CN113744111A - 水印嵌入方法和装置、水印提取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水印嵌入方法和装置、水印提取方法和装置，其中，该水印嵌入方法包括：获取原始二值图像，并得到原始二值图像的差值矩阵，在差值矩阵中每个像素的局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，进行数据嵌入，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵，对嵌入差值矩阵进行反变换，生成原始二值图像的水印嵌入图像。其实现了基于局部区域的可嵌入样式的获取，能够根据局部区域中水印的嵌入对像素造成的变化动态选择可嵌入样式，从而提高了可逆水印方法的性能。其实现了基于局部区域的可嵌入样式的获取，能够根据局部区域中水印的嵌入对像素造成的变化动态选择可嵌入样式，从而提高了可逆水印方法的性能。

Description

水印嵌入方法和装置、水印提取方法和装置

技术领域

本申请涉及图像处理领域，特别是涉及水印嵌入方法和装置、水印提取方法和装置。

背景技术

随着数字水印技术的发展，目前的可逆水印技术能够以灰度图像、彩色图像、音频以及视频等为载体，进行水印嵌入，从而实现对数字信息的隐藏，提高数字信息的安全性。相对上述的载体，二值图像由于像素值局限于0和1，冗余的数据量较小，作为载体嵌入水印图像的难度较大。在对票据、文档、资料以及艺术作品的数字化处理过程中，往往以二值图像的形式进行保存，因此二值图像的可逆水印技术的需求较大。在相关技术中，往往以原始二值图像的整体环境为基础进行像素样式的统计，以实现数据隐藏，这种水印嵌入方式是在水印数据嵌入之前完成像素样式的统计，不能根据二值图像在水印嵌入或提取过程中像素发生的变化而进行调整，因而降低了水印嵌入的性能。

针对相关技术中存在对像素样式的统计不能适应水印数据对像素造成的变化而降低可逆水印方法性能的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种水印嵌入方法和装置、水印提取方法和装置，以解决相关技术中对像素样式的统计不能适应水印数据对像素造成的变化而降低可逆水印方法性能的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种水印嵌入方法，包括：

获取原始二值图像，并对所述原始二值图像进行差值变换后，得到所述原始二值图像的差值矩阵；

按照预设的嵌入顺序，依次在所述差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在所述局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和所述可嵌入样式，对所述局部区域进行数据嵌入，直到所述待嵌入数据在所述差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，所述待嵌入数据根据预设的水印数据确定；

对所述嵌入差值矩阵进行反变换，生成所述原始二值图像的水印嵌入图像。

在其中的一些实施例中，所述按照预设的嵌入顺序，依次在所述差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，包括：

根据像素样式的预设数量，确定所述局部区域的固定大小；

按照所述预设的嵌入顺序，依次统计所述差值矩阵中每个像素的局部区域内的像素样式。

在其中的一些实施例中，所述可嵌入样式为PM样式、PF样式以及PFR样式中的一种，所述在所述局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和所述可嵌入样式，对所述局部区域进行数据嵌入，直到所述待嵌入数据在所述差值矩阵中嵌入完毕，包括：

在所述局部区域内选取到PM样式、PF样式或PFR样式的情况下，根据所述预设的待嵌入数据，利用Prediction-error方法对选取到的所述可嵌入样式进行嵌入处理，直到所述待嵌入数据在所述差值矩阵中嵌入完毕。

在其中的一些实施例中，所述根据所述预设的待嵌入数据，利用Prediction-error方法对选取到的所述可嵌入样式进行嵌入处理，包括：

在所述局部区域内选取到PM样式的情况下，根据所述待嵌入数据中的对应数据，将所述PM样式重置为PM样式或PF样式，并在所述待嵌入数据中进行对应数据的移除处理；

在所述局部区域内选取到PF样式的情况下，将所述PF样式重置为PFR样式，并在所述待嵌入数据中添加1个位置地图比特1；

在所述局部区域内选取到PFR样式的情况下，在所述待嵌入数据中添加1个位置地图比特0。

第二个方面，在本实施例中提供了一种水印提取方法，包括：

获取水印嵌入图像和已嵌入数据，其中，所述水印嵌入图像为将所述已嵌入数据按照预设的嵌入顺序和已嵌入样式嵌入原始图像得到的图像；

对所述水印嵌入图像进行差值变换后得到所述水印嵌入图像的嵌入差值矩阵；

按照与所述嵌入顺序相反的顺序，依次在所述嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在所述局部区域内选取到所述已嵌入样式的情况下，根据所述已嵌入样式和所述已嵌入数据，对所述局部区域进行样式还原处理，直到所述嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕；

