1.一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：计算所有存在预测差值像素的局部复杂度和预测差值；

第2步：确定变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法的嵌入参数；

第3步：对所有存在预测差值的像素进行分类，分为L+1个类别，其中L为大于0的整数；

第4步：按嵌入类别相关的嵌入参数生成记录溢出像素位置的位置图，将位置图进行压缩存储得到压缩后的位置图数据；

第5步：计算嵌入时结束位置并生成附加数据；

第6步：对附加数据与负载数据进行同步嵌入得到嵌入后载体图像。

2.如权利要求1所述的一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法，其特征在于：在第1步中计算所有存在预测差值像素局部复杂度的具体方法是式(1):式(1)中，C*(x)为像素x的局部复杂度，C*(x)包含13组邻近像素差值，邻近像素差值绝对值的最大值为255，故C*(x)的最大值为255×13＝3155，像素x和周围像素v1,v2,…,v10的邻近关系如式(2)所示：x v1 v2

v3 v4 v5 v6    (2)；

v7 v8 v9 v10

在第1步中计算所有存在预测差值像素x预测差值e的具体方法是式(3)：

式(3)中，是由式(2)像素x和周围像素v1,v2,…,v8按GAP预测器计算像素x预测值，具体的计算方法如式(4)所示：

式(4)中，δ为水平方向梯度与垂直方向梯度绝对值之差，为平滑上下文预测值，分别按式(5)与式(6)计算：δ＝|v1-v5|+|v3-v7|+|v4-v8|-|v1-v2|-|v3-v4|-|v4-v5|    (5)

在第3步中对所有存在预测差值的像素分为L+1个类别的具体方法为式(7)：

式(7)中，局部复杂度控制参数s1,s2,…,sL，且满足0≤sL≤...≤s1≤3315，3315是C*(x)的最大值。

3.如权利要求1所述的一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法，其特征在于：在第2步中变方向差值扩展的具体计算式如式(8)所示，式(8)中类别为i的像素可嵌入i位数据b＝(b1b2…bq…bi)2，bq∈{0,1}表示待嵌入的第q位数据，ei,q表示按差值扩展嵌入q位数据或平移后的e，Ti且Ti≥0为对应类别下的差值扩展区域控制参数，Qi＝(Qi,

1Qi,2...Qi,i)2为对应类别i下i位二进制的调整方向控制参数，Qi,q则表明类别为i的像素进行第q次差值扩展时的调整方向；

在式(8)中，q＝0，即没有数据被嵌入；当-Tp≤e≤Tp时，e被用作差值扩展，且嵌入第q位数据bq时应按Qi,q确定的调整方向对已嵌入q-1位预测差值ei,q-1进行差值扩展；当Ti＜e或e＜-Ti时，对对应的预测差值进行平移。

4.如权利要求3所述的一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法，其特征在于：在第2步中确定变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法嵌入参数的具体方法包括以下步骤：第2.1步：初始化记录溢出像素的空间代价估值V＝8，最大嵌入容量MC＝0，嵌入参数集合Φ＝{}；

第2.2步：确定调整方向控制参数集合{Q1,Q2,…,QL}，其中Qi,i＝1,…,L为第i个类别的调整方向控制参数；

第2.3步：确定局部复杂度控制参数集合{s1,s2,…,sL}，其中si,i＝1,…,L为第i个类别的局部复杂度控制参数；

第2.4步：确定差值扩展区域控制参数集合{T1,T2,…,TL}，其中Ti,i＝1,…,L为第i个类别的差值扩展区域控制参数；

第2.5步：在候选嵌入参数集合Φ′＝{＜Q1,s1,T1＞,...,＜QL,sL,TL＞}下，计算每个存在预测的像素能提供容量和，并生成位置图且进行压缩，然后按容量和减去压缩后位置图数据大小与附加信息的基本大小得到实际嵌入容量Cap，若Cap＞MC则更新MC＝Cap,Φ＝Φ′；

第2.6步：令V＝V-1，若V＞0则转第2.3步，否则嵌入参数Φ与最大嵌入容量MC均已确定，并结束嵌入参数选择方法。

5.如权利要求4所述的一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法，其特征在于：在第2.2步中确定调整方向控制参数集合{Q1,Q2,…,QL}的具体方法包括以下步骤：第2.2.1步：初始化当前类别i＝L；

