CN114022336A - 基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法及装置 - Google Patents

基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法及装置 Download PDF

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CN114022336A CN202011086043.8A CN202011086043A CN114022336A CN 114022336 A CN114022336 A CN 114022336A CN 202011086043 A CN202011086043 A CN 202011086043A CN 114022336 A CN114022336 A CN 114022336A
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Abstract

本申请公开了一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法及装置，其中，方法包括：将载体图像划分为多块图像；选取每块图像的中心像素，重新组成中心像素图像，并将中心像素图像分成多块子中心像素图，以计算每块子中心像素图的预测误差，获取中心像素图像的预测误差图，且按照相同的预设划分策略获取非中心像素对应的预测误差直方图，以基于预测误差直方图得到负预测误差直方图、非负预测误差直方图；选取每块图像对应的直方图上的峰值点和距离峰值点最近的零值点，并利用预设的直方图平移技术嵌入水印。本申请实施例可以利用图像块在不同区域的相关性提高升预测误差直方图技术的嵌入容量，有效提升水印的可靠性和实用性，提升使用体验。

Description

基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法及装置
技术领域
本申请涉及数字水印技术领域，特别涉及一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法及装置。
背景技术
目前，可逆数字水印技术可以将具有特定功能的水印信息嵌入在多媒体载体中，从而对多媒体的内容进行保护或隐秘通信，并且在提取端提取水印后，能将水印载体无损恢复到原始的状态。因此，可逆数字水印技术能广泛应用于需要水印来实现内容保护又对原始载体完整性有特殊要求的领域，如在医学图像应用领域，其可以将病人的诊断信息以水印方式嵌入对应的医学图像中，在提取时可以得到原始的医学图像，进行高质量的诊断和下一步处理；又如可以应用于军事、医学和遥感等领域数字，具有极其广阔的应用前景。
然而，随着科技地不断发展，对数字水印的质量和容量要求越来越高。相关技术中，基于预测误差直方图的可逆数字水印方法，其利用峰值点像素和零点像素分别嵌入“0”和“1”，实现水印信息嵌入的目的。但是，由于嵌入容量取决于直方图峰值点像素的数量，而峰值点像素个数又反映的是图像某区域的相关程度，使得嵌入容量受到一定限制，嵌入容量较低，降低了水印的可靠性和实用性，亟待改进。
申请内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一目的在于提出一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法，该方法可以利用图像块在不同区域的相关性提高升预测误差直方图技术的嵌入容量，有效提升水印的可靠性和实用性，提升使用体验。
本发明的第二个目的在于提出一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置。
本发明的第三个目的在于提出一种电子设备。
本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
为达到上述目的，本申请第一方面实施例提供一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法，包括以下步骤：按照预设划分策略将载体图像划分为多块图像，并根据所述多块图像的中心像素获取每块图像的预测值，且得到非中心像素的预测误差，以将所述非中心像素待测值替换为所述预测误差；按照预设选取策略选取每块图像的中心像素，且基于所述每块图像的中心像素重新组成中心像素图像，并按照所述预设划分策略将所述中心像素图像分成多块子中心像素图，以基于块子中心像素图的预测值计算所述每块子中心像素图的预测误差，获取所述中心像素图像的预测误差图，且按照相同的所述预设划分策略获取所述非中心像素对应的预测误差直方图，以基于所述预测误差直方图得到负预测误差直方图、非负预测误差直方图；分别选取所述每块图像对应的直方图上的一对峰值点和距离峰值点最近的零值点，并利用预设的直方图平移技术嵌入水印。
