專利名稱：一種部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字視頻技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種基于小波域數(shù)字水印 的部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字圖像廣泛應(yīng)用于多媒體產(chǎn)品，在獲取、壓縮、存儲和傳輸?shù)倪^程 中會造成質(zhì)量損失。人類在使用這些多媒體產(chǎn)品的同時，成為數(shù)字圖像的
最終接收者。因而人類對數(shù)字圖像的主觀質(zhì)量評價(DMOS)被認(rèn)為是最可 靠的。然而，主觀質(zhì)量評價的過程費(fèi)時費(fèi)力，并且結(jié)果不可重復(fù)。因而多 年來科學(xué)家對數(shù)字圖像客觀質(zhì)量評價方法進(jìn)行了大量研究。根據(jù)對原始圖 像的參考，客觀質(zhì)量評價方法分為全參考型、部分參考型和無參考型3種。 全參考型只適用于編碼器設(shè)計和不同編碼器的性能比較；部分參考型和無 參考型均適用于帶寬有限的多媒體應(yīng)用，而且由于部分參考型可以利用部 分原始圖像的信息，使其對數(shù)字圖像的評價結(jié)果更加符合人類主觀評價。 例如在無線通訊領(lǐng)域，在終端使用部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法評價 接收圖像的質(zhì)量，并根據(jù)該質(zhì)量調(diào)節(jié)前端編碼器或傳輸信道的參數(shù)，以保 證圖像質(zhì)量在人眼可以接受的范圍之內(nèi)。
近幾年來提出的部分參考型客觀質(zhì)量評價方法可以分為兩種。 一種是 比較從原始圖像和失真圖像提取的特征值。文獻(xiàn)[l] Wang Z, Wu G X， Sheikh H R， et al. Quality-aware images. IEEE Transactions on Image Processing, 2006, 15(6):1680-1689提取原始圖像和失真圖像中各子帶小波 系數(shù)的分布曲線，并計算兩者的KLD距離作為失真圖像的客觀質(zhì)量評價。 文獻(xiàn)[2] Carnec M, Le Callet P， Barba D. Visual feature for image quality assessment with reduced reference. IEEE International Conference on Image Processing, 2005， 1-421-4利用線增長算法提取原始圖像和失真圖像的線性 結(jié)構(gòu)方向、長度和寬度等作為特征值，然后比較兩者的相似性。文獻(xiàn)[3]Lu W, Gao X B, Li X L， et al. An image quality assessment metric basedContourlet. IEEE International Conference on Image Processing, San Diego, CA: 2008， 1172-1175利用Contourlet分解實現(xiàn)對圖像內(nèi)視覺敏感系數(shù)的提 取，通過統(tǒng)計比較原始圖像和失真圖像視覺敏感系數(shù)的關(guān)系，得到對失真 圖像的客觀質(zhì)量評價。另一種部分參考型客觀質(zhì)量評價方法是比較嵌入原 始圖像和從失真圖像提取的數(shù)字水印。文獻(xiàn)[4] Farias M C Q, Carli M， Mitra S K. Objective video quality metric based on data hiding. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 2005, 51(3):983-992利用超頻i普嵌入4支術(shù)在原始 圖像DCT域內(nèi)嵌入水印，通過失真圖像的水印復(fù)原率評價圖像的客觀質(zhì)
量。文獻(xiàn)[5] Avanaki A N, Sodagari S， Diyanat A. Reduced reference image quality assessment metric using optimized parameterized wavelet watermarking. IEEE International Conference on Signal Processing, Beijing, China: 2008, 868-871對原始圖像進(jìn)行小波分解后，將LL層作為水印嵌入 LH和HL層，失真圖像的LL層復(fù)原率作為圖像的客觀質(zhì)量評價。