第2.2.2步：初始化当前方向调整参数候选值TQ＝2i-1，初始化类别i下变方向差值扩展且不发生溢出的最大像素数ME＝0，方向调整参数初始化为Qi＝TQ；

第2.2.3步：初始化按式(8)进行变方向差值扩展且不发生溢出的像素数EXP＝0，对X中所有存在预测值的像素x计算其预测值 是否同时满足式(9)对应的不溢出条件，若满足则更新EXP＝EXP+1直至处理完所有存在预测值的像素，若EXP＞ME则更新ME＝EXP,Qi＝TQ；

第2.2.4步：令TQ＝TQ-1，若TQ＜0则已对应类别为i的调整方向控制参数确定，并使i＝i-1，否则转第2.2.3步；

第2.2.5步：若i＝0，输出所有调整方向控制参数{Q1,Q2,…,QL}，否则转第2.2.2步；

在第2.3步中确定局部复杂度控制参数集合{s1,s2,…,sL}的具体方法包括以下步骤：第2.3.1步：对X中所有存在预测值的像素局部复杂度从小到大排序并去除重复值，得到序列 其中A为不同局部复杂度值的数量，初始化当前类别i＝L；

第2.3.2步：初始化sL+1＝-1， 初始化上一个已确定局部复杂度控制参数值在C*中的下标索引j＝0，即第2.3.3步：初始化si的候选值在C*中下标索引TJ＝j并初始化 约定初始

化所有当前像素类别能提供的最大嵌入容量MC＝0，其中符号enp(i,sa,sb,ta,tb)和ovf(i,sa,sb,ta,tb)分别表示X中满足C*(x)∈(sa,sb],e∈[ta,tb]且按类别为i进行式(8)变方向差值扩展嵌入数据后不会溢出或可能发生溢出的像素数，并且满足当sa＝sb或tb＜0时，enp(i,sa,sb,ta,tb)＝0和ovf(i,sa,sb,ta,tb)＝0；

第2.3.4步：根据式(10)与式(11)按增量更新计算 与更新TJ＝TJ+1，

第2.3.5步：计算当 时，当前类别像素可提供的忽略Ti影响嵌入容量估值若Cap＞MC则更新MC＝Cap,j

＝TJ；

第2.3.6步：若TJ＝A则设置 否则转第2.3.4步；

第2.3.7步：更新i＝i-1，若i＞0则准备计算下一个局部复杂度控制参数，并转第2.3.3步；

第2.3.8步：若i＝0，则输出所有局部复杂度控制参数集合{s1,s2,…,sL}；

在第2.4步中确定差值扩展区域控制参数集合{T1,T2,…,TL}具体方法包括以下步骤：第2.4.1步：初始化当前类别i＝L；

第2.4.2步：对X中所有类别为i的像素的预测差值绝对值从小到大排序，记其中最大预测值绝对值为Me；

第2.4.3步：初始化Ti及对应的候选值TT均为-1，此时有enp(i,si+1,si,-TT,TT)＝0，ovf(i,si+1,si,-TT,TT)＝0，初始化所有当前类别像素能提供的最大嵌入容量MC＝0；

第2.4.4步：按式(12)和式(13)增量更新enp(i,si+1,si,-TT-1,TT+1)与ovf(i,si+1,si,-TT-1,TT+1)，更新TT＝TT+1；

第2.4.5步：当Ti＝TT时，当前类别像素可提供的嵌入容量估值Cap＝enp(i,si+1,si,-TT,TT)·i-ovf(i,si+1,si,-TT,TT)·V，若Cap＞MC则更新MC＝Cap,Ti＝TT；

第2.4.6步：当 时，结束当前类别Ti枚举，否则转第2.4.4步；

第2.4.7步：更新i＝i-1，若i＞0，则转第2.4.2步；

第2.4.8步：若i＝0，则输出所有差值扩展区域控制参数集合{T1,T2,…,TL}；

第2.5步在候选嵌入参数集合Φ′＝{＜Q1,s1,T1＞,...,＜QL,sL,TL＞}下，计算每个存在预测差值的像素能提供的容量和的具体方法是：记载体图像X＝(Xi,j)M×N存在预测差值的像素对应的像素类别矩阵为P＝(Pi,j)(M-2)×(N-3)，则Cap的具体计算方法如式(14)所示：Cap＝∑Pi,j,Pi,j∈{Pi,j|Pi,j＞0,Xi,j按式(8)将进行差值扩展且不发生溢出}   (14)。

