可逆数字水印方法及装置与流程

1.本发明涉及可逆数字水印技术领域，特别涉及一种基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法及装置。


背景技术：

2.相关技术，sachnev等人提出采用上下左右四点邻接点加和均值方式构建菱形预测器进行预测，在单个菱形单元中，将菱形的四个顶点像素加和求平均值预测中心像素。同时提出一种像素波动值定义，根据波动值升序排列首先嵌入具有较小波动值像素，以减少由水印嵌入引入的失真。dragoi开发了一种基于局部预测的差分扩展可逆水印算法，该算法通过计算周围像素的加权和实现对中心像素的预测。具体通过解决线性回归问题来获得最佳权重。dragoi改进了纹理区域中预测性能。一旦某个菱形单元的水平或者竖直方向的像素一致性超过预定阈值，就会根据水平方向像素或竖直方向像素的局部一致性，对水平方向两点像素或竖直方向两点像素的值求平均值进行预测，因为它们被认为与目标像素更相关，否则按照四点加和求均值方式，构建菱形预测器生成中心像素的预测值。
3.然而，采用四个顶点平均值进行预测的菱形预测器对于四点一致性较差的像素点，会导致预测的准确性差。虽然采用波动值排序方法进行解决此问题，但是根据单元格定义的波动对像素点进行排序，波动值较小的单元格则优先嵌入水印。如果要嵌入的水印位的数量足够小，则该策略能够确保更好的不可感知性。但是，一旦达到嵌入容量的上限，不可避免地会使用波动较大的单元嵌入水印位，这意味着相关性较弱的相邻像素仍将用于预测。
4.另一方面，沿着水平和竖直方向的像素一致性被用来提高预测的准确性。在这种情况下，预测的准确性不再与先前定义的波动相关，因此传统波动值排序策略不再起作用。此外，在该项工作中仅考虑菱形预测器水平方向和竖直方向的局部一致性，菱形预测器对角线方向没有很好地考虑并将其用于预测。


技术实现要素：

5.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。
6.为此，本发明的一个目的在于提出一种基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法，该方法在预测误差扩展时得到更好的效果，减小数字图像载体失真与视觉差别。
7.本发明的另一个目的在于提出一种基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印装置。
8.为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法，包括以下步骤：将中心像素值周围像素分别划分为水平组、竖直组、两个正对角线组与两个负对角线组，并计算局部一致性的每对像素之间的差的绝对值；判断水平、竖直方向是否具有较强的一致性或者两方向是否具有较强整体的一致性；
当水平、竖直方向具有较强的一致性时，通过两个邻居像素点进行像素预测，其中，根据一致性阈值t2引入第三个像素与选择的两个像素进行比较，以确定是否引入所述第三个像素，根据比较结果预测目标像素的预测值；当两方向具有较强整体的一致性时，通过四个邻居像素点进行像素预测，其中，选择两个具有较大局部均匀性的像素，根据一致性阈值t3确定是否存在与选择的两个像素不一致的像素，根据确定结果预测目标像素的预测值。。
9.本发明实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法，改进菱形预测器，从而能够在基于预测误差扩展的可逆数字水印技术，自适应地采用沿水平，竖直和对角线方向的一致性较高的像素预测集合进行像素预测，得到较小的预测误差，因此在预测误差扩展时得到更好的效果，减小数字图像载体失真与视觉差别。
10.另外，根据本发明上述实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法还可以具有以下附加的技术特征：
11.在本发明的一个实施例中，所述根据一致性阈值t2引入第三个像素与选择的两个像素进行比较，以确定是否引入所述第三个像素，根据比较结果预测目标像素的预测值，包括：
12.如果水平组中像素之间的差的绝对值m1小于竖直组中像素之间的差的绝对值m2，则选择沿水平方向的两个像素点，并计算两个正对角线组每组中像素之间的差的绝对值m3和m5的平均值n3，以及两个负对角线组每组像素之间的差的绝对值m4和m6的平均值n4，表示取下整数，其中，
13.如果n3《n4，并且n3≤t2，则上竖直方向像素值v
i-1,j
与第一预测集合{左水平方向像素值v
i,j-1
，右水平方向像素值v
i,j 1
}具有高度一致性，将v
i-1,j
