使得含水印图像质量更高，水印隐蔽性更强。下面对本实施方式的可逆图像水印处理方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
本实施方式中的可逆图像水印处理方法的流程示意图如图1所示，该方法应用于可逆图像水印处理装置。在本实施方式中，根据不同的需求，图1所示的流程图中的步骤的执行顺序可以改变，某些步骤可以省略。
步骤101：获取宿主图像，将所述宿主图像划分为两个半平面。
具体地，可逆图像水印处理装置获取宿主图像后，将宿主图像按像素划分为第一颜色与第二颜色两种颜色，例如，黑白两种颜色，其中，第一颜色与第二颜色两种颜色相间排列，从而得到关于宿主图像的棋盘结构(如图2所示)，棋盘结构也可叫做网状结构。棋盘结构按照第一颜色与第二颜色划分为两个半平面。例如，在具体实施例中，棋盘结构按照黑白颜色分别划分为黑色半平面和白色半平面。即，棋盘结构中所有黑色区域称为黑色半平面，棋盘结构中所有白色区域称为白色半平面，黑白区域相间排列。必须说明的是，本实施方式中，并不对第一颜色，第二颜色作限定，开发人员根据需要或者喜好可以设置成任何两种颜色，每种颜色对应一个半平面。
另外，本实施方式中，宿主图像是由像素点构成的数字文件，是未经过水印处理的原始图像。
步骤102：根据预设图像算法依次对所述两个半平面进行水印嵌入。
具体地，选取所述两个半平面中的任意一个作为目标半平面，根据预设图像算法依次对目标半平面进行水印嵌入，当目标半平面水印嵌入完毕后，对另一半平面进行水印嵌入。
本实施方式中为了便于对方案进行描述，第一颜色与第二颜色分别以黑色，白色两种颜色为例。必须说明的是，本实施方式中出现的黑色，白色均是为了方便描述所举例，并不对本方案中的第一颜色与第二颜色进行限定。
例如，可逆图像水印处理装置通过预设图像算法对白色半平面进行水印嵌入，当白色半平面的水印嵌入完成后，根据同样的图像算法对所述黑色半平面进行水印嵌入，当黑色半平面的水印嵌入完成后，得到含水印的载体图像。当然，本实施方式中，并不对黑白两个半平面水印嵌入的顺序进行限定，在其他的实施例中，也可以在黑色半平面的水印嵌入完成后，对白色半平面进行水印嵌入，当所述白色半平面的水印嵌入完成后，得到含水印的载体图像。
下面，以对白色半平面进行水印嵌入的步骤为例，对预设图像算法进行说明：
(1)，通过公式(1)、公式(2)，计算白色半平面中所包含的全部像素中每个像素的差值对(e1,e2)，公式如下：
其中，
为向下取整符号，x(i,j)代表像素(i,j)的像素值，w1、w2、w3、w4分别代表像素(i,j)4个邻域像素的权重值，e1为公式(1)的计算值，e2为公式(2)的计算值。
本实施方式中，对宿主图像中的像素(i,j)，用像素(i,j)的像素值x(i,j)与像素(i,j)的下、上、左、右四个相邻像素的像素值均值向下取整并做差，得到该像素的第一个预测差值e1，用像素(i,j)的像素值x(i,j)与像素(i,j)的左下、右下、左上、右上四个相邻像素的像素值均值向下取整并做差，得到该像素的第二个预测差值e2。从而得到关于像素(i,j)的差值对(e1,e2)。
本领域技术人员应该理解的是像素(i,j)只是为了对公式进行说明，并不对像素点进行限定，以上算法适用于宿主图像中的每个像素。
另外，由于待认证的宿主图像纹理差别较大，相邻像素之间像素值有可能差异较大，现有技术中直接通过平均值计算出的预测差值准确性较差，导致后续步骤做出的直方图精准性低，最终导致含水印图像质量下降。本实施例中，为了提高预测差值的准确度，分析图像纹理信息，根据待测像素的每个相邻像素的像素值在所有相邻像素的像素值中所占的比重，为待测像素的相邻像素分配不同权重。如上述公式一中w1、w2、w3、w4分别代表像素(i,j)的下、上、左、右四个相邻像素的权重值，公式二中w1、w2、w3、w4分别代表像素(i,j)的左下、右下、左上、右上四个相邻像素的权重值。其中，w1、w2、w3、w4代表像素(i,j)四个邻域像素值分别在四个邻域像素值总和中所占的比重，例如，公式一中：
w1表示像素(i,j)的下邻域像素(i,j-1)的像素值x(i,j-1)在四个邻域像素值总和所占的比重，w1＝x(i,j-1)/(x(i,j-1)+x(i,j+1)+x(i-1,j)+x(i+1,j))。依次类推，
w2表示像素(i,j)的上邻域像素(i,j+1)的像素值x(i,j+1)在四个邻域像素值总和所占的比重，w2＝x(i,j+1)/(x(i,j-1)+x(i,j+1)+x(i-1,j)+x(i+1,j))。
