一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法技术

本发明专利技术一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法，该方法通过高效率信息隐藏，如相对隐藏容量可达16％‑53％，把高质量的图像(关键目标图像或感兴趣区域图像)无失真地隐藏在分块压缩数据中进行传输，接收端能完全恢复隐藏的高质量图像，也能通过解压缩得到与原图像同质量等级的图像。本发明专利技术在不改变数据压缩技术的情况下，提供了一种高性能信息隐藏和基于此方法的高质量数据压缩方法，相当于经过4倍分块压缩，既得到4倍压缩的恢复图像，也得到感兴趣区域高质量图像；既满足了原来用户的压缩需求，也满足了特殊用户对高质量目标图像的无损传输需求。

【技术实现步骤摘要】
一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法
本专利技术涉及一种数据传输的方法，特别涉及一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法，属于通信(如数据通信技术等)领域。
技术介绍
数据传输和图像处理是目前通信领域的重要研究课题。随着科技的发展，人们对高分辨率图像的需求越来越大，数据压缩势在必行。数据压缩分为有损压缩与无损压缩方法，有损压缩方法压缩比比较大，但压缩后恢复图像与原图像存在一定的信息损失，只要主客观评价指标符合要求，在实际中对应用没有多大影响。无损压缩方法压缩后恢复图像与原图像不存在信息损失，但压缩比特别小，一般2倍左右，使用场合受限，不便于进行数据传输。一般高速数据传输系统采用的压缩方法大都是有损方法，对图像来说，一般峰值信噪比(PSNR)应该达到30dB以上，35dB以上效果才比较理想。目前图像数据压缩方法有许多，代表性的有JPEG以及JPEG2000压缩标准。由于压缩标准算法功能比较多，算法与图像本身特性有关，不是什么情况下都有好结果。在许多实际应用情况下，压缩比一般为4倍，压缩前总数据率较高，如1200Mbps，压缩方法如果复杂，则难于硬件实现，因此目前JPEG2000压缩算法大都基于国外压缩芯片实现，研制成本高、受制于人；或者，有的任务不需要那么高的图像质量，例如卫星舱外监控、对地观测普查，小卫星、微纳卫星图像传输、技术试验卫星图像传输、空间站内部监控、地面监控系统等，没有必要采用国外JPEG类压缩芯片。分块截断编码(BTC)压缩方法就是一种经典的低成本压缩方法，典型压缩比为4倍，峰值信噪比PSNR为30dB以上，一般情况下可以。但是，对于重要目标或感兴趣区域，PSNR在30dB左右可能无法满足用户需求。军民融合等场合，也有高质量军用和低质量民用图像同时传输的需求。用户也有把高质量图像隐蔽在低质量图像中伪装传输的需求。信息隐藏技术的出现，为解决上述问题提供了新的途径。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法，可用于数据(特别是图像数据)的无损信息隐藏传输。本专利技术的技术方案是：一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法，步骤如下：1)将原始图像A0分成大小为K1*K2＝K的不重叠块，每块像素为X1,X2,…XK，其中R＝K1*K2*8/(K1*K2+2*8)≥r,r<8,R<8；M、N为正整数；r为要求的压缩比，R为实际压缩比，原始图像A0的大小为M*N，8比特量化；2)求取每个不重叠块的平均值T,得到集合B，所述集合B由K个1比特值Bj组成,j＝1,2,…K；每个不重叠块得到LHB三数值的集合，共16+K1*K2比特；3)对原始图像A0中每个不重叠块，进行步骤2)的操作，完成压缩，压缩比为R；4)把带隐藏秘密信息Q比特分组，每组为S、P和W，S＝S1，S2，…Sd，P＝P1，P2，…Pd，其中Sj、Pj和W取值为0或1，d取值为1，2，3，4，5，6，7，8中的任意一个值，每块秘密信息总比特数为2d+