添加到所述第一预测集合中，则所述预测值为：
14.如果n3》n4并且n4≤t2，则下竖直方向像素值v
i 1,j
与所述第一预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}保持高度一致性，将v
i 1,j
添加到所述第一预测集合中，则所述预测值为：添加到所述第一预测集合中，则所述预测值为：
15.如果v
i-1,j
和v
i 1,j
均不与所述第一预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}存在较高一致性，则根据v
i-1,j
和v
i 1,j
的平均值预测所述目标像素的预测值，其中，所述预测值为：
16.在本发明的一个实施例中，所述根据一致性阈值t2引入第三个像素与选择的两个像素进行比较，以确定是否引入所述第三个像素，根据比较结果预测目标像素的预测值，进一步包括：
17.如果m1》m2，则沿竖直方向选择v
i-1,j
和v
i 1,j
，并分别计算m4和m5的平均值n5，m3和m6的平均值n6，其中，
18.如果n5《n6并且n5≤t2，则v
i,j-1
与第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}保持高度一致性，并
将v
i,j-1
添加到所述第二预测集合中，则所述预测值为：
19.如果n5》n6并且n6≤t2，则v
i,j 1
与所述第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}保持高度一致性，并将v
i，j 1
添加到所述第二预测集合中，则所述预测值为：
20.如果v
i,j-1
和v
i,j 1
均不与所述第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}存在较高一致性，则根据v
i-1,j
和v
i 1,j
的平均值预测所述目标像素的预测值，其中，所述预测值为：的平均值预测所述目标像素的预测值，其中，所述预测值为：
21.在本发明的一个实施例中，所述选择两个具有较大局部均匀性的像素，根据一致性阈值t3确定是否存在与选择的两个像素不一致的像素，根据确定结果预测目标像素的预测值，包括：
22.如果m1《m2，则选择v
i,j-1
和v
i,j 1
，并移除与第三预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}不一致的像素，生成所述预测值：
[0023][0024]
如果m1》m2，则选择v
i-1,j
和v
i 1,j
，并移除与第四预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}不一致的像素，生成预测值：
[0025][0026]
否则，通过邻居像素点的像素值均值进行预测，得到预测值为：
[0027]
在本发明的一个实施例中，还包括：计算所述目标像素的预测值的波动值，并在计算得到每个处理像素按照周边上下左右邻接点的波动值后，根据所述波动性将像素点进行升序排列，并依次嵌入数字水印。
[0028]
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印装置，包括：计算模块，用于将中心像素值周围像素分别划分为水平组、竖直组、两个正对角线组与两个负对角线组，并计算局部一致性的每对像素之间的差的绝对值；判断模块，用于判断水平、竖直方向是否具有较强的一致性或者两方向是否具有较强整体的一致性；预测模块，用于在当水平、竖直方向具有较强的一致性时，通过两个邻居像素点进行像素预测，其中，根据一致性阈值t2引入第三个像素与选择的两个像素进行比较，以确定是否引入所述第三个像素，根据比较结果预测目标像素的预测值；在两方向具有较强整体的一致性时，通过四个邻居像素点进行像素预测，其中，选择两个具有较大局部均匀性的像素，根据一致性阈值t3确定是否存在与选择的两个像素不一致的像素，根据确定结果预测目标像素的预测值。
[0029]
本发明实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印装置，改
进菱形预测器，从而能够在基于预测误差扩展的可逆数字水印技术，自适应地采用沿水平，竖直和对角线方向的一致性较高的像素预测集合进行像素预测，得到较小的预测误差，因此在预测误差扩展时得到更好的效果，减小数字图像载体失真与视觉差别。
[0030]
另外，根据本发明上述实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印装置还可以具有以下附加的技术特征：