根据本申请实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法，在基于相邻像素的相关性的基础上，还基于某块图像与相邻块图像之间的相关性，实现嵌入水印的目的，利用图像块在不同区域的相关性提高升预测误差直方图技术的嵌入容量，即在嵌入过程中，基于原图像生成的预测误差直方图和中心像素图对应的预测误差直方图所包含的峰值点和零值点是不相同，从而可以在两幅预测误差直方图中嵌入不同的信息，有效提升水印的可靠性和实用性，提升使用体验。由此，解决了相关技术的基于预测误差直方图的可逆数字水印算法当中，由于嵌入容量取决于直方图峰值点像素的数量，仅基于某一像素与周围像素点之间的相关性，导致嵌入容量较低，水印的可靠性和实用性得不到满足，使用体验较低等技术问题。
另外，根据本发明上述实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法还可以具有以下附加的技术特征：
可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用预设的直方图平移技术嵌入水印，包括：向零值点方向，将峰值点与零值点之间的像素值对应的像素点平移1位；将水印比特为1的信息嵌入到直方图的峰值点所对应的像素点中，并将水印比特为0的信息嵌入到直方图的零值点方向且紧邻峰值点的像素值对应的像素点中，且循环嵌入水印；对于所述中心像素图像中非中心像素点对应的预测误差，生成负预测误差直方图和非负预测误差直方图，使用所述预设的直方图平移方法嵌入水印，直至所有直方图均完成平移嵌入水印后，生成含水印的预测误差图像；利用预设的逆预测误差方法，将每个像素点对应的预测误差值加上原中心像素对应的像素值，得到含水印的图像。
可选地，在本申请的一个实施例中，在水印提取时，还包括：将所述含水印的图像分块，按照预设划分策略和所述预设选取策略提取每一个块的中心像素点对应的像素值，生成所述中心像素图；根据所述中心像素图得到所述非中心像素对应的预测误差，并基于所有中心像素块生成预测误差对应的预测误差图；按照所述峰值点和零值点，扫描预测误差图像中的像素点，其中，当遇到峰值点时，提取水印比特为1的信息，当遇到零值点方向，紧邻零值点的残差值对应的像素点时，提取水印比特为0的信息，直至所述预测误差图像被扫描完。
可选地，在本申请的一个实施例中，在图像恢复时，还包括：扫描所述预测误差图像的非中心像素点，当遇到所述峰值点与所述零值点之间的预测误差值对应的像素值时，向峰值点方向平移1位，其余预测误差值对应的像素值保持不变；利用预设的逆预测误差方法得到像素点本应对应的像素值，且同理对所述非中心图像进行操作，得到所述载体图像。
为达到上述目的，本申请第二方面实施例提供一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置，包括：处理模块，用于按照预设划分策略将载体图像划分为多块图像，并根据所述多块图像的中心像素获取每块图像的预测值，且得到非中心像素的预测误差，以将所述非中心像素待测值替换为所述预测误差；获取模块，用于按照预设选取策略选取每块图像的中心像素，且基于所述每块图像的中心像素重新组成中心像素图像，并按照所述预设划分策略将所述中心像素图像分成多块子中心像素图，以基于块子中心像素图的预测值计算所述每块子中心像素图的预测误差，获取所述中心像素图像的预测误差图，且按照相同的所述预设划分策略获取所述非中心像素对应的预测误差直方图，以基于所述预测误差直方图得到负预测误差直方图、非负预测误差直方图；水印模块，用于分别选取所述每块图像对应的直方图上的一对峰值点和距离峰值点最近的零值点，并利用预设的直方图平移技术嵌入水印。
根据本申请实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置，在基于相邻像素的相关性的基础上，还基于某块图像与相邻块图像之间的相关性，实现嵌入水印的目的，利用图像块在不同区域的相关性提高升预测误差直方图技术的嵌入容量，即在嵌入过程中，基于原图像生成的预测误差直方图和中心像素图对应的预测误差直方图所包含的峰值点和零值点是不相同，从而可以在两幅预测误差直方图中嵌入不同的信息，有效提升水印的可靠性和实用性，提升使用体验。由此，解决了相关技术的基于预测误差直方图的可逆数字水印算法当中，由于嵌入容量取决于直方图峰值点像素的数量，仅基于某一像素与周围像素点之间的相关性，导致嵌入容量较低，水印的可靠性和实用性得不到满足，使用体验较低等技术问题。
另外，根据本发明上述实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置还可以具有以下附加的技术特征：