w3表示像素(i,j)的左邻域像素(i-1,j)的像素值x(i,j+1)在四个邻域像素值总和所占的比重，w3＝x(i-1,j)/(x(i,j-1)+x(i,j+1)+x(i-1,j)+x(i+1,j))。
w4表示像素(i,j)的右邻域像素(i+1,j)的像素值x(i+1,j)在四个邻域像素值总和所占的比重，w4＝x(i+1,j)/(x(i,j-1)+x(i,j+1)+x(i-1,j)+x(i+1,j))。
根据同样的计算方法，公式(2)中：
w1表示像素(i,j)的左下邻域像素(i-1,j-1)的像素值x(i-1,j-1)在四个邻域像素值总和所占的比重，w1＝x(i-1,j-1)/(x(i-1,j-1)+x(i+1,j-1)+x(i-1,j+1)+x(i+1,j+1))。
依次类推，
w2表示像素(i,j)的右下邻域像素(i,j+1)的像素值x(i,j+1)在四个邻域像素值总和所占的比重，w2＝x(i+1,j-1)/(x(i-1,j-1)+x(i+1,j-1)+x(i-1,j+1)+x(i+1,j+1))。
w3表示像素(i,j)的左上邻域像素(i-1,j)的像素值x(i,j+1)在四个邻域像素值总和所占的比重，w3＝x(i-1,j+1)/(x(i-1,j-1)+x(i+1,j-1)+x(i-1,j+1)+x(i+1,j+1))。
w4表示像素(i,j)的右上邻域像素(i+1,j)的像素值x(i+1,j)在四个邻域像素值总和所占的比重，w4＝x(i+1,j+1)/(x(i-1,j-1)+x(i+1,j-1)+x(i-1,j+1)+x(i+1,j+1))。
其中，在公式(1)，公式(2)中，均满足公式w1+w2+w3+w4＝1。
另外，若像素(i,j)处于顶角或边界，其4邻域像素有几个就计算几个，不限定邻域像素值一定是4个值。例如预测差值x’(0,1)只有三个邻域，计算出x’(0,1)的4邻域差值为：
对于边缘像素或处于顶角的像素，它相应的邻域像素有几个就算几个。如：对于第一个像素x(0,0)，由于它只存在三个邻域的像素，故它的预测差值为：
上述实施方式中，分析图像的纹理信息，根据待测像素的每个相邻像素的像素值在所有相邻像素的像素值中所占的比重，为待测像素的相邻像素分配不同权重得到更为准确的预测差值，从而使得含水印图像质量更高，水印隐蔽性更强。
(2)，对步骤(1)中计算得到的所有差值对进行统计，根据所有差值对生成二维差值直方图H(e1,e2)。
根据差值对生成二维差值直方图属于较成熟的技术，本实施方式中不再赘述。
(3)，根据公式(3)将所述二维直方图降维为一维直方图Hc(e1,e2)，并计算出可嵌入信道。公式(3)为c＝e1-e2，其中可嵌入信道c的值是e1-e2得绝对值。
(4)，统计可嵌入信道中每个信道上出现频次最高的两个峰值点及所述两个峰值点的横坐标p1、p2，其中，当p1<p2时，记录所述两个峰值点在对应信道上的坐标(p1,p1-c)和(p2,p2-c)。
(5)，按照公式(4)对可嵌入信道中每个信道进行平移，得到所述宿主图像平移后像素(i,j)的像素值x’(i,j)，公式(4)为：
本实施方式中，对每个可嵌入信道c进行平移，如果信道c上点满足e2＝e1-c(即点(e1,e2)在信道c上)且e1<p1，那么该点就向左下方平移一个单位，即e1、e2都减1，并且(e1,e2)差值对所对应的宿主图像的像素值也减1。同理，如果信道c上的点(e1,e2)满足条件e2＝e1-c并且e1>p2,那么该点就向右上平移一个单位，即e1,e2都加1，并且差值对(e1,e2)所对应宿主图像中的像素值也加1。其中，(e1’,e2’)表示信道上的点平移后的新坐标，x’(i,j)表示信道平移后，宿主图像中位于(i,j)处新的像素值。
(6)，将所述宿主图像按分成多个子块，根据公式(1)公式(2)计算平移后所述白色半平面中所包含的全部像素中每个像素的差值对(e1’,e2’)。本实施方式中，将宿主图像按4*4大小进行分块，在其他实施方式中，也可以根据需要分成其他大小的子块，例如8*8大小等。
(7)遍历所述多个子块，为所述多个子块中的每个子块嵌入水印信息，直到所述白色半平面中所有的子块全部嵌入水印，其中，嵌入水印过程中，根据公式(5)，公式(6)计算像素(i,j)嵌入水印后的像素值：
公式(5)为：当e2’＝e1’-c并且e1’＝p1时，x”(i,j)＝x’(i,j)-b；
公式(6)为：当e2’＝e1’-c并且e1’＝p2时，x”(i,j)＝x’(i,j)+b；
x’(i,j)表示所述宿主图像平移后像素(i,j)的像素值，x”(i,j)表示像素(i,j)嵌入水印后的像素值，b表示一位水印信息。具体地，水印信息为随机生成的二值序列，即二进制01序列，即b的值为0或1。