6.如权利要求4所述的一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法，其特征在于：在第2.5步与第4步中生成记录溢出像素位置的位置图的具体方法在于包括以下步骤：第4.1步：对载体图像X＝(Xi,j)M×N存在预测差值的像素区域进行位置图L＝(Li,j)(M-2)×(N-3)上的初始化设置，将所有元素初始化为Li,j＝0；

第4.2步：记存在预测差值的像素区域像素Xi,j对应的像素类别为Pi,j，若Pi,j＞0且Xi,j按式(8)进行变方向差值扩展发生溢出，即不同时满足式(9)所对应的条件，则置Li,j-1＝1；

在第2.5步与第4步中将位置图进行压缩存储得到压缩后的位置图数据的具体方法是按JBIG压缩方法进行压缩。

7.如权利要求1所述的一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法，其特征在于：在第5步中：计算嵌入时结束位置的具体方法在于包括以下步骤：第5.1步：记嵌入时结束位置坐标为(epi,epj)，记嵌入结束位置像素的位置为epk，初始化epi＝0,epj＝1,epk＝0和待嵌入数据大小Remain＝len(α)+len(β)，其中α为附加数据，β为嵌入负载数据，len(α)和len(β)分别为α和β的长度；

第5.2步：按自顶向下自左向右的扫描序对存在预测差值的像素进行处理，若像素x可提供p位嵌入容量且p≥Remain，则设置(epi,epj)为当前坐标，epk＝Remain并结束；

第5.3步：若像素x可提供p位嵌入容量且p＜Remain，则Remain＝Remain-p，并转到第

5.2步处理后续像素；

在第5步中生成的附加数据具体应包含以下内容：①嵌入结束位置(epi,epj,epk)，其中epi,epj需 epk需 位；②调整方向控制参数Q1,Q2,…,QL，其中Qp需要p位，存储Q1,Q2,…,QL总共需(1+L)·L/2位；③局部复杂度控制参数s1,s2…sL，其中sp＜3315＜

4096＝212，存储s1,s2…sL总共需12L位；④差值扩展区域控制参数T1,T2…TL，其中Tp＜256＝

28，存储T1,T2…TL总共需8L位；⑤位置图压缩数据长度len(τ)，需 位和⑥位置图压缩数据，附加数据的总长度len(α)的具体计算方法如式(15)所示：

8.如权利要求3所述的一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印嵌入方法，其特征在于：在第6步中对附加数据与负载数据进行同步嵌入得到嵌入后载体图像的具体方法在于包括以下步骤：第6.1步：按自顶向下自左向右的扫描序，以1位为单位，按式(8)嵌入负载数据β到载体图像中；

第6.2步：将附加数据α使用最低L位有效位替换的方式嵌入到X0,0及存在预测差值的像素中，每次嵌入1位数据前，先提取原有数据并同步按式(8)嵌入到第1步完成后的预测差值中，直至α嵌入完成。

9.一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印提取方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：按嵌入时相同的扫描序提取用于嵌入附加数据的像素最低L位有效位，得到不含压缩位置图数据的附加数据，并从中获得压缩位置图数据大小和继续提取出压缩位置图数据；

第2步：从附加数据中得到所有嵌入参数与嵌入结束时位置，并按位置图压缩方法对应的解压缩方法解压缩位置图得到解压缩位置图数据；

第3步：从嵌入结束时位置开始，按嵌入时逆扫描序进行备份数据提取与像素还原，每提取1位数据即按最低L位有效位替换对嵌入过附加数据的像素最低L位有效位进行恢复，直到嵌入过附加数据的像素最低L位有效位全部恢复；

第4步：按嵌入时逆扫描序对剩余像素进行数据提取与还原，得到负载数据并恢复原始载体图像。

10.如权利要求9所述的一种变方向差值扩展和同步嵌入的可逆水印提取方法，其特征在于：在第2步中按位置图压缩方法对应的解压缩方法为JBIG解压缩方法；

在第3步中，按嵌入时逆扫描序进行备份数据提取与像素还原和第4步中按嵌入时逆扫描序对剩余像素进行还原的具体方法为式(16)：式(16)中，ep,q表示类别为p的像素，按差值扩展嵌入q位数据或平移后的差值e，可按迭代的方式结合式(17)与式(18)进行嵌入数据的提取与计算：bq＝ep,q&1,p≥0    (17)

式(17)和式(18)中，bq∈{0,1}表示待提取的第q位数据。