[0031]
在本发明的一个实施例中，所述预测模块用于：
[0032]
如果水平组中像素之间的差的绝对值m1小于竖直组中像素之间的差的绝对值m2，则选择沿水平方向的两个像素点，并计算两个正对角线组每组中像素之间的差的绝对值m3和m5的平均值n3，以及两个负对角线组每组像素之间的差的绝对值m4和m6的平均值n4，表示取下整数，其中，
[0033]
如果n3《n
4，
并且n3≤t2，则上竖直方向像素值v
i-1,j
与第一预测集合{左水平方向像素值v
i,j-1
，右水平方向像素值v
i,j 1
}具有高度一致性，将v
i-1,j
添加到所述第一预测集合中，则所述预测值为：
[0034]
如果n3》n4并且n4≤t2，则下竖直方向像素值v
i 1,j
与所述第一预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}保持高度一致性，将v
i 1,j
添加到所述第一预测集合中，则所述预测值为：添加到所述第一预测集合中，则所述预测值为：
[0035]
如果v
i-1,j
和v
i 1,j
均不与所述第一预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}存在较高一致性，则根据v
i-1,j
和v
i 1,j
的平均值预测所述目标像素的预测值，其中，所述预测值为：
[0036]
在本发明的一个实施例中，所述预测模块进一步用于：
[0037]
如果m1》m2，则沿竖直方向选择v
i-1,j
和v
i 1,j
，并分别计算m4和m5的平均值n5，m3和m6的平均值n6，其中，
[0038]
如果n5《n6并且n5≤t2，则v
i,j-1
与第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}保持高度一致性，并将v
i,j-1
添加到所述第二预测集合中，则所述预测值为：
[0039]
如果n5》n6并且n6≤t2，则v
i,j 1
与所述第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}保持高度一致性，并将v
i，j 1
添加到所述第二预测集合中，则所述预测值为：
[0040]
如果v
i,j-1
和v
i,j 1
均不与所述第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}存在较高一致性，则根据v
i-1,j
和v
i 1,j
的平均值预测所述目标像素的预测值，其中，所述预测值为：的平均值预测所述目标像素的预测值，其中，所述预测值为：
[0041]
在本发明的一个实施例中，所述预测模块进一步用于：
[0042]
如果m1《m2，则选择v
i,j-1
和v
i,j 1
，并移除与第三预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}不一致的像素，生成所述预测值：
[0043][0044]
如果m1》m2，则选择v
i-1,j
和v
i 1,j
，并移除与第四预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}不一致的像素，生成预测值：
[0045][0046]
否则，通过邻居像素点的像素值均值进行预测，得到预测值为：
[0047]
在本发明的一个实施例中，还包括：嵌入模块，用于计算所述目标像素的预测值的波动值，并在计算得到每个处理像素按照周边上下左右邻接点的波动值后，根据所述波动性将像素点进行升序排列，并依次嵌入数字水印。
[0048]
本发明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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0049]
本发明上述的和/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：
[0050]
图1为相关技术的像素集合分类示例图；
[0051]
图2为相关技术的菱形单元示例图；
[0052]
图3为根据本发明实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展方法的流程图；
[0053]
图4为根据本发明一个实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展方法的流程图；
[0054]
图5为根据本发明一个实施例的待预测像素单元示意图；
[0055]
