專利名稱：在承載圖像中隱藏信息、圖像質量評價及信息傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在承載圖像中隱藏信息的方法，同時還涉及一種采用該隱藏方法的圖像質量評價方法和采用該隱藏方法利用圖像的信息傳輸方法。
背景技術：
隨著科技的發(fā)展，圖像分辨率越來越高，傳輸的數據量越來越大，一般都采用數據壓縮技術進行傳輸，航天器圖像壓縮與數據傳輸系統(tǒng)的地位更為突出，對圖像數據傳輸系統(tǒng)的性能評價越來越重要。
目前絕大部分圖像壓縮算法都采用有損壓縮方法去除視覺冗余信息，壓縮后犧牲了信源的部分信息。經過圖像壓縮算法及壓縮設備壓縮后的圖像質量直接反映了該算法和設備的性能，因此，圖像質量評價成為一個值得關注的問題。同時，該方法也可以應用于增強圖像質量、提高圖像編解碼算法的容錯性等方面。
圖像質量評價從方法上可以分為主觀評價方法和客觀評價方法，前者憑感知者主觀感受評價對象圖像質量。目前的研究以后者為主，后者依據模型給出的量化指標或參數衡量圖像質量。
峰值信噪比基于圖像像素灰度值進行統(tǒng)計和平均計算，是常用的衡量信號失真的指標。盡管對部分圖像或視頻質量評價時可能與主觀感知的質量產生較大的偏差，但PSNR 對多數圖像質量評價仍然是有效的。國際上已經評價了 10余種質量評價模型，最終沒有確定出一種模型作為標準模型。主要原因是從統(tǒng)計的角度來講，這些模型取得的結果與PSNR 沒有顯著區(qū)別。因此，國內外普遍認為PSNR仍為圖像質量評價一個有意義的參考指標。但該方法需要原圖像進行評價，在實際圖像數傳系統(tǒng)中沒有原圖像，利用該方法無法進行評價。
傳統(tǒng)的圖像壓縮質量評價方法，主要在設計階段、試驗階段使用，也就是在能得到原始圖像的情況下使用。在缺乏原始圖像的情況下，如當航天器獲取的圖像經過航天器數據壓縮傳輸系統(tǒng)傳輸到地面后就無法使用了，因為地面無法得到原始的圖像，只能得到經過信道傳輸后解壓縮恢復的圖像。因此，地面進行圖像壓縮質量評價時，主要進行主觀評價，或者對接收的圖像本身的特征參數進行客觀評價，既無法與原圖對比，也無法得出客觀評價指標(如峰值信噪比(PSNR)。
申請?zhí)朇N200810191796. 8，名稱一種對星載光學遙感圖像壓縮質量進行評價的方法，針對衛(wèi)星傳感器的特性生成模擬圖像，采用客觀評價為主、主觀評價為輔的綜合方法全面、系統(tǒng)、有針對性地評價圖像壓縮質量，構建了星載光學遙感圖像壓縮質量評價的完整體系。但該評價方法只能對接收的圖像本身進行主客觀評價，無法做到原始圖像與接收圖像特性的直接對比評價。
申請?zhí)朇N201210178979. 2，該發(fā)明公開了一種圖像傳輸質量評價方法，該方法主要解決了傳統(tǒng)評價方法無法實現兩幅圖像特征參數對比的難題，大大改善了對圖像數據傳輸系統(tǒng)的圖像傳輸質量評價的客觀性，避免了僅靠主觀評價可能帶來的問題。但該方法是把特征參數隱藏在原始圖像中進行不壓縮傳輸，或者是把特征參數隱藏于原始圖像壓縮后的數據中進行傳輸，但接收端無法得到恢復圖像與原始圖像之間的峰值信噪比。發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題是一方面提供了一種在承載圖像中隱藏信息的方法，提高了承載圖像中隱藏信息的抗壓縮性能，并進一步提高了可隱藏信息的信息量。另一方面還提供了一種圖像質量評價方法，可以將圖像的指標參數隱藏于圖像中，并在圖像接收端通過對圖像傳輸前后指標參數的比對實現了對圖像質量的評價。同時，還提供了一種利用圖像的信息傳輸方法，可以實現信息在圖像中的隱藏傳輸。
本發(fā)明的技術解決方案是
本發(fā)明一方面公開了一種在承載圖像中隱藏信息的方法，包括圖像發(fā)送端的信息隱藏步驟和圖像接收端的信息提取步驟
所述信息隱藏步驟包括
承載圖像預處理
I)將所述大小為MXN的承載圖像P按行或列以Z字型掃描順序分為大小為mXn 的互不重疊的圖像塊Pi，其中，M，N，m，η為偶數，i = 1，2，· · ·，L，L = (MXN)/(mXη)；