可选地，在本申请的一个实施例中，所述水印模块包括：平移单元，用于向零值点方向，将峰值点与零值点之间的像素值对应的像素点平移1位；嵌入单元，用于将水印比特为1的信息嵌入到直方图的峰值点所对应的像素点中，并将水印比特为0的信息嵌入到直方图的零值点方向且紧邻峰值点的像素值对应的像素点中，且循环嵌入水印；生成单元，用于对于所述中心像素图像中非中心像素点对应的预测误差，生成负预测误差直方图和非负预测误差直方图，使用所述预设的直方图平移方法嵌入水印，直至所有直方图均完成平移嵌入水印后，生成含水印的预测误差图像；水印单元，用于利用预设的逆预测误差方法，将每个像素点对应的预测误差值加上原中心像素对应的像素值，得到含水印的图像。
可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：提取模块，用于在水印提取时，将所述含水印的图像分块，按照预设划分策略和所述预设选取策略提取每一个块的中心像素点对应的像素值，生成所述中心像素图；根据所述中心像素图得到所述非中心像素对应的预测误差，并基于所有中心像素块生成预测误差对应的预测误差图；按照所述峰值点和零值点，扫描预测误差图像中的像素点，其中，当遇到峰值点时，提取水印比特为1的信息，当遇到零值点方向，紧邻零值点的残差值对应的像素点时，提取水印比特为0的信息，直至所述预测误差图像被扫描完。
可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：恢复模块，用于在图像恢复时，扫描所述预测误差图像的非中心像素点，当遇到所述峰值点与所述零值点之间的预测误差值对应的像素值时，向峰值点方向平移1位，其余预测误差值对应的像素值保持不变；利用预设的逆预测误差方法得到像素点本应对应的像素值，且同理对所述非中心图像进行操作，得到所述载体图像。
为达到上述目的，本申请第三方面实施例提供一种电子设备，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，所述指令被设置为用于执行如上述实施例所述的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法。
为达到上述目的，本申请第四方面实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，所述非临时性计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法的流程图；
图2为根据本申请一个实施例的载体图像的划分示意图；
图3(a)为根据本申一个实施例的选取某一块图像的示意图；
图3(b)为根据本申一个实施例的计算预测误差后的图像示意图；
图4为根据本申请一个实施例的计算预测误差后的图像示意图；
图5为根据本申请一个实施例的中心像素图的预测误差图的示意图；
图6为根据本申请一个实施例的原图像的非中心像素对应的预测误差直方图的示意图；
图7(a)为根据本申请一个实施例的负预测误差直方图的示意图；
图7(b)根据本申请一个实施例的非负预测误差直方图的示意图；
图8为根据本申请一个具体实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法的流程图；
图9为根据本申请另一个具体实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法的流程图；
图10为根据本申请实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置的示例图；
图11为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面在描述根据本发明实施例提出的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法及装置之前，先来简单描述一下基于预测误差直方图的可逆数字水印算法的缺陷。
具体而言，基于预测误差直方图的可逆数字水印技术：先将载体图像分成n*n的小块，考虑每个小块内相邻像素的相关性，即利用每块的中心像素为整块的预测值来得到相邻各像素的预测误差。在每小块图像包含的像素数量越小，则中心像素与非中心像素的相关性越高，使得到的像素点对应的预测误差更向0集中。进而生成预测误差对应的直方图，并把直方图分成负直方图和非负直方图。选取这两个直方图上的一对峰值点和零点，通过使用直方图平移技术来将嵌入水印。待水印嵌入完全后使用逆预测误差技术，将非中心像素点对应的预测误差值加上中心像素点的像素值，从而生成带水印的图像，使得在一定程度上提升了嵌入容量，且可以产生大量的零点，有效解决了溢出问题。