图6为根据本发明实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展装置的结构示意图。
具体实施方式
[0056]
下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0057]
本技术是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：
[0058]
可逆数字水印技术是一种支持数字图像载体无损恢复的数字水印算法。发送方通
过数字水印嵌入方法嵌入数字水印，保证载体图像不可感知的基础上，接收方收到含有数字水印的数字图像载体时，利用数字水印提取算法，在提取数字水印的同时，保证含有数字水印的数字图像载体能够恢复原始数字图像载体。由于普通数字水印技术提取后造成数字图像损坏的缺点，该方法无损逆向恢复的特性，尤其适用于敏感图像篡改的场合，如医疗、军事、高保真数字媒体等领域。
[0059]
通过建立菱形预测器采用预测误差扩展方法是实现数字图像可逆数字水印的一种有效技术。分为像素集合分类阶段，波动值排序阶段，像素预测阶段、预测像素误差扩展嵌入阶段、提取数字水印恢复数字图像载体阶段。
[0060]
(1)像素集合分类阶段
[0061]
首先将数字图像载体交错分为两集合部分，点集与叉集，目的为了能够不破坏下一预测点的邻接点像素值，否则无法达到可逆向无损恢复效果，因此按照如图1所示先处理点集，从而按点集进行(2)(3)(4)(5)阶段。
[0062]
对于点集中的每一个像素，按照如图2的方式，组建菱形单元通过上下左右各邻接点设定有关规则构建菱形预测器进行中心像素值预测、计算波动值排序。
[0063]
(2)像素预测阶段
[0064]
通过待预测修改中心像素点v
i,j
的上下左右邻接像素点关联信息，建立规则，通过设定规则构建菱形预测器，通过周边邻接像素预测中心像素点，结果为预测值
[0065]
(3)波动值排序阶段
[0066]
为了在数字水印位未完全嵌入后尽可能减少图片失真和视觉察觉，首先需要确定像素波动值定义，波动值越大，说明修改此点会引起该点较大变化，波动值越小，在该组别内优先预测修改该点。因此对于第一集合点区域的像素点按照波动值定义进行波动值计算，按照波动值升序排列，按照序列进行依次预测、误差扩展、嵌入。
[0067]
(4)预测像素误差扩展嵌入阶段
[0068]
实际像素值v
i,j
减去预测误差值根据如下公式计算预测误差e
i,j
：
[0069][0070]
根据如下公式进行预测误差扩展：
[0071]ei,j
＝2e
i,j
b，
[0072]
待嵌入数字水印为一串二进制比特(0、1)组成，其中b为待嵌入数字水印比特0或1。
[0073]
数字图像载体由原始像素v
i,j
到含有数字水印的像素v
i,j
的改变，在此过程中完成数字水印嵌入，
[0074][0075]
(5)提取数字水印恢复数字图像载体阶段
[0076]
对于组别内数字水印嵌入完成的像素点按照波动值进行升序排序，依次进行提取。对于一个含有数字水印的像素点v
i,j
，由于仅改变中心待预测修改的像素点，而没有改变其上下左右邻接点，因此该点预测值没有改变，计算预测扩展误差e’i,j
：
[0077][0078]
提取数字水印b：
[0079]
b＝e’i,j mod 2，
[0080]
同时，恢复原始预测误差：
[0081][0082]
恢复原始数字图像载体像素：
[0083][0084]
本发明采用基于改进的菱形预测器和预测误差扩展方法，主要设计了一种改进的菱形预测器，并进一步提出了一种相应的预测策略，以支持基于预测误差扩展的可逆水印算法。具体地，根据一致性阈值，自适应地采用沿水平，竖直和对角线方向的像素。
[0085]
同时考虑菱形预测器的性能，提出一种基于波动排序的框架来支持高保真度可逆数据隐藏。本发明提出改进的菱形预测器以及相应的波动排序策略，这两者都在很大程度上提高了预测的准确性和不可感知性。
[0086]
因此在本发明中，解决如何改进菱形预测器，以便对具有较大波动的菱形单元进行更准确的预测，并规定更相关波动值定义，提供更好的波动排序策略。本发明是一个同时考虑水平，竖直和对角线方向一致性的方案。
[0087]
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法。
[0088]
图3是本发明一个实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法的流程图。
[0089]
如图3所示，该基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法包括以下步骤：