文獻(xiàn)[6] Taubman D S， Marcellin M W. JPEG2000:Image Compression Fundamentals, Standards, and Practice. Kluwer Academic Publishers, 2001具 體闡述了小波變換的原理；文獻(xiàn)[7] Wang S， Zheng D， Zhao J， et al. An image quality evaluation method based on digital watermarking. IEEE Transactions on circuits and systems for video technology, 2007， 17(1 ):98-105 則利用量化的方法在原始圖像小波域內(nèi)嵌入水印。該方法的創(chuàng)新處在于首 先通過實驗獲得水印復(fù)原率與經(jīng)典客觀質(zhì)量評價結(jié)果(如PSNR、 JND) 擬合的經(jīng)驗曲線，然后根據(jù)經(jīng)驗曲線對水印的量化系數(shù)作反饋調(diào)整，使得 嵌入的水印恰好能反映圖像質(zhì)量受損的程度。文獻(xiàn)[8] Chou C H; Li Y C. A perceptually tuned subband image coder based on the measure of just-noticeable-distortion profile. IEEE Transactions on circuits and systems, 1995， 5(6): 467-476描述的方法獲得計算得到/A7)(;c,力。但因為經(jīng)驗曲線 的獲得依賴現(xiàn)有客觀質(zhì)量評價方法，所以該方法只能完成與現(xiàn)有客觀質(zhì)量 評價結(jié)果的擬合。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種基于小波域數(shù)字水印的部分參考型圖像客觀質(zhì)量 評價方法。一種采用本發(fā)明基于小波域數(shù)字水印的部分參考型圖像客觀質(zhì)量評
價方法，包括
(1) 在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行紋理復(fù)雜度分析，獲得水印嵌入指 示所述的在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行紋理復(fù)雜度分析，獲得水印嵌 入指示圖包括以下步驟
1) 利用邊緣探測算子檢測原始圖像中的邊緣輪廓；
2) 計算該原始圖像中的結(jié)構(gòu)化紋理系數(shù)；
3) 對結(jié)構(gòu)化紋理系數(shù)進(jìn)行濾波，濾波獲得水印嵌入指示圖。對結(jié)構(gòu) 紋理系數(shù)使用模板為[O， 1， 0; 1， 2, 1; 0， 1, O]的3x3濾波器進(jìn)行濾 波。
(2) 在圖像發(fā)送端，利用量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)和量化參數(shù)動態(tài)反向 調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定量化參數(shù)；
所述的在圖像發(fā)送端，利用量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)和量化參數(shù)動態(tài) 反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定量化參數(shù)的具體過程如下
1) 量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行10次，每次單獨對第A:個小波 子帶圖像進(jìn)行水印嵌入，該小波子帶圖像的量化參數(shù)AA搜索區(qū)間為[l， 50];根據(jù)每個量化參數(shù)At和水印嵌入指示圖獲得50個水印圖像和原始圖 像偏差矩陣Z)/F(x,力，以及原始圖像臨界可見偏差矩陣/7VD(x,力，計算 獲得50個水印圖像可見塊的個數(shù)M;計算水印圖像可見塊個數(shù)A^與嵌入 水印塊個數(shù)的比值i^水印圖像可見塊個數(shù)A^的增長率i^，滿足/^>0.05 且&<0.1的臨界量化參數(shù)成為第A:個小波子帶圖像的量化參數(shù)初始值A(chǔ)&。
2) 量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使用由量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲 得的10個小波子帶圖像的量化參數(shù)初始值~進(jìn)行水印嵌入，根據(jù)量化參 數(shù)A^和水印嵌入指示圖獲得水印圖像和原始圖像偏差矩陣Z)/F(jc，力，以 及原始圖像臨界可見偏差矩陣/7VD(x,力，計算水印圖像可見塊的個數(shù)A^; 如果M大于等于嵌入水印塊個數(shù)的10%，則降低對圖像質(zhì)量影響大的那 些小波子帶圖像的量化參數(shù)，利用更新過的10個小波子帶圖像的量化參 數(shù)^進(jìn)行水印嵌入，計算水印圖像可見塊的個數(shù)A^，滿足iV^小于嵌入水 印塊個數(shù)的10%時，反向調(diào)節(jié)終止，獲得最終的各小波子帶圖像的量化參 數(shù)。(3) 在圖像發(fā)送端和圖像接收端，根據(jù)水印嵌入指示圖和量化參數(shù)分別 在各小波子帶圖像內(nèi)進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入和提?。?br>