然而，由于只考虑了每小块图像内的像素相关性，使之产生峰值点像素数量很高的预测误差直方图，而它没有考虑块间的相关性，使得嵌入容量受到一定限制，嵌入容量较低，降低了水印的可靠性和实用性，亟待改进。
本发明正是基于上述问题，而提出了一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法与一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法的流程示意图。
如图1所示，该基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法方法包括以下步骤：
在步骤S101中，按照预设划分策略将载体图像划分为多块图像，并根据多块图像的中心像素获取每块图像的预测值，且得到非中心像素的预测误差，以将非中心像素待测值替换为预测误差。
在实际执行过程中，本申请实施例首先进入准备工作阶段。例如，如图2所示，预设划分策略为将载体图像分成3*3的小块，其中，分块大小的标准可以是选取得尽量小，从而可以更好的利用块内像素点的相关性以及块间的相关性。其次，计算预测值pi，j，其中，如上述的由于分块大小很小，每块图像中像素点的相关性很高，因此可以选择中心像素来作为每块图像的预测值pi，j，则非中心像素xi,j的预测误差pei，j：
pei，j＝xi,j-pi,j。
最后，计算完预测误差后，将非中心像素的值替换为预测误差。如图3所示，(a)是选取的某一块图像，(b)是计算完预测误差后的图像，而图4为图2(b)经过计算预测误差后的图像。
在步骤S102中，按照预设选取策略选取每块图像的中心像素，且基于每块图像的中心像素重新组成中心像素图像，并按照预设划分策略将中心像素图像分成多块子中心像素图，以基于块子中心像素图的预测值计算每块子中心像素图的预测误差，获取中心像素图像的预测误差图，且按照相同的预设划分策略获取非中心像素对应的预测误差直方图，以基于预测误差直方图得到负预测误差直方图、非负预测误差直方图。
具体而言，在本申请的实施例中，为了进一步提高嵌入容量，本申请实施例按照预设选取策略如从左到右、从上到下的选取顺序，选取每个小块的中心像素，重新组成一个新的图像，记为中心像素图，如图5所示，以及用上述相同的方法将中心像素图分成3*3的小块，并按上述方法再次计算每个小块的预测误差，得到中心像素图的预测误差图，如图6所示，从而生成如上述相对应的每个3*3子块的非中心像素对应的预测误差直方图，进而将直方图分成两个：负预测误差直方图和非负预测误差直方图，如图7所示，图7为原图像的非中心像素对应的预测误差直方图。
在步骤S103中，分别选取每块图像对应的直方图上的一对峰值点和距离峰值点最近的零值点，并利用预设的直方图平移技术嵌入水印。
本领域技术人员应该理解到的是，分别选取每块对应的上述两个直方图上的一对峰值点和距离峰值点最近的零值点之后，为了提高嵌入容量，从而利用传统的直方图平移技术来嵌入水印。
即言，本申请实施例考虑到相邻块的相关性，首先提取每个小块的中心像素，组成新的图像，其次利用分块处理的方法进行一次预测误差直方图的嵌入工作。需要说明的是，如果每小块图像包含的像素个数越少，则可利用的中心像素值越多，那么可以生成的新图像包含的像素点就越多，从而可以嵌入更多的信息，意味着有效提高了嵌入容量，由此，解决相关技术的基于预测误差直方图的可逆数字水印算法当中，由于嵌入容量取决于直方图峰值点像素的数量，仅基于某一像素与周围像素点之间的相关性，导致嵌入容量较低，水印的可靠性和实用性得不到满足，使用体验较低的技术问题。
可选地，在本申请的一个实施例中，利用预设的直方图平移技术嵌入水印，包括：向零值点方向，将峰值点与零值点之间的像素值对应的像素点平移1位；将水印比特为1的信息嵌入到直方图的峰值点所对应的像素点中，并将水印比特为0的信息嵌入到直方图的零值点方向且紧邻峰值点的像素值对应的像素点中，且循环嵌入水印；对于中心像素图像中非中心像素点对应的预测误差，生成负预测误差直方图和非负预测误差直方图，使用预设的直方图平移方法嵌入水印，直至所有直方图均完成平移嵌入水印后，生成含水印的预测误差图像；利用预设的逆预测误差方法，将每个像素点对应的预测误差值加上原中心像素对应的像素值，得到含水印的图像。
作为一种可能实现的方式，步骤S103包括：
步骤一：向零值点方向，将峰值点与零值点之间的像素值对应的像素点平移1位，此时零值点方向，紧邻峰值点的像素值为空，从而为嵌入水印做准备。
步骤二：将水印比特为1的信息嵌入到直方图的峰值点所对应的像素点中，将水印比特为0的信息嵌入到直方图的零值点方向，紧邻峰值点的像素值对应的像素点中，并且循环嵌入水印。
步骤三：对于中心像素图中非中心像素点对应的预测误差，按照上述方法，生成负预测误差直方图和非负预测误差直方图，使用相关技术的直方图平移方法嵌入水印。