对所述嵌入差值矩阵进行反变换，得到所述水印嵌入图像的原始二值图像。

在其中的一些实施例中，所述按照与所述嵌入顺序相反的顺序，依次在所述嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，包括：

按照与所述嵌入顺序相反的顺序，以所述嵌入差值矩阵中最后嵌入的已嵌入数据的像素为起始点，依次统计每个像素的所述局部区域内的像素样式。

在其中的一些实施例中，所述已嵌入样式为PM样式、PF样式以及PFR样式中的一种，所述在所述局部区域内选取到已嵌入样式的情况下，根据所述已嵌入样式和所述已嵌入数据，对所述局部区域进行样式还原处理，直到所述嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕，包括：

在所述局部区域内选取到所述PM样式、所述PF样式或所述PFR样式的情况下，利用Prediction-error方法对选取到的所述已嵌入样式进行还原处理，直到所述已嵌入数据提取完毕。

在其中的一些实施例中，所述在所述局部区域内选取到所述PM样式、所述PF样式或所述PFR样式的情况下，利用Prediction-error方法对选取到的所述已嵌入样式进行还原处理，包括：

在所述局部区域内选取到PM样式或PF样式的情况下，根据选取到的所述已嵌入样式，提取所述已嵌入数据，并将选取到的所述已嵌入样式重置为PM样式；

在所述局部区域内选取到PFR样式的情况下，根据已提取的已嵌入数据，将所述PFR样式重置为PF样式和PFR样式中对应的像素样式。

在其中的一些实施例中，所述像素样式由横向连续的预设数量的像素组成。

第三个方面，在本实施例中提供了一种水印嵌入装置，包括：

二值图像获取模块，用于获取原始二值图像，并对所述原始二值图像进行差值变换后，得到所述原始二值图像的差值矩阵；

嵌入模块，用于按照预设的嵌入顺序，依次在所述差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在所述局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和所述可嵌入样式，对所述局部区域进行数据嵌入，直到所述待嵌入数据在所述差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，所述待嵌入数据根据预设的水印数据确定；以及，

水印嵌入图像反变换模块，用于对所述嵌入差值矩阵进行反变换，生成所述原始二值图像的水印嵌入图像。

第四个方面，在本实施例中提供了一种水印提取装置，包括：

水印嵌入图像获取模块，用于获取水印嵌入图像和已嵌入数据，其中，所述水印嵌入图像为将所述已嵌入数据按照预设的嵌入顺序和已嵌入样式嵌入原始图像得到的图像；

差值变换模块，用于对所述水印嵌入图像进行差值变换后得到所述水印嵌入图像的嵌入差值矩阵；

还原模块，用于按照与所述嵌入顺序相反的顺序，依次在所述嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在所述局部区域内选取到所述已嵌入样式的情况下，根据所述已嵌入样式和所述已嵌入数据，对所述局部区域进行样式还原处理，直到所述嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕；以及，

二值图像反变换模块，用于对所述嵌入差值矩阵进行反变换，得到所述水印嵌入图像的原始二值图像。

上述水印嵌入方法和装置、水印提取方法和装置中，水印嵌入方法通过获取原始二值图像，并对原始二值图像进行差值变换后，得到原始二值图像的差值矩阵，按照预设的嵌入顺序，依次在差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和可嵌入样式，对局部区域进行数据嵌入，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，待嵌入数据根据预设的水印数据确定，对嵌入差值矩阵进行反变换，生成原始二值图像的水印嵌入图像。其实现了基于局部区域的可嵌入样式的获取，能够根据局部区域中水印的嵌入对像素造成的变化动态选择可嵌入样式，从而提高了可逆水印方法的性能。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是相关技术的水印嵌入方法的终端的硬件结构框图；

图2是本实施例的水印嵌入方法的流程图；

图3是本实施例的水印提取方法的流程图；

图4是优选实施例的水印嵌入方法的流程图；

图5是优选实施例的水印提取方法的流程图；

图6是本实施例的水印嵌入装置的结构框图；

图7是本实施例的水印提取装置的结构框图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

在本实施例中提供的方法实施例可以在终端、计算机或者类似的运算装置中执行。比如在终端上运行，图1是本实施例的水印嵌入方法的终端的硬件结构框图。如图1所示，终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102和用于存储数据的存储器104，其中，处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。上述终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述终端的结构造成限制。例如，终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示出的不同配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如在本实施例中的水印嵌入方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络包括终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器(NetworkInterface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中提供了一种水印嵌入方法，图2是本实施例的水印嵌入方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S210，获取原始二值图像，并对原始二值图像进行差值变换后，得到原始二值图像的差值矩阵。