所述的在圖像發(fā)送端和圖像接收端，根據(jù)水印嵌入指示圖和量化參數(shù) 分別在各小波子帶圖像內(nèi)進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入和提取；
其中，小波子帶圖像是原始圖像經(jīng)過小波變換分解后獲得的， 一張原 始圖像經(jīng)過3級小波變換后，可以獲得10個小波子帶圖像，每個小波子 帶圖像反映的是原始圖像中不同頻率的圖像成分；將各小波子帶圖像再經(jīng) 過小波逆變換，可以重新獲得原始圖像。
水印在發(fā)送端嵌入到各小波子帶圖像內(nèi)，然后經(jīng)過小波逆變換，獲得 嵌入水印的圖像，再發(fā)送到接收端，進(jìn)行小波分解，從各小波子帶圖像內(nèi) 提取水印。
包括以下步驟
1) 在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行3層小波變換，獲得10個小波子 帶圖像；利用水印嵌入指示圖和由量化參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定的各小波子帶圖 像的量化參數(shù)，進(jìn)行水印嵌入；然后進(jìn)行3層小波逆變換，獲得水印圖像； 將經(jīng)過失真處理(如JPEG、 JPEG2000編碼等)的水印圖像通過主信道傳 輸，將水印嵌入指示圖和各小波子帶圖像的量化參數(shù)通過輔助信道傳輸。
2) 在圖像接收端，對水印圖像進(jìn)行3層小波變換，獲得10個小波子 帶圖像；利用水印嵌入指示圖和各小波子帶圖像的量化參數(shù)，進(jìn)行水印提 取。
(4) 在圖像接收端，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取的水印復(fù)原率，獲得 圖像客觀質(zhì)量評價。
所述的在圖像接收端，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取的水印復(fù)原率，獲 得圖像客觀質(zhì)量評價包括以下步驟
1)在圖像接收端，計算各小波子帶圖像的水印復(fù)原率，即正確提取 的水印位數(shù)Mc占原始水印總位數(shù)M的比值，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取 的水印復(fù)原率，獲得圖像客觀質(zhì)量評價。
本發(fā)明提供的基于小波域數(shù)字水印的部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價 方法能夠在圖像接收端缺乏原始圖像的情況下，利用隱藏在圖像內(nèi)的數(shù)字 水印準(zhǔn)確地反映出圖像的客觀質(zhì)量，在3G無線網(wǎng)絡(luò)和IP視頻系統(tǒng)中可以 用來調(diào)節(jié)編解碼和信道參數(shù)，監(jiān)測圖像的傳輸質(zhì)量，有著廣泛的應(yīng)用前景。
圖1為本發(fā)明的方法流程圖2為本發(fā)明的量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程圖3為本發(fā)明的量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程圖4為本發(fā)明的小波子帶圖像示意圖5為本發(fā)明的自定義數(shù)字水印示意圖6為本發(fā)明的亮度分量互不重疊塊劃分示意圖7為本發(fā)明的原始圖像與水印圖像的比較圖8為本發(fā)明的客觀質(zhì)量與主觀質(zhì)量的擬合和測試結(jié)果圖。
具體實施例方式
如圖l所示， 一種采用本發(fā)明基于小波域數(shù)字水印的部分參考型圖像 客觀質(zhì)量評價方法，包括
(1) 在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行紋理復(fù)雜度分析，獲得水印嵌入指 示(2) 在圖像發(fā)送端，利用量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)和量化參數(shù)動態(tài)反向 調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定量化參數(shù)；
(3) 在圖像發(fā)送端和圖像接收端，根據(jù)水印嵌入指示圖和量化參數(shù)分別 在各小波子帶圖像內(nèi)進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入和提??；