步骤四：直到所有直方图均完成平移嵌入水印过后，生成含水印的预测误差图像。此时图像中心像素点对应的值为像素值，其他像素点对应的值为预测误差值，其可以是通过预测误差技术得到。
步骤五：利用逆预测误差技术，将每个像素点对应的预测误差值加上原中心像素对应的像素值，从而得到含水印的图像：
x’i,j＝pei,j+pi,j+b，
最终，所有的像素点对应的值均为嵌入水印之后的像素值x’i,j，代表嵌入工作完毕。
基于其他相关实施例的说明可以理解到的是，在嵌入过程中，原图像生成的预测误差直方图和中心像素图对应的预测误差直方图所包含的峰值点和零值点是不相同的，即可以在两幅预测误差直方图中嵌入不同的信息，所以本申请实施例可以通过二次嵌入实现嵌入容量的提升。
可选地，在本申请的一个实施例中，在水印提取时，还包括：将含水印的图像分块，按照预设划分策略和预设选取策略提取每一个块的中心像素点对应的像素值，生成中心像素图；根据中心像素图得到非中心像素对应的预测误差，并基于所有中心像素块生成预测误差对应的预测误差图；按照峰值点和零值点，扫描预测误差图像中的像素点，其中，当遇到峰值点时，提取水印比特为1的信息，当遇到零值点方向，紧邻零值点的残差值对应的像素点时，提取水印比特为0的信息，直至预测误差图像被扫描完。
在一些实施例中，水印的提取过程是嵌入的逆过程。即先对中心像素图进行提取，再对非中心像素图进行操作，其包括以下步骤：
步骤一：将含水印的图像分块，块的尺寸是与接收方约定的块的尺寸，即n*n。之后，如可以按照从上到下，且从左到右的顺序，提取每一个块的中心像素点对应的像素值，组成一个新的图，即中心像素图。
步骤二：对于中心像素图，其中心像素点对应的像素值保持不变，是非中心像素的预测值pi,j。需要说明的是，中心像素周围的像素点对应的像素值减去中心像素对应的像素值，得到非中心像素对应的预测误差pei,j.。
步骤三：所有中心像素块生成其预测误差对应的预测误差图像。按照与接收方约定好的每一对峰值点和零值点，扫描预测误差图像中的像素点，当遇到峰值点时，提取水印比特为1的信息，当遇到零值点方向，紧邻零值点的残差值对应的像素点时，提取水印比特为0的信息。预测误差图像被扫描完，就表示嵌在中心像素块中的水印提取完毕。
另外，在本申请的一个实施例中，在图像恢复时，还包括：扫描预测误差图像的非中心像素点，当遇到峰值点与零值点之间的预测误差值对应的像素值时，向峰值点方向平移1位，其余预测误差值对应的像素值保持不变；利用预设的逆预测误差方法得到像素点本应对应的像素值，且同理对非中心图像进行操作，得到载体图像。
在一些实施例中，为了恢复原始载体图像，其包括以下步骤：
步骤一：再次扫描上述预测误差图像中的非中心像素点，当遇到峰值点与零值点(包括零值点)之间的预测误差值对应的像素值时，向峰值点方向平移1位，其余预测误差值对应的像素值保持不变。
步骤二：利用逆预测误差技术得到像素点本应对应的像素值，其具体为：把每个中心像素块的非中心像素点对应的预测误差值加上图像中的中心像素块的中心像素点对应的像素值，得到各中心像素块的非中心像素点对应的像素值。
步骤三：对非中心像素图重复上述提取步骤二-恢复步骤二，最终得到原始载体图像。
以下结合附图列举实施例，示意性说明。
首先，如图8所示，本申请实施例的水印嵌入包括以下步骤：
步骤S801：将载体图像分成n*n块。
首先，按照划分策略将载体图像划分为多块图像。
步骤S802：非中心像素块减去中心像素块得到残差值。
步骤S803：提取每一个小块的非中心像素点，组成中心像素块。
步骤S804：非中心像素块减去中心像素块得到残差值。
步骤S805：除去各块中的中心像素，分别生成载体图像块和中心像素块对应的负残差值直方图和非负残差直方图。
即言，基于预测误差直方图得到负预测误差直方图、非负预测误差直方图。
步骤S806：选择载体图像块对应的各直方图中的一对峰值点和零值点。
步骤S807：将峰值点和零值点之间的像素值对应的像素点向零值点方向平移1位。
步骤S808：判断水印比特是否为1，如果是，则执行步骤S810，否则执行步骤S809。
步骤S809：将水印嵌入到零值点方向且为峰值点下一位的残差值对应的像素点中。
步骤S810：将水印嵌入到峰值点中。
步骤S811：得到载体图像块中非中心像素对应的嵌入水印后的残差值。
步骤S812：残差值加上非中心像素对应的中心像素的像素值。
步骤S813：选择中心像素块对应的各直方图中的一对峰值点和零值点。
步骤S814：将峰值点和零值点之间的像素值对应的像素值向零值点方向平移1位。
步骤S815：判断水印比特是否为1，如果是，则执行步骤S817，否则执行步骤S816。
步骤S816：将水印嵌入到零值点方向且为峰值点下一位的残差值对应的像素点中。
步骤S817：将水印嵌入到峰值点中。