公式(5)表示，如果子块中的像素所对应的差值对(e1’,e2’)满足e2’＝e1’-c并且e1’＝p1，那么在该像素所在位置嵌入一位水印信息，即该像素的像素值变为x”(i,j)＝x’(i,j)-b，其中，x’(i,j)表示的是经过平移后的宿主图像像素值，b表示一位水印信息，它的值为0或1。
公式(6)表示，如果像素所对应的差值对(e1’,e2’)满足当e2’＝e1’-c并且e1’＝p2时，那么在该像素处嵌入一位水印信息，即该像素的像素值变为x’(i,j)＝x(i,j)+b，其中，x’(i,j)表示的是经过平移后的宿主图像像素值，b表示一位水印信息，它的值为0或1。
本实施方式中，在同一个子块中，嵌入的水印信息要么为0，要么为1。一个子块中嵌入多少位水印信息，取决于该子块中峰值点的个数。若该子块中峰值点的个数为m，则一个子块中嵌入水印信息的位数n＝2m+1。
在遍历所有子块，直到白色半平面全部嵌入完毕后，通过上述算法对黑色半平面进行水印嵌入。对黑色半平面进行水印嵌入也是采用与白色半平面进行水印嵌入时相同的算法，此处不再赘述。
步骤103：当所述两个半平面的水印嵌入均完成后，得到含水印的载体图像。
例如，当宿主图像分成黑色半平面与白色半平面时，当白色半平面和黑色半平面的水印嵌入均完成后，得到含水印的载体图像。本实施方式中，载体图像是指宿主图像嵌入水印后的图像。
与现有技术相比，本发明实施方式，将宿主图像分为黑白两个半平面，分别针对每个半平面嵌入水印，提高水印嵌入容量，还通过分析图像纹理信息为待测像素的相邻像素分配不同权重得到更为准确的预测差值，从而使得含水印图像质量更高，水印隐蔽性更强。
本发明的第二实施方式涉及一种可逆图像水印处理方法。第二实施方式是对本发明第一施方式的进一步改进，主要改进之处在于：通过将宿主图像分成多个子块，对比从子块提取和嵌入的水印是否相同，从而判断图像是否被篡改并准确定位出篡改区域，进而对被篡改图像进行恢复。
本实施方式中的可逆图像水印处理方法如图3所示，具体包括：
步骤S301：获取宿主图像，将所述宿主图像划分为两个半平面。
步骤S302：根据预设图像算法依次对所述两个半平面进行水印嵌入，并记录嵌入所述宿主图像的第一水印信息。
其中，第一水印信息包含第一水印序列。必须说明的是，此处的第一与下文中的第二、第三、第四、第五仅仅是为了撰写上进行区分，并不对水印信息的功能，属性等作限定。另外，本实施水印信息为随机生成的二值序列，即二进制01序列，即水印信息的值为0或1。
步骤S303：当所述两个半平面的水印嵌入均完成后，得到含水印的载体图像。
本实施方式中，步骤S302还记录嵌入所述宿主图像的第一水印信息，除此外步骤S301至步骤S303分别与第一实施方式中步骤S101至步骤S103大致相同，为避免重复，在此不再一一赘述。
步骤S304：对所述载体图像进行水印提取，提取出第二水印信息。
其中，第二水印信息包含第二水印序列。
步骤S305：比较所述第一水印信息与所述第二水印信息，并根据比较结果判断所述载体图像是否受到篡改。
本实施方式中，所述比较所述第一水印信息与所述第二水印信息，并根据比较结果判断所述载体图像是否受到篡改的步骤，包括：判断所述第一水印序列与所述第二水印序列是否相等，当所述第一水印序列与所述第二水印序列相等时，则确定所述载体图像未受到篡改，反之，当所述第一水印序列与所述第二水印序列不相等时，则确定所述载体图像受到篡改。
步骤S306：当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改定位。
本实施方式中，当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改定位的步骤，包括：
将所述载体图像分成多个子块，本实施方式中，将载体图像按4*4大小进行分块，在其他实施方式中，也可以根据需要分成其他大小的子块，例如8*8大小等。当对载体图像分块完成后，选取所述多个子块中的目标子块，获取所述目标子块嵌入的第三水印信息；对所述目标子块进行水印提取，提取出第四水印信息；判断所述第三水印信息与所述第四水印信息是否相等；当所述第三水印信息与所述第四水印信息不相等时，说明该子块受到篡改，则将该4*4大小的目标子块标记为预设颜色，例如，黑色。当所述第三水印信息与所述第四水印信息相等时，则继续遍历所述多个子块中的下一个子块。重复上述步骤，依次遍历载体图像多个子块中的所有子块。最终，获取所有标记为预设颜色的子块在载体图像中所形成的区域，将该区域作为定位出的篡改区域。例如，预设颜色为黑色，则载体图像中标记为黑色的区域即为篡改区域。其中，预设颜色可以由开发人员进行自定义，并不限定为本实施方式中的黑色。