[0090]
在步骤s301中，将中心像素值周围像素分别划分为水平组、竖直组、两个正对角线组与两个负对角线组，并计算局部一致性的每对像素之间的差的绝对值。
[0091]
可以理解的是，如图4所示，本发明实施例采用根据一致性阈值，自适应地采用沿水平，竖直和对角线方向的像素的菱形预测器，主要是增加对角线方向的判断。
[0092]
具体地：如图5所示，对于图5所示的某个像素单元，首先将以中心像素值v
i,j
周围像素分为水平组，竖直组，两个正对角线组和两个负对角线组。其中v
i-1,j
，v
i 1,j
，v
i,j-1
，v
i,j 1
分别对应上、下(竖直方向)，左、右(水平方向)的四个邻接像素值。
[0093]
计算局部一致性的每对像素之间的差的绝对值定义为mi(i∈[1,6])，如下所示：
[0094][0095]
在步骤s302中，判断水平、竖直方向是否具有较强的一致性或者两方向是否具有较强整体的一致性。
[0096]
可以理解的是，如图4所示，判断是水平、竖直方向是否具有较强的一致性或者两
方向是否具有较强整体的一致性，因此计算：
[0097][0098][0099]
m1＝|n
1-n2|
[0100]
其中n1为水平方向的平均值，n2为竖直方向的平均值，将水平平均值和竖直平均值之差的绝对值m1与单元格一致性阈值t1进行比较。如果m1《t1，则水平方向和竖直方向之间的整体一致性被认为处于较高水平。若m1≥t1，仅将具有较高局部一致性的一个方向用于预测。因此，将目标像素的预测值定义为：
[0101][0102]
其中表示取下整数。本发明实施例可以根据预测变量中的像素数，将目标像素分为两组，每组分别进行如下处理：
[0103]
在步骤s303中，当水平、竖直方向具有较强的一致性时，通过两个邻居像素点进行像素预测，其中，根据一致性阈值t2引入第三个像素与选择的两个像素进行比较，以确定是否引入第三个像素，根据比较结果预测目标像素的预测值。
[0104]
可以理解的是，对于由两个邻居节点预测的像素，水平方向和竖直方向两方向整体一致性被认为处于较低水平。如果仅利用具有较高局部一致性的两个像素来预测目标像素，则可能会引入较大的预测误差。因此，本发明实施例考虑沿对角线方向的一致性，从而设法提高预测的准确性。根据一致性阈值t2引入第三个像素与选择的两个像素进行比较，以确定是否应该将其包括在预测变量中，具体如下：
[0105]
如果m1《m2，则选择沿水平方向的v
i,j-1
和v
i,j 1
两个像素，因为水平方向两个像素点具有较高的局部一致性。计算m3和m5，m4和m6的平均值，表示以下所示的结果n3和n4，
[0106][0107]
如果n3《n4，并且n3≤t2，则认为v
i-1,j
与{v
i,j-1
，v
i,j 1
}具有高度一致性。将v
i-1,j
添加到预测集合中，并将预测值定义为：
[0108][0109]
如果n3》n4并且n4≤t2，则将v
i 1,j
与{v
i,j-1
，v
i,j 1
}保持高度一致性。将v
i 1,j
添加到预测集合中，并将预测值定义为
[0110][0111]
其余情况下，v
i-1,j
和v
i 1,j
都不被认为与{v
i,j-1
，v
i,j 1
}存在较高一致性。在这种情况下，仅使用v
i-1,j
和v
i 1,j
的水平平均值将目标像素预测为：
[0112][0113]
如果m1》m2，则沿竖直方向选择v
i-1,j
和v
i 1,j
，因为竖直方向两个像素点具有较高的局部一致性。计算m4和m5，m3和m6的平均值，表示为以下所示的结果n5和n6。
[0114][0115]
如果n5《n6并且n5≤t2，则将v
i,j-1
与{v
i-1,j
，v
i 1,j
}保持高度一致性。将v
i,j-1
添加到预测集合中，并将预测值定义为：
[0116][0117]
一旦n5》n6并且n6≤t2，则将v
i,j 1
与{v
i-1,j
，v
i 1,j
}保持高度一致性。将v
i，j 1
添加到预测集合中，并将预测值定义为：
[0118][0119]
其余情况下，v
i,j-1
和v
i,j 1
都不被认为与{v
i-1,j
，v
i 1,j
}存在较高一致性。在这种情况下，仅使用v
i-1,j
和v
i 1,j
将目标像素预测为：
[0120][0121]
在步骤s304中，当两方向具有较强整体的一致性时，通过四个邻居像素点进行像素预测，其中，选择两个具有较大局部均匀性的像素，根据一致性阈值t3确定是否存在与选择的两个像素不一致的像素，根据确定结果预测目标像素的预测值。
[0122]