步骤S818：得到中心像素块中非中心像素对应的嵌入水印后的残差值。
步骤S819：残差值加上非中心像素对应的中心像素的像素值。
步骤S820：生成含水印的载体图像。
直到所有直方图均完成平移嵌入水印过后，生成含水印的预测误差图像。
其次，如图9所示，本申请实施例的水印的提取和图像恢复包括以下步骤：
步骤S901：将含水印的图像分成n*n块。
步骤S902：提取每一个块的非中心像素点，组成中心像素块。
步骤S903：中心像素块的非中心像素块减去中心像素块得到残差值。
步骤S904：生成中心像素块对应的残差图。
步骤S905：扫描中心像素块的残差图。
步骤S906：判断像素点是否为峰值点，如果是，则执行步骤S907，否则执行步骤S909。
步骤S907：判断像素点对应的残差值是否位于零值点方向并且紧邻峰值点，如果是，则执行步骤S911，否则执行步骤S908。
步骤S908：残差值保持不变。
步骤S909：提取水印比特为1的信息。
步骤S910：生成水印序列，扫描中心像素块对应的残差图。
步骤S911：提取水印比特为0的信息。
步骤S912：判断像素点是否位于峰值点和零值点之间，如果是，则执行步骤S914，否则执行步骤S913。
步骤S913：像素值保持不变。
步骤S914：向峰值点方向平移1位。
步骤S915：非中心像素对应的残差值加上中心像素对应的值，得到各像素点对应的像素值。
步骤S916：载体像素块的非中心像素块减去中心像素块得到残差值。
步骤S917：通过载体图像块完成逆线性变换，生成原始载体图像。
步骤S918：生成中心像素块对应的残差图。
步骤S919：扫描载体像素块的残差图，并循环执行步骤S806。
基于上述实施例可以理解到的是，本申请实施例在基于预测误差直方图的可逆数字水印工作中，在嵌入图像的载体设计时，利用分块处理后每小块图像之间的相关性，实现了大幅提升水印的嵌入容量，且在进行信息隐藏时，图像在大幅提升了嵌入容量的情况下，仍能保持较高的不可感知性，使得本在应用于可逆数字水印时可以有较好的效果。
根据本申请实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法，在基于相邻像素的相关性的基础上，还基于某块图像与相邻块图像之间的相关性，实现嵌入水印的目的，利用图像块在不同区域的相关性提高升预测误差直方图技术的嵌入容量，即在嵌入过程中，基于原图像生成的预测误差直方图和中心像素图对应的预测误差直方图所包含的峰值点和零值点是不相同，从而可以在两幅预测误差直方图中嵌入不同的信息，有效提升水印的可靠性和实用性，提升使用体验。由此，解决了相关技术的基于预测误差直方图的可逆数字水印算法当中，由于嵌入容量取决于直方图峰值点像素的数量，仅基于某一像素与周围像素点之间的相关性，导致嵌入容量较低，水印的可靠性和实用性得不到满足，使用体验较低等技术问题。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置。
图10是本申请实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置的方框示意图。
如图2所示，该基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置10包括：处理模块100、获取模块200和水印模块300。
具体地，处理模块100，用于按照预设划分策略将载体图像划分为多块图像，并根据多块图像的中心像素获取每块图像的预测值，且得到非中心像素的预测误差，以将非中心像素待测值替换为预测误差。
获取模块200，用于按照预设选取策略选取每块图像的中心像素，且基于每块图像的中心像素重新组成中心像素图像，并按照预设划分策略将中心像素图像分成多块子中心像素图，以基于块子中心像素图的预测值计算每块子中心像素图的预测误差，获取中心像素图像的预测误差图，且按照相同的预设划分策略获取非中心像素对应的预测误差直方图，以基于预测误差直方图得到负预测误差直方图、非负预测误差直方图。
水印模块300，用于分别选取每块图像对应的直方图上的一对峰值点和距离峰值点最近的零值点，并利用预设的直方图平移技术嵌入水印。
可选地，在本申请的一个实施例中，水印模块300包括：平移单元、嵌入单元、生成单元和水印单元。
其中，平移单元，用于向零值点方向，将峰值点与零值点之间的像素值对应的像素点平移1位。
嵌入单元，用于将水印比特为1的信息嵌入到直方图的峰值点所对应的像素点中，并将水印比特为0的信息嵌入到直方图的零值点方向且紧邻峰值点的像素值对应的像素点中，且循环嵌入水印。
生成单元，用于对于中心像素图像中非中心像素点对应的预测误差，生成负预测误差直方图和非负预测误差直方图，使用预设的直方图平移方法嵌入水印，直至所有直方图均完成平移嵌入水印后，生成含水印的预测误差图像。