其中，原始二值图像具体可以为对票据、文档、资料、艺术作品等进行二值化处理后得到的图像。该原始二值图像由若干个数值为0或1的像素组成。在以原始二值图像作为载体，进行水印数据的嵌入之前，可以对该原始二值图像进行差值变换，得到该原始二值图像的差值矩阵，并根据水印数据对该差值矩阵进行嵌入处理。

其中，原始二值图像具体可以为由若干行和若干列的像素组成的矩阵。对原始二值图像进行差值变换可以通过将原始二值图像中除第一列像素之外的每一列像素与前一列像素中相同行的像素进行异或运算，并将该异或运算后得到的值作为该列对应像素的值。具体变换过程如以下公式所示。

其中，B(i,j)为原始二值图像，D(i,j)为B(i,j)经过差值变换后得到的差值矩阵。

步骤S220，按照预设的嵌入顺序，依次在差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和可嵌入样式，对局部区域进行数据嵌入，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，待嵌入数据根据预设的水印数据确定。

其中，嵌入顺序可以为实际应用场景中的规则所确定的差值矩阵中局部区域的划分顺序。像素样式可以为差值矩阵中预设数量的像素以预设的几何结构组成的像素组合。可以根据实际应用场景预先设定像素样式的组成方式。优选地，可以将差值矩阵中4个横向连续的值组成一个像素样式。另外，统计差值矩阵中的像素样式，可以基于重叠编码和非重叠编码来实现。其中，在重叠编码的方式中，以像素点为基本单位进行扫描，因此再以4个横向连续的像素组成的像素样式中，相邻两个像素样式存在3个重叠的像素点。在非重叠编码中，以像素样式的大小为基本单位进行扫描，相邻的两个像素样式之间不存在重叠的像素点。另外地，可以根据差值矩阵中像素样式出现的频率，确定该差值矩阵中的可嵌入样式，并将该可嵌入样式用于水印数据的嵌入。可嵌入样式可以包含多种，不同的可嵌入样式在数量上差别悬殊，能够使对应的原始二值图像中的像素发生改变。因此，可嵌入样式的选取对于水印嵌入方法的性能有着重要影响，为了提高水印嵌入的性能，在本实施例中，对可嵌入样式的选取方式为从差值矩阵的局部区域内进行像素样式统计进行选取，其中，该局部区域可以为根据预先设定的规则，由差值矩阵中预设数量的像素组成的区域。因此，不同的局部区域中的同类型的可嵌入样式可能是不同的。

优选地，可以将差值矩阵中的最频繁样式(Most frequent pattern,简称PM)样式、最不频繁样式(fewest frequent pattern,简称PF)样式以及PF的替换样式(PF forreplacement,简称PFR)作为可嵌入样式。其中，PM样式为局部区域中除像素值全为0的像素样式之外，数量最多的像素样式。PF样式为局部区域中PM样式的数量最少的一种可交换样式。其中，该可交换样式的获取规则具体为，若将一种像素样式在差值矩阵中对PM样式进行替换，并将该差值矩阵反变换为二值图像后，相比原始二值图像只有一个像素发生了变化，则该像素样式为PM样式的可交换样式。在局部区域中，PM样式可能存在多种不同的可交换样式，选取其中数量最少的一种可交换样式作为PF样式。同样地，PFR样式为局部区域中PF样式的数量最少的一种可交换样式。

在局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，可以通过对可嵌入样式进行处理，实现水印数据的嵌入。例如，可以将可嵌入样式进行重置，以实现对对应的原始二值图像的像素的改变，从而完成水印数据的嵌入。具体地，可以在局部区域中选取到可嵌入样式的情况下，根据可嵌入样式的可交换样式，以及基于水印数据得到的待嵌入数据，对该可嵌入样式进行重置，以实现水印数据的嵌入。其中，水印数据可以为预先确定的需要嵌入原始二值图像的数据信息，例如以文字、图像、序列号或符号形式组成的，用于版权保护的信息。待嵌入数据可以为由水印数据和可嵌入样式的位置信息组成的二值数据。为了实现水印的可逆处理，便于后续已嵌入水印的提取，可以根据可嵌入样式，在水印数据中加入该可嵌入样式的位置地图，以指示该可嵌入样式的位置信息。该位置地图具体可以为一个单位的像素1或像素0。待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，具体可以为水印数据和位置地图在该差值矩阵中嵌入完毕。另外地，本实施例是以像素为单位实现待嵌入数据的嵌入。