(4) 在圖像接收端，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取的水印復(fù)原率，獲得 圖像客觀質(zhì)量評價。
在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行紋理復(fù)雜度分析，獲得水印嵌入指示 圖的具體過程包括以下步驟
1) 利用邊緣4果測算子檢測原始圖像中的邊緣輪廓； 設(shè)原始圖像的亮度分量為/(/，力，利用邊緣檢測Canny算子得到相應(yīng)
的邊緣輪廓五(/，力。如果像素點屬于邊緣輪廓，則￡(/,力為1;如果像素點 不屬于邊緣輪廓，則五(/，力為0。
2) 計算該原始圖像中的結(jié)構(gòu)化紋理系數(shù)；
a)將/(/,力劃分為互不重疊的8x8塊，(整幅圖像劃分為8x8塊， 每個塊的邊緣緊挨，但是互相不重疊，如圖6所示。)計算塊內(nèi)每個象素點的梯度方向。
<formula>formula see original document page 9</formula>
Gver(/，力和G"h。r(/,力分別代表象素點(/，力的垂直和水平梯度，《/,力 為象素點(/,力的梯度方向，計算后的《/,力分為4種方向
》"力e(0?；?80。，45?；?25。，90?；?70。，135?；?15。j
b)統(tǒng)計每個8x8塊內(nèi)方向的種類數(shù)Cd和總邊緣點數(shù)we ("e為該
8x8塊內(nèi)邊緣輪廓五(/，力值為1的象素點總個數(shù))。當(dāng)總邊緣點 數(shù)大于給定閾值( n/ = 16 ),則置標(biāo)號ce ( Ce是一個標(biāo)志符， 用于公式2的計算，標(biāo)志著該8x8塊內(nèi)屬于邊緣輪廓的象素點 比較多)為1,否則為0。那么該8x8塊的結(jié)構(gòu)紋理系數(shù)r(/，力 可以由如下公式(2)表示。數(shù)值越低表示該區(qū)域紋理越豐富。
<formula>formula see original document page 9</formula>3 )對結(jié)構(gòu)紋理系數(shù)使用模板為[O， 1, 0; 1， 2， 1; 0， 1， O]的3x3濾波器
濾波后，獲得水印嵌入指示圖； 對結(jié)構(gòu)紋理系數(shù)r"力使用模板為
的3x3濾波器 濾波后，通過公式(3)獲得水印嵌入指示圖S(/,力(閾值，設(shè)定為1 )。
<formula>formula see original document page 9</formula>
在圖像發(fā)送端，利用量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)和量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào) 節(jié)系統(tǒng)確定量化參數(shù)的具體過程如下
1)量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)過程如圖2所示，循環(huán)執(zhí)行10次，每 次單獨對第A個小波子帶圖像進(jìn)行水印嵌入，該小波子帶圖像 的量化參數(shù)~搜索區(qū)間為[1, 50];根據(jù)每個量化參數(shù)~和水印 嵌入指示圖獲得50個水印圖像和原始圖像偏差矩陣D/F(x，力， 以及原始圖像臨界可見偏差矩陣/iVZ)(x,力，計算獲得50個水印圖像可見塊的個數(shù)A^;計算水印圖像可見塊個數(shù)與嵌入水 印塊個數(shù)的比值/V水印圖像可見塊個數(shù)M的增長率&，滿 足戶p0.05且1^<0.1的臨界量化參數(shù)成為第A個小波子帶圖像 的量化參數(shù)初始值^。
a) 設(shè)置量化參數(shù)厶"/)=1, A:為小波子帶圖像計數(shù)，)Nl,2…10, /為~的循環(huán)計數(shù)，/=1,2...50。
b) 根據(jù)水印嵌入指示圖，在第^個小波子帶圖像^(如圖2所示) 內(nèi)使用量化參數(shù)A"/)逐塊嵌入8x8水印W。
c) 對小波子帶圖像進(jìn)行3層小波逆變換，獲得水印圖像/'(jc，力， 并計算水印圖像/'(jc,力與原始圖像/(jc,力的偏差Z)/F(x,力。
d) 定義Z)"x， y)-D/F(x,_y)-/iVD(x,力，將D"x, y)劃分為互不重疊 的8x8塊，統(tǒng)計每個塊內(nèi)ZMx， y)<0的個數(shù)A并計算塊內(nèi)的 平均值/V"力。
(產(chǎn)l)x8 (W)x8
那么水印圖像的塊可見屬性
1 if(^16||Z);(/，y)<0)
0 otherwise
(5)
及w(/，力為l表示該塊水印圖像與原始圖像差別明顯，容易被人 眼察覺。統(tǒng)計水印圖像內(nèi)的可見塊個數(shù)A^/)-sum(及w(/，力)。