水印单元，用于利用预设的逆预测误差方法，将每个像素点对应的预测误差值加上原中心像素对应的像素值，得到含水印的图像。
可选地，在本申请的一个实施例中，本申请实施例的装置10还包括：提取模块。
其中，提取模块，用于在水印提取时，将含水印的图像分块，按照预设划分策略和预设选取策略提取每一个块的中心像素点对应的像素值，生成中心像素图；根据中心像素图得到非中心像素对应的预测误差，并基于所有中心像素块生成预测误差对应的预测误差图；按照峰值点和零值点，扫描预测误差图像中的像素点，其中，当遇到峰值点时，提取水印比特为1的信息，当遇到零值点方向，紧邻零值点的残差值对应的像素点时，提取水印比特为0的信息，直至预测误差图像被扫描完。
可选地，在本申请的一个实施例中，本申请实施例的装置10还包括：恢复模块。
其中，恢复模块，用于在图像恢复时，扫描预测误差图像的非中心像素点，当遇到峰值点与零值点之间的预测误差值对应的像素值时，向峰值点方向平移1位，其余预测误差值对应的像素值保持不变；利用预设的逆预测误差方法得到像素点本应对应的像素值，且同理对非中心图像进行操作，得到载体图像。
需要说明的是，前述对基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置，此处不再赘述。
根据本申请实施例的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置，在基于相邻像素的相关性的基础上，还基于某块图像与相邻块图像之间的相关性，实现嵌入水印的目的，利用图像块在不同区域的相关性提高升预测误差直方图技术的嵌入容量，即在嵌入过程中，基于原图像生成的预测误差直方图和中心像素图对应的预测误差直方图所包含的峰值点和零值点是不相同，从而可以在两幅预测误差直方图中嵌入不同的信息，有效提升水印的可靠性和实用性，提升使用体验。由此，解决了相关技术的基于预测误差直方图的可逆数字水印算法当中，由于嵌入容量取决于直方图峰值点像素的数量，仅基于某一像素与周围像素点之间的相关性，导致嵌入容量较低，水印的可靠性和实用性得不到满足，使用体验较低等技术问题。
图11为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：
存储器1201、处理器1202及存储在存储器1201上并可在处理器1202上运行的计算机程序。
处理器1202执行程序时实现上述实施例中提供的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法。
进一步地，电子设备还包括：
通信接口1203，用于存储器1201和处理器1202之间的通信。
存储器1201，用于存放可在处理器1202上运行的计算机程序。
存储器1201可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器1201、处理器1202和通信接口1203独立实现，则通信接口1203、存储器1201和处理器1202可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选的，在具体实现上，如果存储器1201、处理器1202及通信接口1203，集成在一块芯片上实现，则存储器1201、处理器1202及通信接口1203可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器1202可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照预设划分策略将载体图像划分为多块图像，并根据所述多块图像的中心像素获取每块图像的预测值，且得到非中心像素的预测误差，以将所述非中心像素待测值替换为所述预测误差；
按照预设选取策略选取每块图像的中心像素，且基于所述每块图像的中心像素重新组成中心像素图像，并按照所述预设划分策略将所述中心像素图像分成多块子中心像素图，以基于块子中心像素图的预测值计算所述每块子中心像素图的预测误差，获取所述中心像素图像的预测误差图，且按照相同的所述预设划分策略获取所述非中心像素对应的预测误差直方图，以基于所述预测误差直方图得到负预测误差直方图、非负预测误差直方图；以及
分别选取所述每块图像对应的直方图上的一对峰值点和距离峰值点最近的零值点，并利用预设的直方图平移技术嵌入水印。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用预设的直方图平移技术嵌入水印，包括：
向零值点方向，将峰值点与零值点之间的像素值对应的像素点平移1位；
将水印比特为1的信息嵌入到直方图的峰值点所对应的像素点中，并将水印比特为0的信息嵌入到直方图的零值点方向且紧邻峰值点的像素值对应的像素点中，且循环嵌入水印；