优选地，可以利用Prediction-error方法对PM样式、PF样式或PFR样式进行处理，以实现对待嵌入数据的更新。具体地，在局部区域中选取到PM样式时，可以通过根据待嵌入数据对该PM样式进行重置处理，并从待嵌入数据移除对应的像素值。在局部区域中选取到PF样式或PFR样式的情况下，在待嵌入数据中进行像素值的更新。

步骤S230，对嵌入差值矩阵进行反变换，生成原始二值图像的水印嵌入图像。

在得到嵌入差值矩阵后，根据步骤S210中原始二值图像的差值变换，对该嵌入差值矩阵进行反变换，得到该原始二值图像的水印嵌入图像。

相比相关技术中，从原始二值图像的差值矩阵的整体区域中，以像素点为基本单位选取可嵌入样式来实现水印嵌入，本实施例中基于局部区域选取的可嵌入样式能够得到局部区域中最优的可嵌入样式，从而在嵌入相同水印数据的情况下，减小原始二值图像的失真，从而提高水印嵌入的性能。

上述步骤S210至步骤S230，通过获取原始二值图像，并对原始二值图像进行差值变换后，得到原始二值图像的差值矩阵，按照预设的嵌入顺序，依次在差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和可嵌入样式，对局部区域进行数据嵌入，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，待嵌入数据根据预设的水印数据确定，对嵌入差值矩阵进行反变换，生成原始二值图像的水印嵌入图像。其实现了基于局部区域的可嵌入样式的获取，能够根据局部区域中水印的嵌入对像素造成的变化动态选择可嵌入样式，从而提高了可逆水印方法的性能。

进一步地，在一个实施例中，基于上述步骤S220，按照预设的嵌入顺序，依次在差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，具体包括以下步骤：

步骤S221，根据像素样式的预设数量，确定局部区域的固定大小。

具体地，根据实际的应用场景的需求，将预设数量的像素样式组成的区域大小作为该局部区域的固定大小。例如，将某一像素后L个像素样式组成的区域做为该局部区域，并在该局部区域中进行像素样式的统计。

步骤S222，按照预设的嵌入顺序，依次统计差值矩阵中每个像素的局部区域内的像素样式。

该嵌入顺序同样可以由实际应用场景的需求确定。例如以差值矩阵中第1行，第1列的像素为起始点，在完成以该像素之后，L个像素样式组成的局部区域内的像素样式的统计，并进行水印嵌入处理后，对差值矩阵中第1行第2列的像素之后L个像素样式组成的局部区域的像素样式进行统计，以及水印嵌入处理。在待嵌入数据在该差值矩阵中嵌入完毕后，结束水印数据的嵌入。

另外地，在一个实施例中，基于上述步骤S220，可嵌入样式为PM样式、PF样式以及PFR样式中的一种，在局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和可嵌入样式，对局部区域进行数据嵌入，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，具体包括以下步骤：

步骤S223，在局部区域内选取到PM样式、PF样式或PFR样式的情况下，根据预设的待嵌入数据，利用Prediction-error方法对选取到的可嵌入样式进行嵌入处理，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕。

具体地，在局部区域内选取到PM样式、PF样式或PFR样式的情况下，根据待嵌入数据，利用Prediction-error方法对选取到的可嵌入样式进行对应的重置处理，并对应更新待嵌入数据，直到该待嵌入数据为空集，则表明该嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕。

进一步地，在一个实施例中，基于上述步骤S223，根据预设的待嵌入数据，利用Prediction-error方法对选取到的可嵌入样式进行嵌入处理，具体包括以下步骤：

步骤S2231，在局部区域内选取到PM样式的情况下，根据待嵌入数据中的对应数据，将PM样式重置为PM样式或PF样式，并在待嵌入数据中进行对应数据的移除处理。

具体地，在局部区域内选取到PM样式，且待嵌入数据中当前位的像素值为1时，则将该PM样式重置为PF样式。其中，重置过程为利用PF样式的像素组合替换该位置的PM样式的像素组合，例如该局部区域内的PM样式为1101，PF样式为1001，则将PM样式重置为PF样式后，该局部区域中该PM样式的位置上，像素由1101替换为1001。在局部区域内选取到PM样式，且待嵌入数据中当前位的像素值为0时，则不对PM样式进行处理。可以理解的是，在将PM样式重置为PF样式后，该差值矩阵反变换得到的二值图像中，相比原始二值图像将有一个像素发生改变。在完成PM样式的重置后，将待嵌入数据中相应位的像素值从待嵌入数据中移除，以完成该待嵌入数据的更新。