e) 如果/^50,則/=/+1,量化參數(shù)△"/) = /，跳至步驟(b);否則執(zhí) 行步驟(f)。
f) 計算水印圖像可見塊個數(shù)iYt(/)與嵌入水印塊個數(shù)(水印嵌入指 示圖5"(/，y)為1的個數(shù))的比值A(chǔ)(/)和水印圖像可見塊個數(shù)的 增長率/r"/)。
sum(外,力) 乂(/-l)
g) /從1搜索至50,滿足尸"/)>0.05且&(/)<0.1的臨界/成為第 A:個小波子帶圖像的量化參數(shù)初始值~。
2)量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)過程如圖3所示，使用由量化參數(shù) 初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲得的10個小波子帶圖像的量化參數(shù)初始值A(chǔ)i進(jìn)行水印嵌入，根據(jù)小波子帶圖像的量化參數(shù)初始值~和水 印嵌入指示圖獲得水印圖像和原始圖像偏差矩陣i)/F(jc,力，以 及原始圖像臨界可見偏差矩陣/7VD(jc，力，計算水印圖像可見塊 的個數(shù)A^t;如果Mt大于等于嵌入水印塊個數(shù)的10%,則降低 對圖像質(zhì)量影響大的那些小波子帶圖像的量化參數(shù)，利用更新 過的10個小波子帶圖像的量化參數(shù)At進(jìn)行水印嵌入，計算水 印圖像可見塊的個數(shù)7Vfc,滿足M小于嵌入水印塊個數(shù)的10% 時，反向調(diào)節(jié)終止，獲得最終的各小波子帶圖像的量化參數(shù)。 其中，量化參數(shù)~包括兩種， 一種是由正初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲得 的量化參數(shù)初始值~，另一種是循環(huán)執(zhí)行時更新過的量化參數(shù) 因為量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個循環(huán)調(diào)節(jié)過程，當(dāng) 第一次執(zhí)行該過程時，使用由正初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲得的量化參 數(shù)初始值~,當(dāng)從步驟(g)跳至步驟(a)循環(huán)執(zhí)行時，使用更新過 的量化參數(shù)A/。
a) 根據(jù)水印嵌入指示圖，在全部(^1,2…10)小波子帶圖像5內(nèi) 使用量化參數(shù)Aa (量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個循環(huán)調(diào) 節(jié)過程，當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行該過程時，使用由正初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲 得的量化參數(shù)初始值~，當(dāng)從步驟(g)跳至步驟(a)循環(huán)執(zhí)行時， 使用更新過的量化參數(shù)~')逐塊嵌入8x8水印W。
b) 執(zhí)行步驟(l.c)和(l.d),獲得水印圖像的塊可見屬性及(/,力和可 見塊個數(shù)7V=sum(/ (0'))。
c) 如果水印圖像的可見塊個數(shù)AM、于嵌入水印塊個數(shù)sum(S(/，力) 的10%，那么反向調(diào)節(jié)過程終止，當(dāng)前使用的量化參數(shù)^成 為各塊小波子帶圖像最終的量化參數(shù)；否則執(zhí)行步驟(d)。
d) 對每個小波子帶圖像單獨進(jìn)行水印嵌入，執(zhí)行步驟(l.b), (l.c) 和(l.d),獲得10個塊內(nèi)平均值矩陣ZV(/，力。。
e) 統(tǒng)計/(A)值(/的用于計數(shù)，初始值為0, h1,2…10):當(dāng)8x8 塊的可見屬性及(/o，力)為1時，比較該塊索引(/o，^)對應(yīng)的10
個塊內(nèi)平均值/VG。，力),最小值A(chǔ)to'(Aw'o)對應(yīng)的。 min{Z>D0)} = 2>二0( z") — & — / (&) (7)
f) 最大值/(&)對應(yīng)的第^個小波子帶圖像的量化參數(shù)Aw對圖像質(zhì)量的影響最大，執(zhí)行/W-Aw-l。
max{/("} = /(^)~> A —A41 (8)
g)使用更新過的量化參數(shù)，跳至步驟(a)執(zhí)行。更新過的量化參數(shù)
為
V = {V."zV,..,A10} (9) 在圖像發(fā)送端和圖像接收端，根據(jù)水印嵌入指示圖和量化參數(shù)分別在 各小波子帶圖像內(nèi)進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入和提取的具體過程如下
