预测误差与图像插值的可逆数字水印算法研究

【摘要】：随着Internet的不断发展与进步,人们在享受现代化信息技术带来便捷的同时,同样面临着信息安全方面的隐患。一些不法分子通过不当途径非法获取大量数字产品后进行篡改并传播为自身牟私利,严重损害了这些产品的版权所有者的个人权益,给信息产业造成了诸多的安全问题。数字水印的出现正好解决了这方面的麻烦,将含有特殊意义的水印标识嵌入到数字产品中,在对版权问题无法鉴别认证时,可采用提取产品中具有特殊标识的水印信息,从而证明该产品版权归属,为此类纠纷提供帮助。但传统数字水印技术在提取时会给载体带来不可逆的损害,不适合应用到对原始载体质量有较高要求的领域。而可逆数字水印技术在提取端除可以完整检测出水印信息外,还能够无失真地复原原始载体,由于这种特性的加持,使得可逆水印技术在特殊领域有着特别重要地应用。本文以灰度图像作为实验载体,从图像不可感知性和水印嵌入容量两个方面对现有相关算法进行了改进,下面为论文主要内容和创新点:(1)对数字水印技术的研究背景和发展历程作了简单叙述,阐述了可逆数字水印技术的基本知识和相关算法,为本文算法设计提供了理论基础。(2)为了提升可逆图像水印算法的性能,提出二次预测误差与像素排序相结合的可逆图像水印算法。算法首先对灰度图像的像素进行二次误差预测,并利用相邻像素的误差值来确定其余像素的预测误差;然后采用局部复杂度对像素进行排序,以使具有较小误差值的像素被优先处理并进行数据嵌入;最后对生成的二次差值直方图进行位移产生冗余间隙,并在形成的间隙内嵌入水印。实验结果表明,利用二次预测误差与像素排序技术,可以有效地提高像素的预测精度并降低图像失真;在相同嵌入容量下,该算法嵌入水印后图像的PSNR比相关算法提高了1dB左右,不可感知性更好,算法性能更佳。(3)为了解决提升水印嵌入容量而导致图像不可感知性下降的问题,提出方向插值和差值扩展的可逆图像水印算法。算法结合差值扩展、直方图移位和图像插值法来完成水印的嵌入。算法首先对原始图像的像素进行分类,对分类后的像素进行插值预测,将预测值与原像素做差,对计算出的差值进行扩展并嵌入水印,对不能嵌入水印的像素利用直方图统计后做平移操作。特别地,本算法用来作为预测的参考像素也能用于水印的嵌入,提高了嵌入容量,同时在图像质量上也有不错表现。