步骤S2232，在局部区域内选取到PF样式的情况下，将PF样式重置为PFR样式，并在待嵌入数据中添加1个位置地图比特1。

具体地，在局部区域内选取到PF样式的情况下，利用PFR样式的像素组合，替换掉对应位置上PF样式的像素组合，并在待嵌入数据中添加数值为1的一个像素，并将该像素作为该PF样式的位置地图。该像素具体可以添加至待嵌入数据的头部。

步骤S2233，在局部区域内选取到PFR样式的情况下，在待嵌入数据中添加1个位置地图比特0。

具体地，在局部区域内选取到PFR样式的情况下，直接在待嵌入数据中添加数值为0的一个像素。

上述步骤S210值步骤S230，根据像素样式的预设数量，确定局部区域的固定大小，并按照预设的嵌入顺序，依次统计差值矩阵中每个像素的局部区域内的像素样式，实现了对差值矩阵中局部环境的有序选取；在局部区域内选取到PM样式、PF样式或PFR样式的情况下，根据预设的待嵌入数据，利用Prediction-error方法对选取到的可嵌入样式进行嵌入处理，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，通过引入Prediction-error方法解决了相关技术中重叠编码解码失败的问题；并且基于局部区域选取可嵌入样式，从而能够根据局部区域中水印的嵌入对像素造成的变化动态选择可嵌入样式，从而提高了可逆水印方法的性能。

在本实施例中还提供了一种水印提取方法。图3是本实施例的水印提取方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S310，获取水印嵌入图像和已嵌入数据，其中，水印嵌入图像为将已嵌入数据按照预设的嵌入顺序和已嵌入样式嵌入原始图像得到的图像。

具体地，该水印嵌入图像可以为按照上述实施例的水印嵌入方法，进行水印嵌入处理后，包含水印数据的二值图像。该预设的嵌入顺序可以为上述实施例中水印嵌入方法所采用的嵌入顺序。该已嵌入数据具体可以由该水印嵌入图像中所包含的水印数据，以及在水印嵌入过程中根据可嵌入样式得到的位置地图共同组成。

步骤S320，对水印嵌入图像进行差值变换后得到水印嵌入图像的嵌入差值矩阵。

同样地，可以采用与上述步骤S210中的差值变换过程，对该水印嵌入图像进行差值变换，得到该水印嵌入图像的嵌入差值矩阵，从而进行水印数据的提取，实现对原始二值图像的还原。

步骤S330，按照与嵌入顺序相反的顺序，依次在嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到已嵌入样式的情况下，根据已嵌入样式和已嵌入数据，对局部区域进行样式还原处理，直到嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕。

具体地，水印数据的提取方需要获得在水印嵌入阶段得到的局部区域的大小、水印数据的长度，以及最后埋入水印数据的像素的位置信息，并按照与嵌入顺序相反的顺序，对该嵌入差值矩阵进行局部区域的选取，和像素样式的统计。其中，该已嵌入样式的确定方式与上述实施例中的可嵌入样式相同，具体可以为PM样式、PF样式或PFR样式。在局部区域内选取到已嵌入样式的情况下，可以利用Prediction-error方法对选取到的已嵌入样式进行处理，从而实现水印数据的提取。

步骤S340，对嵌入差值矩阵进行反变换，得到水印嵌入图像的原始二值图像。

上述步骤S310至步骤S340，通过获取水印嵌入图像和已嵌入数据，其中，水印嵌入图像为将已嵌入数据按照预设的嵌入顺序和已嵌入样式嵌入原始图像得到的图像，对水印嵌入图像进行差值变换后得到水印嵌入图像的嵌入差值矩阵，按照与嵌入顺序相反的顺序，依次在嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到已嵌入样式的情况下，根据已嵌入样式和已嵌入数据，对局部区域进行样式还原处理，直到嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕，对嵌入差值矩阵进行反变换，得到水印嵌入图像的原始二值图像。其实现了在局部区域内对已嵌入样式的选取，从而能够适应水印的提取对该二值图像中的像素造成的变换，从而提高了可逆水印方法的性能。

进一步地，在一个实施例中，基于上述步骤S330，按照与嵌入顺序相反的顺序，依次在嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，具体包括以下步骤：