1) 在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行3層小波變換，獲得10個小波 子帶圖像；利用水印嵌入指示圖和由量化參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定的 各小波子帶圖像的量化參數(shù)，進(jìn)行水印嵌入；然后進(jìn)行3層小 波逆變換，獲得水印圖像；將經(jīng)過失真處理(如JPEG、 JPEG2000 編碼等)的水印圖像通過主信道傳輸，將水印嵌入指示圖和各 小波子帶圖像的量化參數(shù)通過輔助信道傳輸。
a) 如圖4示，取原始圖像的亮度分量，進(jìn)行3層小波分解，獲得
10個小波系數(shù)塊& = {丄丄3,好13， 1好3，好及3， /tt2，丄及2,及^j,
肌,，Z^，服"，A:= 1,2... 10。
b) 將每個小波系數(shù)塊劃分為互不重疊的8x8塊，釆用量化的方 法，根據(jù)水印嵌入指示圖，逐塊嵌入自定義的8x8數(shù)字水印 W={w々.，/=l,2...8;i/=l，2...8},如圖5所示，黑色塊代表水印 位w々.為l，白色塊代表水印位w&.為0。量化的方法如下。
叫o U」」奇數(shù) ,
每個小波系數(shù)e對應(yīng)生成Q(e)e(O, 1}。當(dāng)嵌入數(shù)字水印時，判斷 水印位w々.與嵌入位置小波系數(shù)生成的。(e)的一致性。如果 w^g(e),那么嵌入位置的小波系數(shù)增加△,即e'=e+A,從而使 g(O與,相同；如果w『g(e),那么嵌入位置的小波系數(shù)不變。 公式(10)中△是量化參數(shù)，不同的小波子帶圖像使用不同的量化 參數(shù)△*。
2) 在圖像接收端，對水印圖像進(jìn)行3層小波變換，獲得IO個小波 子帶圖像；利用水印嵌入指示圖和各小波子帶圖像的量化參數(shù)， 進(jìn)行水印提取。a) 取水印圖像的亮度分量，進(jìn)行3層小波分解，獲得10個小波 系數(shù)塊A = {丄￡3, / :3,丄#3， i/H3,好丄2,丄〃2, iW 2， H丄,， /^M, A:= 1，2...10,如圖4示。
b) 利用接收到的水印嵌入指示圖和各小波子帶圖像的量化參數(shù)， 根據(jù)公式(IO)，，檢查逐個8x8塊的每個小波系數(shù)，如果小波系 數(shù)e對應(yīng)的e/A為偶數(shù)，在提取的水印位w/=l,如果小波系 數(shù)e對應(yīng)的e/A為奇數(shù)，在提取的水印位viy-O,每個8x8塊 提取一個水印W。
在圖像接收端，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取的水印復(fù)原率，獲得圖像 客觀質(zhì)量評價包括以下步驟
1) 在圖像接收端，計算各小波子帶圖像的水印復(fù)原率，即正確提 取的水印位數(shù)Me占原始水印總位數(shù)M的比值，加權(quán)各小波子 帶圖像內(nèi)提取的水印復(fù)原率，獲得圖像客觀質(zhì)量評價。
a) 計算每個提取水印W的水印復(fù)原率C"/，力，如公式(11 )。
b) 計算各小波子帶圖像內(nèi)提取的水印復(fù)原率的平均值，作為第k 個小波子帶圖像的水印復(fù)原率。
c("-77"77藝ec力.,力，("1，…10) (12)
c) 失真圖像的客觀質(zhì)量評價由公式(13)加權(quán)獲得，閾值CH殳定為 0.55， ^和a2分別設(shè)定為0.05和0.15。
<formula>formula see original document page 13</formula>
實驗采用LIVE實驗室提供的原始圖像數(shù)據(jù)庫和JPEG圖像數(shù)據(jù)庫(H. R. Sheikh, Z. Wang, A. C. Bovik, et al. LIVE image quality assessment database release 2. http:〃live.ece.utexas.edu/research/quality ), 包才舌29 長原 始圖像、175張由原始圖像在不同壓縮率下用JPEG編碼的失真圖像及其 對應(yīng)的主觀質(zhì)量評價(DMOS)。利用量化系數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，分別確定29張原始圖像的量化參數(shù)，獲得 的水印圖像與原始圖像的比較如圖7所示，從圖7中可以看出，人眼注意
區(qū)域的平均PSNRA.Area比全圖平均PSNR!mg平均高3dB，且PSNRA_Area均
高于38.50dB，即在人眼注意區(qū)域的平均PNSR接近40dB,因此人眼主觀 不易察覺水印圖像和原始圖像的差別。
將175張由水印圖像在不同壓縮率下用JPEG編碼生成的失真圖像分 為擬合和測試兩個集合，隨機(jī)抽取50%失真圖像(87張)用于多參數(shù)非線性 方程(公式(14))的擬合，剩余88張用于客觀質(zhì)量評價的測試。圖像的客 觀質(zhì)量込由公式(13)獲得。
DMOS = ^1ogistic(A,必-A》+々必+ A,