2)將所述圖像塊Pi中每個像素位置坐標的橫坐標和縱坐標分別進行模二運算， 如果橫坐標和縱坐標的模二運算結果相等，則將該位置坐標的像素歸為集合Α，否則將該位置坐標的像素歸為集合B ；
3)對于每個所述圖像塊Pi，將所述集合A中的像素值之和與所述集合B中的像素值之和的差作為該所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Τχ，并分別計算所有圖像塊Pi的統(tǒng)計量Τχ，將所得到的統(tǒng)計量中最大值的絕對值作為最大統(tǒng)計絕對值Tmax ；
4)調整每個所述圖像塊Pi的像素值
若所述圖像塊的統(tǒng)計量Tx大于等于-Tl且小于等于Tl，則所述圖像塊的像素值保持不變，其中，Tl為小于Tmax的正整數值；
若所述圖像塊的統(tǒng)計量Tx大于Tl，則將該所述圖像塊的集合A中的像素加一個正整數Κ1，集合B中的像素減去一個正整數Κ1，其中，Kl = (Tl+Rl)/(mXn)，其中，Rl為正整數；
若所述圖像塊的統(tǒng)計量Tx小于-Tl，則將該所述圖像塊的集合A中的像素減去一個正整數Kl，集合B中的像素加一個正整數Kl ；
依次調整每個所述圖像塊Pi并分別重新計算得到統(tǒng)計量Ty，完成所述圖像預處理步驟；
信息比特隱藏
將待隱藏信息的二進制序列中的O比特值，采用以下過程隱藏到所述預處理后的圖像塊Pi中
若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty在范圍(-Tl，Tl)內，則保持該圖像塊的像素值不變；
若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty大于Tl，則將所述圖像塊的集合A中的像素加一個正整數K2，并將所述圖像塊的集合B中的像素減去一個正整數K2 ；
若所述Ty小于-Tl，則將所述圖像塊的集合A中的像素減去一個正整數K2，并將所述圖像塊的集合B中的像素加一個正整數K2 ;其中，K2= (T2+R2) / (mXη), T2 = Tmax-TI 為正整數，R2為正整數；
將待隱藏信息的二進制序列中的I比特值，采用以下過程隱藏到所述預處理后的圖像塊Pi中
若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty大于所述閾值Tl或小于-Tl，則保持圖像塊的像素值不變；
若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty大于等于O且小于等于Tl，則將所述圖像塊的集合 A中的像素加一個正整數Kl，并將所述集合B中的像素減去一個正整數Kl ；
若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty大于等于-Tl且小于0，則將所述圖像塊的集合A中的像素減去一個正整數Kl，并將集合B中的像素加一個正整數Kl ；
信息比特提取
接收承載圖像并按步驟I)將接收到的承載圖像重新劃分為mXn的互不重疊的圖像塊 Wi, i = 1，2，· · ·，L，L = (MXN)/(mXn)；
根據所述步驟2)獲得所述模二運行結果相等時的集合C和所述模二運行結果不等時的集合D ；
根據所述步驟3)獲得每個所述圖像塊Wi的統(tǒng)計量Tz ；
根據所述統(tǒng)計量Tz的分布區(qū)間提取O比特值和I比特值；
根據所述提取出的O比特值和I比特值恢復出所述隱藏信息的二進制序列。
進一步的，在上述隱藏信息的方法中，所述隱藏信息為所述承載圖像的指標參數， 所述指標參數包括所述承載圖像的特征參數和/或峰值信噪比，所述特征參數包括承圖像的均值、方差和熵。
本發(fā)明另一方面公開了采用上述隱藏信息方法的一種圖像質量評價方法，包括以下步驟
將隱藏有所述指標參數的原始圖像發(fā)送到圖像接收端；
在圖像接收端提取所述原始圖像中隱藏的所述指標參數，并重新計算圖像接收端原始圖像的指標參數；
利用所述提取的指標參數和所述重新計算的指標參數進行對比，完成在圖像接收端對原始圖像的評價。
進一步的，在上述圖像質量評價方法中，所述隱藏有指標參數的原始圖像經過壓縮后發(fā)送到圖像接收端。