步骤S307：当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改后恢复。
需要说明的是，前述“对所述载体图像进行篡改后恢复”的意思是说对所述载体图像进行“篡改后的恢复”，换句话说，“对所述载体图像进行篡改后恢复”也即“对所述载体图像进行恢复”。进一步地，本实施方式中，当载体图像被篡改，对所述载体图像进行篡改定位后，还对载体图像进行篡改后恢复，步骤包括：
提取篡改区域的第五水印信息，所述水印信息为二进制01序列；将所述第五水印信息的二进制序列进行转换，其中，当第五水印信息为0时，将第五水印信息转换为1，当第五水印信息为1时，将第五水印信息转换为0；获取转换后的第五水印信息后，通过本发明第一实施例中水印嵌入逆过程对所述载体图像进行恢复。具体地，第一实施例中水印嵌入逆过程为预设图像算法的逆步骤。
本实施方式中，由于嵌入的水印不论是文字还是图像，在嵌入时都转成了二进制01序列，所以如果被篡改区域提取的水印是0，则真正的水印信息为1，从而利用水印嵌入逆过程对原始图像进行恢复。
与现有技术相比，本发明实施方式，通过将宿主图像分成多个子块，对比从子块提取和嵌入的水印是否相同，从而判断图像是否被篡改并准确定位出篡改区域，进而通过水印嵌入的逆过程对被篡改图像进行恢复。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，并不对步骤执行的先后顺序进行限定，而且实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种可逆图像水印处理装置，如图4所示，包括至少一个处理器401；以及，与至少一个处理器401通信连接的存储器402；其中，存储器402存储有可被至少一个处理器401执行的指令，指令被至少一个处理器401执行，以使至少一个处理器401能够执行上述的可逆图像水印处理方法的步骤。
其中，处理器401和存储器402采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器401和存储器402的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器401处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器401。
处理器401负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时、外围接口、电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器402可以被用于存储处理器401在执行操作时所使用的数据。
本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述可逆图像水印处理方法的步骤。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种可逆图像水印处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取宿主图像，将所述宿主图像按像素划分为第一颜色与第二颜色，所述第一颜色与所述第二颜色相间排列，从而得到关于所述宿主图像的棋盘结构，所述棋盘结构按照所述第一颜色与所述第二颜色划分为两个半平面；所述第一颜色区域与所述第二颜色区域分别对应所述两个半平面中的一个半平面；所述第一颜色区域与所述第二颜色区域相间排列；
根据预设图像算法依次对所述两个半平面进行水印嵌入；
当所述两个半平面的水印嵌入均完成后，得到含水印的载体图像；
所述预设图像算法包括：
根据待测像素的每个相邻像素的像素值在所有相邻像素的像素值中所占的比重，为所述待测像素的所述每个相邻像素分配不同的权重；
根据所述每个相邻像素及所述每个相邻像素对应的权重计算出第一预测差值与第二预测差值，得到所述待测像素的差值对；
根据所述差值对生成二维差值直方图并转化为一维直方图；
根据一维直方图计算出可嵌入信道进行水印嵌入。
2.根据权利要求1所述的可逆图像水印处理方法，其特征在于，选取所述两个半平面中的任意一个作为目标半平面，根据预设图像算法对所述目标半平面进行水印嵌入的，包括：
通过公式(1)及公式(2)，计算所述目标半平面中所包含的全部像素中每个像素的差值对(e1,e2)，
所述公式(1)为：
所述公式(2)为：
其中，
为向下取整符号，x(i,j)代表像素(i,j)的像素值，w1、w2、w3、w4分别代表像素(i,j)4个邻域像素的权重值，e1为公式(1)的计算值，e2为公式(2)的计算值；