1 1 (14) logistic(rj), —:;-^，
2 1 + exp(rx)
圖8是本發(fā)明方法進(jìn)行圖像的客觀質(zhì)量gp與主觀質(zhì)量DMOS的擬合 和測試結(jié)果。圖中x軸表示各方法得出的圖像客觀質(zhì)量込，y軸表示圖像 的主觀質(zhì)量DMOS，符號圈表示用于方程擬合的JPEG圖像，符號叉表示 用于測試的JPEG圖像。
才艮據(jù)文獻(xiàn)[9] Sheikh H R， Sabir M F， Bovik A C. A statistical evaluation of recent fUll reference image quality assessment algorithms IEEE Transactions on Image Processing, 2006， 15(11): 3440-3451，計算本發(fā)明方 法，以及其他兩種客觀質(zhì)量評價方法(PSNR和文獻(xiàn)[1]方法)得出的客觀 質(zhì)量與主觀質(zhì)量的Pearson相關(guān)系數(shù)(CC), Spearman相關(guān)系數(shù)(ROCC)和 Outlier率(OR),分別用于表示預(yù)測方法的精確性，單調(diào)性和一致性。CC 和SROCC值越高表示預(yù)測方法的正確性和單調(diào)性越好，OR值越低表示 一致性越好。表1為本文方法與PSNR, Wang的方法中方法性能比較， 從表1的比較可以看出，提出的方法預(yù)測正確性比PSNR和Wang的方法 分別高8.5 %和4.4 % ,單調(diào)性分別高5.4 %和2.2 % , —致性分別高5.7 % 和3.4%。因此從客觀上看，用本發(fā)明的方法預(yù)測的圖像客觀質(zhì)量評價， 與圖像主觀質(zhì)量評價更加一致。表1
擬合測試全部
cc本發(fā)明(RR)0.94550.91360.9295
PSNR(FR)0.83810.85610.8442
文獻(xiàn)[1](RR)0.88750.88670.8853
ROCC本發(fā)明(RR)0.89920.84950.8820
PSNR(FR)0.81300.85360.8284
文獻(xiàn)[1](RR)0.85620.84520.8596
OR本發(fā)明(RR)0.01080.02630.0178
PSNR(FR)0.08890.08240.0743
文獻(xiàn)[1](RR)0.06450.06100.051權(quán)利要求
1.一種部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法，包括以下步驟(1)在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行紋理復(fù)雜度分析，獲得水印嵌入指示圖；(2)在圖像發(fā)送端，利用量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)和量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定量化參數(shù)；(3)在圖像發(fā)送端和圖像接收端，對原始圖像進(jìn)行小波變換得到小波自子帶圖像，根據(jù)水印嵌入指示圖和量化參數(shù)分別在各小波子帶圖像內(nèi)進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入和提??；(4)在圖像接收端，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取的水印復(fù)原率，獲得圖像客觀質(zhì)量評價。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法，其特 征在于，步驟(l)所述的在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行紋理復(fù)雜度分析， 獲得水印嵌入指示圖包括以下步驟1) 利用邊緣探測算子檢測原始圖像中的邊緣輪廓；2) 計算該原始圖像中的結(jié)構(gòu)化紋理系數(shù)；3) 對結(jié)構(gòu)化紋理系數(shù)進(jìn)行濾波，獲得水印嵌入指示圖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法，其特 征在于，步驟(2)所述的在圖像發(fā)送端，利用量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)和量 化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定量化參數(shù)的具體過程如下1) 量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行10次，每次單獨對第A:個小波 子帶圖像進(jìn)行水印嵌入，該小波子帶圖像的量化參數(shù)~搜索區(qū)間為[1, 