一种基于分块合并策略的PVO数字水印方法与流程

本发明属于数字水印技术领域，尤其涉及一种基于分块合并策略的pvo数字水印方法。

背景技术：

近些年来，在军事、医学、遥感图像处理等领域中，对于原始图像进行分析和研究，通过调整人眼对于图像中不敏感区域的信息，提出了可逆水印技术。在提取水印之后，原始图像可以被准确无误的恢复；其中一种像素值排序(pvo)的技术受到了许多关注，将原始图像划分成等大小的块之后，给定块内的像素并根据像素值排序，然后通过修改每个分块的最大值和最小值来实现数据嵌入。对于给定的嵌入容量，最终搜索最佳分块大小，以使嵌入失真最小化；由于同一分块中的像素通常具有很强的相关性，所以该方法有着良好的嵌入性能。pvo嵌入性能与其分块大小有显著的相关性；使用固定的分块方案极大地限制了方案的能力。

综上所述，现有技术存在的问题是：pvo水印方案中，固定的分块方案极大地限制了方案的能力。pvo嵌入性能与分块大小有着明显的相关性，使用较大的块固然可以得到较高的性能，但却导致了嵌入容量的减少；为了满足较高的嵌入容量，必须使用较小的块，从而导致了图像质量的降低。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于分块合并策略的pvo数字水印方法。

本发明是这样实现的，一种基于分块合并策略的pvo数字水印方法，所述基于分块合并策略的pvo数字水印方法包括以下步骤：

步骤一，读取原始灰度图像并将其分为不重复的2*2大小的块；

步骤二，对每一个分块计算其局部复杂度并在位图中标记；

步骤三，对位图进行无损数据压缩并作为辅助信息的一部分等待嵌入；

步骤四，2*2分块的嵌入，对于复杂度小于t1的块进行pvo的嵌入；

对于分块xi＝{x1,...,xn}，复杂度的定义如下：

nli＝var(x2,…,xn-1)

这里var表示求方差。

步骤五，第一层合并：对于局部复杂度大于t1的2*2的块，计算与相邻块的相似度sim，根据相似度大小，将相似度小于s的相邻块进行合并，形成一个大小为8的分块；

对于待合并的分块x＝{x1,...,xn}和y＝{y1,...,yn}，相似度sim的定义如下：

步骤六，对于合并后的块，再次计算其复杂度并根据阈值t2进行pvo的嵌入；

步骤七，第二层合并：对于不满足要求的块，根据相邻块之间的位置关系，将满足要求的块合并成一个4*4的块；

步骤八，合并后的块，再次计算复杂度并根据阈值t3进行pvo的嵌入；

步骤九，使用lsb替换的方法进行辅助信息的嵌入，并将替换下来的lsb序列作为负载的一部分进行嵌入；嵌入完成；

阈值t1，t2，t3与具体图像和嵌入容量有关，通过遍历所有组合选择不同容量下最优的阈值。

步骤十，从嵌入后的水印图像的指定像素中读取lsb以获得辅助信息；

步骤十一，从辅助信息中得到压缩后的位图并解压；

步骤十二，按嵌入时的方案将图像分成2*2大小不重复的块并计算复杂度；

步骤十三，水印提取；

步骤十四，根据提取的数据得到被替换的lsb序列，将其替换回原来的位置，得到原始图像。

进一步，所述步骤五具体包括：

(a)对于不满足要求的块，计算其与相邻块的相似度sim；

(b)根据相似度大小，将sim<s的相邻块进行合并，形成一个大小为8的分块，2*4或4*2。

进一步，所述步骤十三具体包括：

(a)从复杂度小于阈值t1的2*2的块中提取出第一部分水印；

(b)对剩下的块根据阈值s按相似度sim进行第一层合并；

(c)从合并的块中根据阈值t2提取出第二部分水印；

(d)对(c)中剩下的块进行第二层合并及提取。

进一步，所述辅助信息的嵌入读取图像的前个像素点的lsb来得到一个slsb序列，序列将作为水印的一部分嵌入到图像中；采用lsb替换的方法将辅助信息嵌入到像素点中。

进一步，所述辅助信息包括：

三层嵌入的复杂度阈值t1(8bits)，t2(8bits)，t3(8bits)；

第一次合并的相似度阈值s(8bits)；

水印结束标记

压缩后的位图长度

压缩后的位图lm(lclmbits)。

本发明的优点及积极效果为：通过计算相似度，将分块由小到大一层层合并，实现了动态控制分块的大小，有效提升了分块内像素的相关性，实现了在相同嵌入容量下获得更少的图像失真，大大提升了嵌入后图像的psnr(峰值信噪比)；可用于秘密信息的可逆隐藏。表1是本发明在lena，airplane，barbara等三张图上不同嵌入容量下psnr的实验数据对比。由于4*4分块方案在三张图片上最大嵌入容量均无法达到20000bits，所以嵌入容量20000bits的情况下只比对了2*2分块方案。根据表格可以看出，相较于固定分块的方案，本发明在不同嵌入容量下psnr均有一定的提升。