1；5)用S替代L的低d位，得到L1，用P替代H的低d位，得到H1；当信息W＝0,判断L1-H1的绝对值，若该绝对值大于2d-1,则传输数据格式为L1H1B，此时该格式藏有信息W＝0；若该绝对值小于等于2d-1,则传输数据格式仍为L1H1B，此时该格式不藏有信息W；当信息W＝1,判断L1-H1的绝对值，若该绝对值大于2d-1,则传输数据格式改为H1L1B，此时该格式藏有信息W＝1；若该绝对值小于等于2d-1,则传输数据格式仍为L1H1B，此时该格式不藏有信息W；6)接收端接收数据，取出秘密信息并判断数据格式；7)根据秘密信息的来源进行恢复；把数据按顺序L1H1B排列；如果B中Bj＝0,则Xj＝L1；如果B中Bj＝1，则Xj＝H1，得到每一个不重叠块的恢复图像，从而得到原始图像A0的恢复图像A1。步骤2)中其中确定集合B的方法为：若Xj≥T,则Bj＝1，否则Bj＝0；计算获得Bj＝0时对应的所有Xj的平均值L，计算获得Bj＝1时对应的所有Xj的平均值H，每个不重叠块得到LHB三数值的集合，共16+K1*K2比特。步骤4)中d的确定方法为：若用户希望优先保证原始图像BTC压缩的图像质量，则取d＝1,2,3,4；若用户希望优先保证原始图像较大的感兴趣区域质量，则取d＝5,6,7,8。步骤4)中秘密信息S、P、W的确定方法为：对原始图像A0的感兴趣区域F进行划分，得到一个大小为K3*K4的矩形区域，坐标点为(a1,b1)(a1,b2)(a1,b2)(a2,b2)，把区域F中的像素值构成秘密信息S和P，四个坐标值8个数共64比特作为秘密信息W，其中S、P、W的总比特数Q1＝K3*K4*8+64，满足：Q1≤(2d+1)*(M*N)/(K1*K2)；或者对原始图像A0进行正常的压缩，压缩后的数据字节构成秘密信息SPW，SPW的总比特数Q2满足：Q2<＝(2d+1)*(M*N)/(K1*K2)；或者其它图像或数据，设总数据量为K5*K6*8比特，构成秘密信息SPW，SPW的总比特数满足下列条件：K5*K6*8<＝(2d+1)*(M*N)/(K1*K2)。步骤7)中根据秘密信息的来源进行恢复的具体过程为：如果秘密信息来自图像，则根据秘密信息再恢复出图像；如果秘密信息来自图像压缩后数据，则根据秘密信息再解压缩恢复出图像；如果秘密信息来自其它数据源，则根据秘密信息再恢复出其它数据的原始格式。步骤6)的具体过程为：设接收端收到的数据为U,V,B,判断U-V的绝对值：若该绝对值大于2d-1，且U<V,则推断数据格式为L1H1B，取出L1的低d位，得到S＝S1，S2，…Sd，取出H1的低d位，得到P＝P1，P2，…Pd，同时得到信息W＝0；若该绝对值大于2d-1，且U>V,则推断数据格式为H1L1B，取出L1的低d位，得到S＝S1，S2，…Sd，取出H1的低d位，得到P＝P1，P2，…Pd，同时得到信息W＝1；若该绝对值小于等于2d-1，则推断数据格式为L1H1B，取出L1的低d位，得到S＝S1，S2，…Sd，取出H1的低d位，得到P＝P1，P2，…Pd，此时不能得到信息W。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：本专利技术利用信息隐藏技术在图像压缩数据中关键图像信息进行传输，接收端可以从载体数据中正常解压缩，并无失真恢复感兴趣区域高质量图像。在不增加信息传输速率的情况下，整个图像压缩4倍满足质量要求，感兴趣区域无失真。本专利技术与目前
技术介绍
相比有下面几点实质性不同及进步：(1)目前分块截断编码(BTC)压缩方法没有与感兴趣区域结合；分块截断编码(BTC)压缩方法由于载体压缩质量不高，而经过LSB等方法信息隐藏后载体质量还要下降，特别是隐藏容量大时，载体质量更差，因此常规方法无法与LSB等隐藏方法相结合，而本专利技术则可以大容量隐藏信息，载体质量有一点降低不影响质量，当d＝2时，实验室表明本专利技术恢复图像PSNR几乎不变，但感兴趣域图像无损恢复。