对于所述中心像素图像中非中心像素点对应的预测误差，生成负预测误差直方图和非负预测误差直方图，使用所述预设的直方图平移方法嵌入水印，直至所有直方图均完成平移嵌入水印后，生成含水印的预测误差图像；
利用预设的逆预测误差方法，将每个像素点对应的预测误差值加上原中心像素对应的像素值，得到含水印的图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在水印提取时，还包括：
将所述含水印的图像分块，按照预设划分策略和所述预设选取策略提取每一个块的中心像素点对应的像素值，生成所述中心像素图；
根据所述中心像素图得到所述非中心像素对应的预测误差，并基于所有中心像素块生成预测误差对应的预测误差图；
按照所述峰值点和零值点，扫描预测误差图像中的像素点，其中，当遇到峰值点时，提取水印比特为1的信息，当遇到零值点方向，紧邻零值点的残差值对应的像素点时，提取水印比特为0的信息，直至所述预测误差图像被扫描完。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在图像恢复时，还包括：
扫描所述预测误差图像的非中心像素点，当遇到所述峰值点与所述零值点之间的预测误差值对应的像素值时，向峰值点方向平移1位，其余预测误差值对应的像素值保持不变；
利用预设的逆预测误差方法得到像素点本应对应的像素值，且同理对所述非中心图像进行操作，得到所述载体图像。
5.一种基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印装置，其特征在于，包括：
处理模块，用于按照预设划分策略将载体图像划分为多块图像，并根据所述多块图像的中心像素获取每块图像的预测值，且得到非中心像素的预测误差，以将所述非中心像素待测值替换为所述预测误差；
获取模块，用于按照预设选取策略选取每块图像的中心像素，且基于所述每块图像的中心像素重新组成中心像素图像，并按照所述预设划分策略将所述中心像素图像分成多块子中心像素图，以基于块子中心像素图的预测值计算所述每块子中心像素图的预测误差，获取所述中心像素图像的预测误差图，且相同的按照所述预设划分策略获取所述非中心像素对应的预测误差直方图，以基于所述预测误差直方图得到负预测误差直方图、非负预测误差直方图；以及
水印模块，用于分别选取所述每块图像对应的直方图上的一对峰值点和距离峰值点最近的零值点，并利用预设的直方图平移技术嵌入水印。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述水印模块包括：
平移单元，用于向零值点方向，将峰值点与零值点之间的像素值对应的像素点平移1位；
嵌入单元，用于将水印比特为1的信息嵌入到直方图的峰值点所对应的像素点中，并将水印比特为0的信息嵌入到直方图的零值点方向且紧邻峰值点的像素值对应的像素点中，且循环嵌入水印；
生成单元，用于对于所述中心像素图像中非中心像素点对应的预测误差，生成负预测误差直方图和非负预测误差直方图，使用所述预设的直方图平移方法嵌入水印，直至所有直方图均完成平移嵌入水印后，生成含水印的预测误差图像；
水印单元，用于利用预设的逆预测误差方法，将每个像素点对应的预测误差值加上原中心像素对应的像素值，得到含水印的图像。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
提取模块，用于在水印提取时，将所述含水印的图像分块，按照预设划分策略和所述预设选取策略提取每一个块的中心像素点对应的像素值，生成所述中心像素图；根据所述中心像素图得到所述非中心像素对应的预测误差，并基于所有中心像素块生成预测误差对应的预测误差图；按照所述峰值点和零值点，扫描预测误差图像中的像素点，其中，当遇到峰值点时，提取水印比特为1的信息，当遇到零值点方向，紧邻零值点的残差值对应的像素点时，提取水印比特为0的信息，直至所述预测误差图像被扫描完。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
恢复模块，用于在图像恢复时，扫描所述预测误差图像的非中心像素点，当遇到所述峰值点与所述零值点之间的预测误差值对应的像素值时，向峰值点方向平移1位，其余预测误差值对应的像素值保持不变；利用预设的逆预测误差方法得到像素点本应对应的像素值，且同理对所述非中心图像进行操作，得到所述载体图像。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-4任一项所述的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-4任一项所述的基于块间预测误差直方图平移的可逆图像水印方法。
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