本發(fā)明還提供了一種利用圖像的信息傳輸方法，所述信息上述隱藏信息方法在圖像中進行隱藏和提取。
本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點
本發(fā)明所述在承載圖像中隱藏信息的方法根據圖像像素值的分布特點，通過對承載圖像的預處理和信息比特隱藏步驟可以實現將信息比特向承載圖像中隱藏，采用本方法隱藏有信息比特的承載圖像的不會對圖像的質量產生影響，且克服了現有技術中基于DCT 變換和基于小波變換的信息隱藏等算法隱藏容量較小，隨著隱藏容量的增大算法性能下降快的確定。同時也不會因嵌入信息后會造成對承載圖像不可逆轉的破壞，并保證了在圖像接收端承載圖像的質量。
本發(fā)明所述的圖像質量評價方法可以將圖像的特征參數隱藏到承載圖像中，并在接收端進行提取，從而實現了在接收端利用PSNR等參數對承載圖像的質量評價，克服了現有技術中僅能在接收端對圖像進行主觀質量評價的不足。并節(jié)省了在圖像收發(fā)兩端單獨傳輸圖像特征參數的額外開銷、
同時，本發(fā)明所述的利用圖像的信息傳輸方法，還可將信息比特作為待傳輸的保密信息，將隱藏信息的方法作為對信息比特利用承載圖像灰度值的編碼，與現有技術的相比，承載圖像質量不受影響，且隱藏信息比特后的承載圖像抗壓縮性能好，并能有效提取出隱藏的信息比特。


圖I為本發(fā)明流程圖2為圖像塊像素集合劃分圖3為塊大小為8X8的Lena圖像的統(tǒng)計量分布；
圖4為塊大小為8X8的Lena圖像統(tǒng)計量移位；
圖5為嵌入信息比特后Lena圖像統(tǒng)計量分布；
圖6為受到一定程度壓縮的含密載體圖像統(tǒng)計量分布。
具體實施方式
下面就結合附圖對本發(fā)明做進一步介紹。
如圖I所示為，在承載圖像中隱藏信息的方法，包括以下步驟
首先，進行承載圖像預處理，該預處理過程具體如下
I).將大小為MXN的承載圖像P按行或列以Z字型掃描順序分為大小為mXn的互不重疊的圖像塊Pi，其中，M，N，m，η為偶數，i = 1，2，…，L，L = (MXN)/(mXη)；
2).將圖像塊Pi中每個像素位置坐標的橫坐標和縱坐標分別進行模二運算，如果橫坐標和縱坐標的模二運算結果相等，則將該位置坐標的的像素歸為集合Α，否則將該位置坐標的的像素歸為集合B。如圖2所示，以8X8的圖像塊為例。對圖像塊中的像素進行模二運算后，像素位置標示“ + ”和表示該像素位置的像素分別屬于集合A和集合B。
3).將每個圖像塊Pi的集合A中的像素值之和與集合B中的像素值之和的差作為該圖像塊Pi的統(tǒng)計量Τχ，統(tǒng)計量Tx可通過下式計算mxn/權利要求
1.一種在承載圖像中隱藏信息的方法，包括圖像發(fā)送端的信息隱藏步驟和圖像接收端的信息提取步驟，其特征在于所述信息隱藏步驟包括承載圖像預處理1)將所述大小為MXN的承載圖像P按行或列以Z字型掃描順序分為大小為mXn的互不重疊的圖像塊 Pi，其中，M，N，m，η 為偶數，i = 1,2, . . .，L，L = (MXN)/(mXη)；2)將所述圖像塊Pi中每個像素位置坐標的橫坐標和縱坐標分別進行模二運算，如果橫坐標和縱坐標的模二運算結果相等，則將該位置坐標的像素歸為集合Α，否則將該位置坐標的像素歸為集合B;3)對于每個所述圖像塊Pi，將所述集合A中的像素值之和與所述集合B中的像素值之和的差作為該所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Τχ，并分別計算所有圖像塊Pi的統(tǒng)計量Τχ，將所得到的統(tǒng)計量中最大值的絕對值作為最大統(tǒng)計絕對值Tmax ；4)調整每個所述圖像塊Pi的像素值若所述圖像塊的統(tǒng)計量Tx大于等于-Tl且小于等于Tl，則所述圖像塊的像素值保持不變，其中，Tl為小于Tmax的正整數值；若所述圖像塊的統(tǒng)計量Tx大于Tl，則將該所述圖像塊的集合A中的像素加一個正整數 Κ1，集合B中的像素減去一個正整數Κ1，其中，Kl = (T1+R1) / (mXn)，其中，Rl為正整數； 