50];根據(jù)每個量化參數(shù)4和水印嵌入指示圖獲得50個水印圖像和原始圖 像偏差矩陣Z)/F(;c，力，以及原始圖像臨界可見偏差矩陣/iVZ)(Jc,力，計算 獲得50個水印圖像可見塊的個數(shù)A^;計算水印圖像可見塊個數(shù)A^與嵌入 水印塊個數(shù)的比值A(chǔ),水印圖像可見塊個數(shù)A^的增長率i^,滿足尸p0.05 且/^<0.1的臨界量化參數(shù)成為第A個小波子帶圖像的量化參數(shù)初始值A(chǔ)fc;2) 量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使用由量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲 得的IO個小波子帶圖像的量化參數(shù)初始值A(chǔ)i進(jìn)行水印嵌入，根據(jù)量化參 數(shù)~和水印嵌入指示圖獲得水印圖像和原始圖像偏差矩陣D/F(jc,力，以及原始圖像臨界可見偏差矩陣/AW(jc,力，計算水印圖像可見塊的個數(shù)M; 如果A^大于等于嵌入水印塊個數(shù)的10%,則降低對圖像質(zhì)量影響大的那 些小波子帶圖像的量化參數(shù)，利用更新過的10個小波子帶圖像的量化參 數(shù)Afc進(jìn)行水印嵌入，計算水印圖像可見塊的個數(shù)A^，滿足iYt小于嵌入水 印塊個數(shù)的10%時，反向調(diào)節(jié)終止，獲得最終的各小波子帶圖像的量化參 數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法，其特 征在于，步驟(3)所述的在圖4象發(fā)送端和圖傳4妾收端，4艮據(jù)水印嵌入指示圖 和量化參數(shù)分別在各小波子帶圖像內(nèi)進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入和提取包括以 下步驟1) 在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行3層小波變換，獲得10個小波子 帶圖像；利用水印嵌入指示圖和由量化參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定的各小波子帶圖 像的量化參數(shù)，進(jìn)行水印嵌入；然后進(jìn)行3層小波逆變換，獲得水印圖像； 將經(jīng)過失真處理的水印圖像通過主信道傳輸，將水印嵌入指示圖和各小波 子帶圖像的量化參數(shù)通過輔助信道傳輸；2) 在圖像接收端，對水印圖像進(jìn)行3層小波變換，獲得10個小波子 帶圖像；利用水印嵌入指示圖和各小波子帶圖像的量化參數(shù)，進(jìn)行水印提 取。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法，其特 征在于，步驟(4)所述的在圖像接收端，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取的水印 復(fù)原率，獲得圖像客觀質(zhì)量評價包括以下步驟l)在圖像接收端，計算各小波子帶圖像的水印復(fù)原率，即正確提取 的水印位數(shù)Mc占原始水印總位數(shù)M的比值，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取 的水印復(fù)原率，獲得圖像客觀質(zhì)量評價。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種部分參考型圖像客觀質(zhì)量評價方法，包括以下步驟1)在圖像發(fā)送端，對原始圖像進(jìn)行紋理復(fù)雜度分析，獲得水印嵌入指示圖；2)在圖像發(fā)送端，利用量化參數(shù)初始化調(diào)節(jié)系統(tǒng)和量化參數(shù)動態(tài)反向調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定量化參數(shù)；3)在圖像發(fā)送端和圖像接收端，對原始圖像進(jìn)行小波變換得到小波自子帶圖像，根據(jù)水印嵌入指示圖和量化參數(shù)分別在各小波子帶圖像內(nèi)進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入和提??；4)在圖像接收端，加權(quán)各小波子帶圖像內(nèi)提取的水印復(fù)原率，獲得圖像客觀質(zhì)量評價。本發(fā)明方法能夠在圖像接收端缺乏原始圖像的情況下，利用隱藏在圖像內(nèi)的數(shù)字水印準(zhǔn)確地反映出圖像的客觀質(zhì)量，有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號G06T1/00GK101605272SQ20091010053
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者樺 張, 翔 田, 陳耀武 申請人:浙江大學(xué)