(2)本专利技术把BTC域信息隐藏方法的容量提高，通过对原始载体图像进行BTC压缩(AMBTC)，首次把均值中隐藏以及均值对的隐藏巧妙融为一体，可以得到1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法，其特征在于步骤如下：1)将原始图像A0分成大小为K1*K2＝K的不重叠块，每块像素为X1,X2,…XK，其中R＝K1*K2*8/(K1*K2+2*8)≥r,r<8,R<8；M、N为正整数；r为要求的压缩比，R为实际压缩比，原始图像A0的大小为M*N，8比特量化；2)求取每个不重叠块的平均值T,得到集合B，所述集合B由K个1比特值Bj组成,j＝1,2,…K；每个不重叠块得到LHB三数值的集合，共16+K1*K2比特；3)对原始图像A0中每个不重叠块，进行步骤2)的操作，完成压缩，压缩比为R；4)把带隐藏秘密信息Q比特分组，每组为S、P和W，S＝S1，S2，…Sd，P＝P1，P2，…Pd，其中Sj、Pj和W取值为0或1，d取值为1，2，3，4，5，6，7，8中的任意一个值，每块秘密信息总比特数为2d+1；5)用S替代L的低d位，得到L1，用P替代H的低d位，得到H1；当信息W＝0,判断L1‑H1的绝对值，若该绝对值大于2

【技术特征摘要】
1.一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法，其特征在于步骤如下：1)将原始图像A0分成大小为K1*K2＝K的不重叠块，每块像素为X1,X2,…XK，其中R＝K1*K2*8/(K1*K2+2*8)≥r,r<8,R<8；M、N为正整数；r为要求的压缩比，R为实际压缩比，原始图像A0的大小为M*N，8比特量化；2)求取每个不重叠块的平均值T,得到集合B，所述集合B由K个1比特值Bj组成,j＝1,2,…K；每个不重叠块得到LHB三数值的集合，共16+K1*K2比特；3)对原始图像A0中每个不重叠块，进行步骤2)的操作，完成压缩，压缩比为R；4)把带隐藏秘密信息Q比特分组，每组为S、P和W，S＝S1，S2，…Sd，P＝P1，P2，…Pd，其中Sj、Pj和W取值为0或1，d取值为1，2，3，4，5，6，7，8中的任意一个值，每块秘密信息总比特数为2d+1；5)用S替代L的低d位，得到L1，用P替代H的低d位，得到H1；当信息W＝0,判断L1-H1的绝对值，若该绝对值大于2d-1,则传输数据格式为L1H1B，此时该格式藏有信息W＝0；若该绝对值小于等于2d-1,则传输数据格式仍为L1H1B，此时该格式不藏有信息W；当信息W＝1,判断L1-H1的绝对值，若该绝对值大于2d-1,则传输数据格式改为H1L1B，此时该格式藏有信息W＝1；若该绝对值小于等于2d-1,则传输数据格式仍为L1H1B，此时该格式不藏有信息W；6)接收端接收数据，取出秘密信息并判断数据格式；7)根据秘密信息的来源进行恢复；把数据按顺序L1H1B排列；如果B中Bj＝0,则Xj＝L1；如果B中Bj＝1，则Xj＝H1，得到每一个不重叠块的恢复图像，从而得到原始图像A0的恢复图像A1。2.根据权利要求1所述的一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法，其特征在于：步骤2)中其中确定集合B的方法为：若Xj≥T,则Bj＝1，否则Bj＝0；计算获得Bj＝0时对应的所有Xj的平均值L，计算获得Bj＝1时对应的所有Xj的平均值H，每个不重叠块得到LHB三数值的集合，共16+K1*K2比特。3.根据权利要求1或2所述的一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法，其特征在于：步骤4)中d的确定方法为：若用户希望优先保证原始图像BTC压缩的图像质量，则取d＝1,2,3,4；若用户希望优先保证原始图像较大的感兴趣区域质量，则取d＝5,6,7,8。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：周诠，呼延烺，张释如，回征，方海，李小军，尚社，李正军，禹旭敏，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61