可以理解的是，对于由四个邻居节点预测的像素，水平方向和垂直方向之间的整体一致性被认为处于较高水平。为了提高预测的准确性，本发明实施例首先选择两个具有较大局部均匀性的像素，然后根据一致性阈值t3确定任何一个第三个像素是否应将其从预测集合中删除，具体如下：
[0123]
如果m1《m2，则首先选择v
i,j-1
和v
i,j 1
。移除与所选预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}不一致的像素，生成预测值：
[0124][0125]
如果m1》m2，则首先选择v
i-1,j
和v
i 1,j
。移除与所选预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}不一致的像素，生成预测值：
[0126][0127]
否则，通过四个邻接点均值进行预测：
[0128][0129]
本发明实施例的改进菱形预测器较现有菱形预测器而言能够得到很好的预测效果，提供更小的预测误差e
i,j
，因此减小预测误差扩展值e
i,j
，减小数字图像载体的视觉差别。
[0130]
需要说明的是，本发明实施例中的一致性阈值t1、t2和t3是按照[1,20]经过遍历寻找范围内的最佳结果进行确定的。
[0131]
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：计算目标像素的预测值的波动值，并在计算得到每个处理像素按照周边上下左右邻接点的波动值后，根据波动性将像素点进行升序排列，并依次嵌入数字水印。
[0132]
具体而言，本发明实施例规定了一种与本发明实施例的菱形预测器预测误差值更相关的波动值定义，在该方法中预测误差与波动值有着更强的关联性，波动值越小的中心像素点，预测误差越小。
[0133]
基于改进的菱形预测器和预测误差扩展方法采用如下方法进行像素值的波动值计算，经试验检测，较现有技术波动值更好的适配本方法的菱形预测器，并能提供嵌入水印后数字图像载体更小的视觉差别。
[0134]fi,j
＝m1 m2 m3 m4 m5 m6[0135]
当水印未完全嵌入数字图像中，本发明实施例按照处理像素集合中，每个处理像素按照周边上下左右邻接点进行波动值计算，按照波动性将像素点进行升序排列，依次嵌入数字水印。目的在于水印数量较少，未完全嵌入整个数字图像时，尽可能减少视觉差别。
[0136]
基于改进的菱形预测器和预测误差扩展方法采用改进后的菱形预测器进行像素值预测，根据实验能得到效果更好的预测误差，减小由于扩展预测误差造成的数字图像载体失真和视觉差别。
[0137]
根据本发明实施例提出的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法，改进菱形预测器，从而能够在基于预测误差扩展的可逆数字水印技术，自适应地采用沿水平，竖直和对角线方向的一致性较高的像素预测集合进行像素预测，得到较小的预测误差，因此在预测误差扩展时得到更好的效果，减小数字图像载体失真与视觉差别；并且提供一种与改进菱形预测器关联程度高的新的波动值定义，因此在水印未完全嵌入时，优先选择波动值较小的像素点进行预测，由于规定波动值与预测误差具有较高的关联程度，这些像素点同时具备预测误差小的特点，从而进一步减小了数字图像载体失真与视觉差别。
[0138]
图6是本发明一个实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印装置的结构示意图。
[0139]
如图6所示，该基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印装置10包括：计算模块100、判断模块200和预测模块300。
[0140]
其中，计算模块100用于将中心像素值周围像素分别划分为水平组、竖直组、两个正对角线组与两个负对角线组，并计算局部一致性的每对像素之间的差的绝对值；判断模块200用于判断水平、竖直方向是否具有较强的一致性或者两方向是否具有较强整体的一致性；预测模块300用于在当水平、竖直方向具有较强的一致性时，通过两个邻居像素点进
行像素预测，其中，根据一致性阈值t2引入第三个像素与选择的两个像素进行比较，以确定是否引入第三个像素，根据比较结果预测目标像素的预测值；在两方向具有较强整体的一致性时，通过四个邻居像素点进行像素预测，其中，选择两个具有较大局部均匀性的像素，根据一致性阈值t3确定是否存在与选择的两个像素不一致的像素，根据确定结果预测目标像素的预测值。本发明实施例的装置10在预测误差扩展时得到更好的效果，减小数字图像载体失真与视觉差别。
[0141]
在本发明的一个实施例中，预测模块300用于：
[0142]