步骤S331，按照与嵌入顺序相反的顺序，以嵌入差值矩阵中最后嵌入的已嵌入数据的像素为起始点，依次统计每个像素的局部区域内的像素样式。

另外地，在一个实施例中，基于上述步骤S330，已嵌入样式为PM样式、PF样式以及PFR样式中的一种，在局部区域内选取到已嵌入样式的情况下，根据已嵌入样式和已嵌入数据，对局部区域进行样式还原处理，直到嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕，具体包括以下步骤：

步骤S332，在局部区域内选取到PM样式、PF样式或PFR样式的情况下，利用Prediction-error方法对选取到的已嵌入样式进行还原处理，直到已嵌入数据提取完毕。

进一步地，在一个实施例中，基于上述步骤S332，在局部区域内选取到PM样式、PF样式或PFR样式的情况下，利用Prediction-error方法对选取到的已嵌入样式进行还原处理，具体包括以下步骤：

步骤S3321，在局部区域内选取到PM样式或PF样式的情况下，根据选取到的已嵌入样式，提取已嵌入数据，并将选取到的已嵌入样式重置为PM样式。

具体地，根据上述的水印嵌入方法可以得出，嵌入差值矩阵中的PM样式或PF样式均为PM样式重置得来。因此在水印提取过程中，为了对该嵌入差值矩阵中的像素样式进行还原，可以在选取到PM样式或PF样式的情况下，将该PM样式或PF样式重置为PM样式。例如，在选取到PM样式的情况下，表明在得到该水印嵌入图像的水印嵌入过程中，待嵌入数据中对应该PM样式的像素值为0，则可以提取到数值为0的像素作为一个单位的已嵌入数据。在选取到PF样式的情况下，表明在得到该水印嵌入图像的水印嵌入过程中，待嵌入数据中对应的像素值为1，则可以将数值为1的一个像素作为提取到的一个单位的已嵌入数据。

步骤S3322，在局部区域内选取到PFR样式的情况下，根据已提取的已嵌入数据，将PFR样式重置为PF样式和PFR样式中对应的像素样式。

若在局部区域中选取到PFR样式，则表明在得到该水印嵌入图像的水印嵌入过程中，该PFR样式为PF样式或PFR样式重置后得到。因此，基于上述的水印嵌入方法可知，作为水印嵌入的逆过程，在已嵌入数据中最新提取的像素的数值为0的情况下，该PFR样式保持不变，在已嵌入数据中最新的提取的像素的数值为1的情况下，该PFR样式需要重置为PF样式。

另外地，在一个实施例中，像素样式由横向连续的预设数量的像素组成。

上述步骤S310至S340，按照与嵌入顺序相反的顺序，以嵌入差值矩阵中的最后嵌入的已嵌入数据的像素为起始点，依次统计每个像素的局部区域内的像素样式，从而实现与水印嵌入过程对应的方式提取已嵌入样式，实现像素样式的准确还原；在局部区域内选取到PM样式、PF样式或PFR样式的情况下，利用Prediction-error方法对选取到的已嵌入样式进行还原处理，从而实现基于局部区域的像素样式的还原，以适应水印的提取对该二值图像中的像素造成的变换，从而提高了可逆水印方法的性能。

下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。

图4是本优选实施例的水印嵌入方法的流程图。如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤S410，将原始二值图像变换为差值矩阵；

步骤S420，按预设顺序依次扫描差值矩阵中的像素点，将当前扫描的像素点之后将要处理的L个样式定义为一个局部环境，并将L称为局部环境的长度；

步骤S430，统计局部环境中各像素样式的数量，然后采用PFR方法选取PM样式、PF样式以及PFR样式；

步骤S440，在选取到PM样式、PF样式或PFR的情况下，采用Prediction-error的方法对选取到的像素样式进行处理，直到所有水印数据以及位置地图全部嵌入差值矩阵；

步骤S450，将已嵌入数据的差值矩阵反变换为二值图像。

图5是本优选实施例的水印提取方法的流程图。如图5所示，包括以下步骤：

步骤S510，将水印嵌入后的二值图像变换为差值矩阵；

步骤S520，从最后一个埋入已嵌入数据的像素点开始，按该二值图像进行水印嵌入时扫描像素的相反顺序，依次扫描该差值矩阵中各像素点，将当前扫描的像素之后的L个像素样式定义为局部环境；

步骤S530，统计局部环境中各像素样式的数量，然后采用PFR方法选取PM样式、PF样式以及PFR样式；

步骤S540，在选取到PM样式、PF样式或PFR样式时，采用Prediction-error的方法对选取到的样式对进行处理，直到反向扫描至该差值矩阵的起始像素点；