对所有差值对进行统计，根据所述所有差值对生成二维差值直方图H(e1,e2)；
根据公式(3)将所述二维差值直方图H(e1,e2)转化为一维直方图Hc(e1,e2)，并计算出可嵌入信道，公式(3)为：c＝e1-e2；
统计所述可嵌入信道中每个信道上出现频次最高的两个峰值点及所述两个峰值点的横坐标p1,p2，其中，当p1<p2时，记录所述两个峰值点在对应信道上的坐标(p1,p1-c)和(p2,p2-c)；
按照公式(4)对所述可嵌入信道中每个信道进行平移，得到所述宿主图像平移后像素(i,j)的像素值x’(i,j)，公式4为：
将所述宿主图像分成多个子块，根据公式(1)、公式(2)计算平移后所述目标半平面中所包含的全部像素中每个像素的差值对(e1’,e2’)；
遍历所述多个子块，为所述多个子块中的每个子块嵌入水印信息，直到所述目标半平面中所有的子块全部嵌入水印，其中，嵌入水印过程中，根据公式(5)、公式(6)计算像素(i,j)嵌入水印后的像素值，
公式(5)为：当e2’＝e1’-c并且e1’＝p1时，x”(i,j)＝x’(i,j)-b；
公式(6)为：当e2’＝e1’-c并且e1’＝p2时，x”(i,j)＝x’(i,j)+b；
x’(i,j)表示所述宿主图像平移后像素(i,j)的像素值，x”(i,j)表示像素(i,j)嵌入水印后的像素值，b表示一位水印信息。
3.根据权利要求1所述的可逆图像水印处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
在根据预设图像算法依次对所述两个半平面进行水印嵌入的过程中，记录嵌入所述宿主图像的第一水印信息。
4.根据权利要求3所述的可逆图像水印处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述载体图像进行水印提取，提取出第二水印信息；
比较所述第一水印信息与所述第二水印信息，并根据比较结果判断所述载体图像是否受到篡改；
当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改定位。
5.根据权利要求4所述的可逆图像水印处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改后恢复。
6.根据权利要求4所述的可逆图像水印处理方法，其特征在于，所述第一水印信息包含第一水印序列，所述第二水印信息包含第二水印序列，所述比较所述第一水印信息与所述第二水印信息，并根据比较结果判断所述载体图像是否受到篡改，包括：
判断所述第一水印序列与所述第二水印序列是否相等；
当所述第一水印序列与所述第二水印序列相等时，则确定所述载体图像未受到篡改；
当所述第一水印序列与所述第二水印序列不相等时，则确定所述载体图像受到篡改。
7.根据权利要求4所述的可逆图像水印处理方法，其特征在于，所述当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改定位，包括：
步骤a，将所述载体图像分成多个子块；
步骤b，选取所述多个子块中的目标子块，获取所述目标子块嵌入的第三水印信息；
步骤d，对所述目标子块进行水印提取，提取出第四水印信息；
步骤e，判断所述第三水印信息与所述第四水印信息是否相等；
步骤f，当所述第三水印信息与所述第四水印信息相等时，则执行步骤g，否则，执行步骤h；
步骤g，获取所述多个子块中的下一个子块，并重复步骤b-f；
步骤h，当所述第三水印信息与所述第四水印信息不相等时，则将所述目标子块标记为预设颜色；
步骤i，获取步骤h中所有标记为预设颜色的子块在所述载体图像中所形成的区域，将该区域作为定位出的篡改区域。
8.根据权利要求5所述的可逆图像水印处理方法，其特征在于，所述当所述载体图像被篡改时，对所述载体图像进行篡改后恢复，包括：
提取篡改区域的第五水印信息，所述水印信息为二进制01序列；
将所述第五水印信息的二进制序列进行转换，其中，当第五水印信息为0时，将第五水印信息转换为1，当第五水印信息为1时，将第五水印信息转换为0；
获取转换后的第五水印信息后，对所述载体图像进行恢复。
9.一种可逆图像水印处理装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8中任一项所述的可逆图像水印处理方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的可逆图像水印处理方法的步骤。
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