如果水平组中像素之间的差的绝对值m1小于竖直组中像素之间的差的绝对值m2，则选择沿水平方向的两个像素点，并计算两个正对角线组每组中像素之间的差的绝对值m3和m5的平均值n3，以及两个负对角线组每组像素之间的差的绝对值m4和m6的平均值n4，表示取下整数，其中，
[0143]
如果n3《n
4，
并且n3≤t2，则上竖直方向像素值v
i-1,j
与第一预测集合{左水平方向像素值v
i,j-1
，右水平方向像素值v
i,j 1
}具有高度一致性，将v
i-1,j
添加到第一预测集合中，则预测值为：
[0144]
如果n3》n4并且n4≤t2，则下竖直方向像素值v
i 1,j
与第一预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}保持高度一致性，将v
i 1,j
添加到第一预测集合中，则预测值为：
[0145]
如果v
i-1,j
和v
i 1,j
均不与第一预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}存在较高一致性，则根据v
i-1,j
和v
i 1,j
的平均值预测目标像素的预测值，其中，预测值为：
[0146]
在本发明的一个实施例中，预测模块300进一步用于：
[0147]
如果m1》m2，则沿竖直方向选择v
i-1,j
和v
i 1,j
，并分别计算m4和m5的平均值n5，m3和m6的平均值n6，其中，
[0148]
如果n5《n6并且n5≤t2，则v
i,j-1
与第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}保持高度一致性，并将v
i,j-1
添加到第二预测集合中，则预测值为：
[0149]
如果n5》n6并且n6≤t2，则v
i,j 1
与第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}保持高度一致性，并将v
i，j 1
添加到第二预测集合中，则预测值为：
[0150]
如果v
i,j-1
和v
i,j 1
均不与第二预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}存在较高一致性，则根据v
i-1,j
和v
i 1,j
的平均值预测目标像素的预测值，其中，预测值为：
[0151]
在本发明的一个实施例中，预测模块300进一步用于：
[0152]
如果m1《m2，则选择v
i,j-1
和v
i,j 1
，并移除与第三预测集合{v
i,j-1
，v
i,j 1
}不一致的像素，生成预测值：
[0153][0154]
如果m1》m2，则选择v
i-1,j
和v
i 1,j
，并移除与第四预测集合{v
i-1,j
，v
i 1,j
}不一致的像素，生成预测值：
[0155][0156]
否则，通过邻居像素点的像素值均值进行预测，得到预测值为：
[0157]
在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：嵌入模块。其中，嵌入模块用于计算目标像素的预测值的波动值，并在计算得到每个处理像素按照周边上下左右邻接点的波动值后，根据波动性将像素点进行升序排列，并依次嵌入数字水印。
[0158]
需要说明的是，前述对基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印装置，此处不再赘述。
[0159]
根据本发明实施例提出的基于改进的菱形预测器和预测误差扩展的可逆数字水印装置，改进菱形预测器，从而能够在基于预测误差扩展的可逆数字水印技术，自适应地采用沿水平，竖直和对角线方向的一致性较高的像素预测集合进行像素预测，得到较小的预测误差，因此在预测误差扩展时得到更好的效果，减小数字图像载体失真与视觉差别；并且提供一种与改进菱形预测器关联程度高的新的波动值定义，因此在水印未完全嵌入时，优先选择波动值较小的像素点进行预测，由于规定波动值与预测误差具有较高的关联程度，这些像素点同时具备预测误差小的特点，从而进一步减小了数字图像载体失真与视觉差别。
[0160]
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发明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。
[0161]
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。在本发明的描述中，“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。