步骤S550，对完成水印数据提取的差值矩阵进行反变换，得到水印嵌入之前的原始二值图像。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中还提供了一种水印嵌入装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。以下所使用的术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管在以下实施例中所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是本实施例的水印嵌入装置60的结构框图，如图6所示，该装置包括：二值图像获取模块62、嵌入模块64以及水印嵌入图像反变换模块66，其中：

二值图像获取模块62，用于获取原始二值图像，并对原始二值图像进行差值变换后，得到原始二值图像的差值矩阵；

嵌入模块64，用于按照预设的嵌入顺序，依次在差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和可嵌入样式，对局部区域进行数据嵌入，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，待嵌入数据根据预设的水印数据确定；

水印嵌入图像反变换模块66，用于对嵌入差值矩阵进行反变换，生成原始二值图像的水印嵌入图像。

上述水印嵌入装置，通过获取原始二值图像，并对原始二值图像进行差值变换后，得到原始二值图像的差值矩阵，按照预设的嵌入顺序，依次在差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和可嵌入样式，对局部区域进行数据嵌入，直到待嵌入数据在差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，待嵌入数据根据预设的水印数据确定，对嵌入差值矩阵进行反变换，生成原始二值图像的水印嵌入图像。其实现了基于局部区域的可嵌入样式的获取，能够根据局部区域中水印的嵌入对像素造成的变化动态选择可嵌入样式，从而提高了可逆水印方法的性能。

图7是本实施例的水印提取装置70的结构框图，如图7所示，该装置包括水印嵌入图像获取模块72、差值变换模块74、还原模块76以及二值图像反变换模块78，其中：

水印嵌入图像获取模块72，用于获取水印嵌入图像和已嵌入数据，其中，水印嵌入图像为将已嵌入数据按照预设的嵌入顺序和已嵌入样式嵌入原始图像得到的图像；

差值变换模块74，用于对水印嵌入图像进行差值变换后得到水印嵌入图像的嵌入差值矩阵；

还原模块76，用于按照与嵌入顺序相反的顺序，依次在嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到已嵌入样式的情况下，根据已嵌入样式和已嵌入数据，对局部区域进行样式还原处理，直到嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕；

二值图像反变换模块78，用于对嵌入差值矩阵进行反变换，得到水印嵌入图像的原始二值图像。

上述水印提取装置，通过获取水印嵌入图像和已嵌入数据，其中，水印嵌入图像为将已嵌入数据按照预设的嵌入顺序和已嵌入样式嵌入原始图像得到的图像，对水印嵌入图像进行差值变换后得到水印嵌入图像的嵌入差值矩阵，按照与嵌入顺序相反的顺序，依次在嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在局部区域内选取到已嵌入样式的情况下，根据已嵌入样式和已嵌入数据，对局部区域进行样式还原处理，直到嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕，对嵌入差值矩阵进行反变换，得到水印嵌入图像的原始二值图像。其实现了在局部区域内对已嵌入样式的选取，从而能够适应水印的提取对该二值图像中的像素造成的变换，从而提高了可逆水印方法的性能。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种水印嵌入方法，其特征在于，包括：

获取原始二值图像，并对所述原始二值图像进行差值变换后，得到所述原始二值图像的差值矩阵；

按照预设的嵌入顺序，依次在所述差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在所述局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和所述可嵌入样式，对所述局部区域进行数据嵌入，直到所述待嵌入数据在所述差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，所述待嵌入数据根据预设的水印数据确定；

对所述嵌入差值矩阵进行反变换，生成所述原始二值图像的水印嵌入图像。

2.根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述按照预设的嵌入顺序，依次在所述差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，包括：

根据像素样式的预设数量，确定所述局部区域的固定大小；

按照所述预设的嵌入顺序，依次统计所述差值矩阵中每个像素的局部区域内的像素样式。

3.根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述可嵌入样式为PM样式、PF样式以及PFR样式中的一种，所述在所述局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和所述可嵌入样式，对所述局部区域进行数据嵌入，直到所述待嵌入数据在所述差值矩阵中嵌入完毕，包括：

在所述局部区域内选取到PM样式、PF样式或PFR样式的情况下，根据所述预设的待嵌入数据，利用Prediction-error方法对选取到的所述可嵌入样式进行嵌入处理，直到所述待嵌入数据在所述差值矩阵中嵌入完毕。

4.根据权利要求3所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述根据所述预设的待嵌入数据，利用Prediction-error方法对选取到的所述可嵌入样式进行嵌入处理，包括：