若所述圖像塊的統(tǒng)計量Tx小于-Tl，則將該所述圖像塊的集合A中的像素減去一個正整數Kl，集合B中的像素加一個正整數Kl ；依次調整每個所述圖像塊Pi并分別重新計算得到統(tǒng)計量Ty，完成所述圖像預處理步驟；信息比特隱藏將待隱藏信息的二進制序列中的O比特值，采用以下過程隱藏到所述預處理后的圖像塊Pi中若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty在范圍(_T1，T1)內，則保持該圖像塊的像素值不變； 若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty大于Tl，則將所述圖像塊的集合A中的像素加一個正整數Κ2，并將所述圖像塊的集合B中的像素減去一個正整數Κ2 ；若所述Ty小于-Tl，則將所述圖像塊的集合A中的像素減去一個正整數Κ2，并將所述圖像塊的集合B中的像素加一個正整數Κ2 ;其中，Κ2 = (T2+R2)/(mXn)，T2 = Tmax-Tl為正整數，R2為正整數；將待隱藏信息的二進制序列中的I比特值，采用以下過程隱藏到所述預處理后的圖像塊Pi中若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty大于所述閾值Tl或小于-Tl，則保持圖像塊的像素值不變；若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty大于等于O且小于等于Tl，則將所述圖像塊的集合A中的像素加一個正整數Kl，并將所述集合B中的像素減去一個正整數Kl ；若所述圖像塊Pi的統(tǒng)計量Ty大于等于-Tl且小于0，則將所述圖像塊的集合A中的像素減去一個正整數Kl，并將集合B中的像素加一個正整數Kl ；信息比特提取接收承載圖像并按步驟I)將接收到的承載圖像重新劃分為mXn的互不重疊的圖像塊 ffi, i = 1,2, . . . , L, L = (MXN)/(mXη)；根據所述步驟2)獲得所述模二運行結果相等時的集合C和所述模二運行結果不等時的集合D ；根據所述步驟3)獲得每個所述圖像塊Wi的統(tǒng)計量Tz ；根據所述統(tǒng)計量Tz的分布區(qū)間提取O比特值和I比特值；根據所述提取出的O比特值和I比特值恢復出所述隱藏信息的二進制序列。
2.如權利要求I所述在承載圖像中隱藏信息的方法，其特征在于，所述隱藏信息為所述承載圖像的指標參數，所述指標參數包括所述承載圖像的特征參數和/或峰值信噪比， 所述特征參數包括承載圖像的均值、方差和熵。
3.一種采用權利要求2所述的圖像質量評價方法，其特征在于包括以下步驟將隱藏有所述指標參數的原始圖像發(fā)送到圖像接收端；在圖像接收端提取所述原始圖像中隱藏的所述指標參數，并重新計算圖像接收端原始圖像的指標參數；利用所述提取的指標參數和所述重新計算的指標參數進行對比，完成在圖像接收端對原始圖像的評價。
4.如權利要求3所述圖像質量評價方法，其特征在于所述隱藏有指標參數的原始圖像經過壓縮后發(fā)送到圖像接收端。
5.一種利用圖像的信息傳輸方法，其特征在于，所述信息采用權利要求I所述方法在圖像中進行隱藏和提取。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在承載圖像中隱藏信息的方法，包括圖像發(fā)送端的信息隱藏步驟和圖像接收端的信息提取步驟，所述信息隱藏步驟中包括承載圖像預處理的步驟；以及利用預處理后的承載圖像隱藏信息比特的步驟；所述信息提取步驟采用與信息隱藏步驟相逆的過程實現對信息比特的提取。同時本發(fā)明還提供一種采用該隱藏信息方法實現的圖像質量評價方法和信息傳輸方法。采用該方法提高了承載圖像中隱藏信息的抗壓縮性能，并進一步提高了可隱藏信息的信息量，并實現了對圖像質量的客觀評價，以及信息的保密傳輸。
文檔編號H04N7/26GK102938841SQ20121050141
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權日2012年11月30日
發(fā)明者周詮, 李曉博, 黎軍, 張怡, 呼延烺, 李靜玲 申請人:西安空間無線電技術研究所