表1

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于分块合并策略的pvo数字水印方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于分块合并策略的pvo数字水印方法实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，

对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于分块合并策略的pvo数字水印方法包括以下步骤：

s101：读取原始灰度图像并将其分为不重复的2*2大小的块；

s102：对每一个分块计算其局部复杂度并在位图中标记；

s103：对位图进行无损数据压缩并作为辅助信息的一部分等待嵌入；

s104：2*2分块的嵌入，对于复杂度小于t1的块进行pvo的嵌入；

s105：第一层合并：

s106：对于合并后的块，再次计算其复杂度并根据阈值t2进行pvo的嵌入；

s107：第二层合并：对于不满足要求的块，根据相邻块之间的位置关系，将满足要求的块合并成一个4*4的块；

s108：合并后的块，再次计算其复杂度并根据阈值t3进行pvo的嵌入；

s109：使用lsb替换的方法进行辅助信息的嵌入，并将替换下来的lsb序列作为负载的一部分进行嵌入；

s110：从指定像素中读取lsb以获得辅助信息；

s111：从辅助信息中得到压缩后的位图并解压；

s112：按嵌入时的方案将图像分成2*2大小不重复的块并计算复杂度；

s113：水印提取；

s114：根据提取的数据得到被替换的lsb序列，将其替换回原来的位置，从而得到原始图像。

步骤s105具体包括：

(a)对于不满足要求的块，计算其与相邻块的相似度sim；

(b)根据相似度大小，将sim<s的相邻块进行合并，形成一个大小为8的分块(2*4或4*2)。

步骤s113包括：

(a)先从复杂度小于阈值t1的2*2的块中提取出第一部分水印；

(b)对剩下的块根据阈值s按相似度sim进行第一层合并；

(c)从合并的块中根据阈值t2提取出第二部分水印；

(d)对(c)中剩下的块进行第二层合并及提取，方法如(b)(c)。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

如图2所示，本发明实施例提供的基于分块合并策略的pvo数字水印方法包括以下步骤：

一、水印的嵌入

步骤1，对原始灰度图像进行分块；

将图像分为2*2大小的互不重叠的分块。

步骤2，分块预处理；

对每一个分块，计算其局部复杂度nl，并将可能会导致溢出的分块(块内像素值为0或255)在位图中进行标记，对位图进行无损数据压缩并将其作为辅助信息的一部分等待嵌入；

步骤3，2*2分块的嵌入；

根据t1，对nl<t1的块进行pvo嵌入，nl>t1的分块留待合并；

步骤4，第一层合并及嵌入；

对于局部复杂度大于t1的2*2的块，计算其与相邻块的相似度sim，根据相似度大小，将相似度小于s的相邻块进行合并，形成一个大小为8的分块(2*4或4*2)。

对于合并后的块，再次计算其复杂度，并根据t3，对复杂度小于t2的块进行pvo嵌入。

步骤5，第二层合并及嵌入；

对于步骤4中合并后未用来嵌入(复杂度大于t3)的块，根据相邻块的位置关系，将满足要求的块合并成一个4*4的块对于合并后的块，再次进行复杂度的计算，对复杂度小于t3的块进行pvo嵌入。

步骤6，辅助信息嵌入

读取图像的前个像素点的lsb来得到一个slsb序列，该序列将作为水印的一部分嵌入到图像中。采用lsb替换的方法将辅助信息嵌入到这些像素点中。

辅助信息包括：

三层嵌入的复杂度阈值t1(8bits)，t2(8bits)，t3(8bits)；

第一次合并的相似度阈值s(8bits)；

水印结束标记

压缩后的位图长度

压缩后的位图lm(lclmbits)。

二、水印的提取过程

步骤1，辅助信息获取；

读取图像前个像素的lsb从而得到阈值t1，t2，t3，s以及ξend和lclm，根据lclm的大小继续读取lclm个像素的lsb从而得到压缩后的位图lm，对其进行解压缩。

步骤2，图像分块及预处理；

按嵌入时的方案将图像分成2*2大小不重复的块计算每一个分块的复杂度；

步骤3，2*2分块水印提取；

根据t1，从复杂度小于t1的块中提取出第一部分水印；

步骤4，第一层合并及提取；

采用与嵌入时相同的合并，将相似度sim小于s的相邻的块进行第一次合并，计算每一个合并后的块的复杂度并排序，从复杂度小于t2的块中提取出第二部分水印。

步骤5，第二层合并及提取；

将步骤4中未用到的块根据相邻块的位置关系，合并成4*4的块；计算每一个合并后的块的复杂度并排序，从复杂度小于t3的块中提取出第三部分水印。

步骤6，图像恢复

根据上述步骤中提取的数据得到原始的slsb序列，将其替换回原来的位置，得到原始图像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。