在所述局部区域内选取到PM样式的情况下，根据所述待嵌入数据中的对应数据，将所述PM样式重置为PM样式或PF样式，并在所述待嵌入数据中进行对应数据的移除处理；

在所述局部区域内选取到PF样式的情况下，将所述PF样式重置为PFR样式，并在所述待嵌入数据中添加1个位置地图比特1；

在所述局部区域内选取到PFR样式的情况下，在所述待嵌入数据中添加1个位置地图比特0。

5.一种水印提取方法，其特征在于，包括：

获取水印嵌入图像和已嵌入数据，其中，所述水印嵌入图像为将所述已嵌入数据按照预设的嵌入顺序和已嵌入样式嵌入原始图像得到的图像；

对所述水印嵌入图像进行差值变换后得到所述水印嵌入图像的嵌入差值矩阵；

按照与所述嵌入顺序相反的顺序，依次在所述嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在所述局部区域内选取到所述已嵌入样式的情况下，根据所述已嵌入样式和所述已嵌入数据，对所述局部区域进行样式还原处理，直到所述嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕；

对所述嵌入差值矩阵进行反变换，得到所述水印嵌入图像的原始二值图像。

6.根据权利要求5所述的水印提取方法，其特征在于，所述按照与所述嵌入顺序相反的顺序，依次在所述嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，包括：

按照与所述嵌入顺序相反的顺序，以所述嵌入差值矩阵中最后嵌入的已嵌入数据的像素为起始点，依次统计每个像素的所述局部区域内的像素样式。

7.根据权利要求5所述的水印提取方法，其特征在于，所述已嵌入样式为PM样式、PF样式以及PFR样式中的一种，所述在所述局部区域内选取到所述已嵌入样式的情况下，根据所述已嵌入样式和所述已嵌入数据，对所述局部区域进行样式还原处理，直到所述嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕，包括：

在所述局部区域内选取到所述PM样式、所述PF样式或所述PFR样式的情况下，利用Prediction-error方法对选取到的所述已嵌入样式进行还原处理，直到所述已嵌入数据提取完毕。

8.根据权利要求7所述的水印提取方法，其特征在于，所述在所述局部区域内选取到所述PM样式、所述PF样式或所述PFR样式的情况下，利用Prediction-error方法对选取到的所述已嵌入样式进行还原处理，包括：

在所述局部区域内选取到PM样式或PF样式的情况下，根据选取到的所述已嵌入样式，提取所述已嵌入数据，并将选取到的所述已嵌入样式重置为PM样式；

在所述局部区域内选取到PFR样式的情况下，根据已提取的已嵌入数据，将所述PFR样式重置为PF样式和PFR样式中对应的像素样式。

9.根据权利要求1至8任一项所述的水印提取方法，其特征在于，所述像素样式由横向连续的预设数量的像素组成。

10.一种水印嵌入装置，其特征在于，包括：

二值图像获取模块，用于获取原始二值图像，并对所述原始二值图像进行差值变换后，得到所述原始二值图像的差值矩阵；

嵌入模块，用于按照预设的嵌入顺序，依次在所述差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在所述局部区域内选取到可嵌入样式的情况下，根据待嵌入数据和所述可嵌入样式，对所述局部区域进行数据嵌入，直到所述待嵌入数据在所述差值矩阵中嵌入完毕，得到嵌入差值矩阵；其中，所述待嵌入数据根据预设的水印数据确定；以及，

水印嵌入图像反变换模块，用于对所述嵌入差值矩阵进行反变换，生成所述原始二值图像的水印嵌入图像。

11.一种水印提取装置，其特征在于，包括：

水印嵌入图像获取模块，用于获取水印嵌入图像和已嵌入数据，其中，所述水印嵌入图像为将所述已嵌入数据按照预设的嵌入顺序和已嵌入样式嵌入原始图像得到的图像；

差值变换模块，用于对所述水印嵌入图像进行差值变换后得到所述水印嵌入图像的嵌入差值矩阵；

还原模块，用于按照与所述嵌入顺序相反的顺序，依次在所述嵌入差值矩阵中每个像素的预设大小的局部区域内进行像素样式统计，在所述局部区域内选取到所述已嵌入样式的情况下，根据所述已嵌入样式和所述已嵌入数据，对所述局部区域进行样式还原处理，直到所述嵌入差值矩阵的像素样式还原完毕；以及，

二值图像反变换模块，用于对所述嵌入差值矩阵进行反变换，得到所述水印嵌入图像的原始二值图像。

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