本發(fā)明屬于圖像編碼及信息隱藏技術領域，具體涉及一種結合四叉樹自適應編碼的可逆信息隱藏方法。

背景技術：

可逆信息隱藏是指能在宿主信息中嵌入額外信息后，合法接受方能正確提取額外信息，并無失真恢復出原始宿主信息的一種技術，在多媒體認證、數(shù)字產品知識產權保護等諸多的多媒體安全領域應用廣泛。當前的圖像可逆數(shù)據(jù)隱藏技術主要包括無損壓縮、直方圖平移、整數(shù)變換三類。技術指標主要是嵌入容量(單位bpp，即單位像素嵌入的比特數(shù))和嵌入后的峰值信噪比(簡稱psnr，單位db，衡量圖像經過嵌入后的失真程度)。提高嵌入容量是當前可逆信息隱藏研究主要目標之一。

現(xiàn)有的大部分算法存在圖像分塊的預處理階段，但是均采用2*2、3*3等固定分塊模式，雖然避免了較大的計算復雜度，但未充分考慮圖像內容(醫(yī)學圖像等特殊圖像中存在大量的平滑區(qū)域，而紋理圖像等存在大量的紋理復雜區(qū)域)，因此現(xiàn)有算法在針對平滑區(qū)域、紋理復雜區(qū)域明顯的一些圖像等特殊圖像中的嵌入容量有待改善。

例如，一方面，醫(yī)療圖像對圖像清晰度要求高，美國政府已頒布法律規(guī)定醫(yī)療處理中不允許使用有損壓縮，因為由于圖像不清晰導致的醫(yī)生誤診帶來的社會問題嚴重，且醫(yī)療成像設備價格昂貴、圖像獲取代價高昂，因此適合可逆信息隱藏。另一方面，醫(yī)學序列圖像的幀內冗余和幀間冗余很大，存在大量平滑區(qū)域可以用來嵌入。尚沒有對這類特殊圖像進行內容自適應分塊并將圖像壓縮、自適應編碼、可逆數(shù)據(jù)隱藏等技術進行融合的自適應算法

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種結合四叉樹自適應編碼的可逆信息隱藏方法，將圖像壓縮、自適應編碼、可逆數(shù)據(jù)隱藏技術融合到自適應算法中，對醫(yī)療圖像等平滑區(qū)域與紋理復雜區(qū)域分布較為明顯的特殊圖像進行內容自適應分塊處理。

本發(fā)明采用以下技術方案：

一種結合四叉樹自適應編碼的可逆信息隱藏方法，主要包括編碼端信息嵌入與解碼端的信息提取，所述編碼端信息嵌入步驟為：

s1、以原圖像作為初始圖像塊，根據(jù)圖像塊的像素情況對當前圖像塊進行判斷，確定圖像塊類別；

s2、若當前圖像塊屬于可嵌入塊，則進行信息嵌入,若當前圖像塊屬于不可嵌入塊，則判斷當前圖像塊大小，若圖像塊大小為2*2，不再劃分并不做嵌入，否則按照四叉數(shù)分塊規(guī)則將當前圖像塊劃分為不重疊的四個大小相同的圖像塊，并逐個執(zhí)行步驟s1；

s3、將步驟s2產生的四叉數(shù)編碼信息單獨傳給解碼端，解碼端根據(jù)該信息，進行圖像解碼和后續(xù)的信息提取過程；

s4、解碼端根據(jù)解碼信息進行四叉數(shù)解碼，并根據(jù)每一個圖像塊所屬的類別進行信息提取和圖像恢復操作。

進一步的，步驟s1中，所述圖像塊包括可嵌入塊和不可嵌入塊，所述可嵌入塊包括極度平滑塊、一般平滑塊和一般可嵌入塊。

進一步的，所述極度平滑塊為圖像塊像素值完全相同的圖像塊；所述一般平滑塊為使用cbp預測法進行圖像預測得到的預測誤差值中0、1、-1占比大于40％的圖像塊；所述一般可嵌入塊為使用cbp預測法進行圖像預測得到的預測誤差值中0、1、-1占比大于20％且小于40％的圖像塊；剩余為不可嵌入塊。

進一步的，所述極度平滑塊的嵌入方式為保留塊中最右下方的像素值，其余位置逐行掃描逐像素的所有比特被額外信息依次替代。

進一步的，所述一般平滑塊的嵌入方式為采取dpcm無損壓縮方法對該圖像塊進行無損壓縮，壓縮后的比特逐行逐像素的保存在原圖像塊中，按順序保存額外信息比特。

進一步的，所述一般可嵌入塊的嵌入方式為采取基于cbp預測的預測誤差直方圖平移法進行嵌入，嵌入過程的相關參數(shù)保存為額外信息的一部分進行保存用于信息提取。

進一步的，步驟s3中，所述四叉數(shù)編碼信息具體為：將所述圖像塊劃分為a、b、c、d四個互不重疊且大小相同的圖像塊，每一次劃分代表四叉數(shù)的一層節(jié)點，其中，a＝1表示不需要再劃分，a＝0表示需要劃分。

進一步的，每個所述圖像塊的編碼信息后對應存儲兩個比特作為額外信息。

進一步的，所述極度平滑塊的額外信息用00表示，所述一般平滑塊的額外信息用01表示，所述一般可嵌入塊的額外信息用10表示，所述不可嵌入塊的額外信息用11表示。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

采取了圖像內容自適應的策略，因此可逆信息隱藏的嵌入容量與非自適應方法相比有所改善，特別對于擁有大量平滑區(qū)域以及紋理復雜區(qū)域并且兩種區(qū)域分布明顯的特殊圖像(如醫(yī)學影像圖像)性能提升更為明顯。

進一步的，分類方法可以結合圖像塊像素平滑情況以及不同嵌入方式的特點，自適應選擇嵌入方式：ⅰ類圖像塊所有像素的像素值相同，可以僅保留一個像素的像素值，在其他像素位置全部進行數(shù)據(jù)替代以嵌入；ⅱ類圖像塊平滑程度一般，可以達到較好的無損圖像壓縮效果(壓縮比較高)，適合無損壓縮后進行數(shù)據(jù)嵌入；ⅲ類圖像塊平滑程度不如ⅱ類，但仍可以利用其它嵌入方式進行數(shù)據(jù)嵌入；ⅳ類平滑程度最差，不適合數(shù)據(jù)嵌入，因此劃分為不可嵌入塊，不進行任何操作。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明四叉數(shù)編碼解碼示意圖；

圖2為本發(fā)明圖像塊劃分示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種結合四叉樹自適應編碼的可逆信息隱藏方法，包括編碼端信息嵌入與解碼端的信息提取兩個過程，所述編碼端信息嵌入具體過程如下：

s1、將原圖像作為初始圖像塊，根據(jù)圖像塊的像素情況對當前圖像塊進行判斷，確定圖像塊類別；

確定圖像塊類型：

所述圖像塊類型包括：極度平滑塊(ⅰ類)、一般平滑塊(ⅱ類)、一般可嵌入塊(ⅲ類)和不可嵌入塊(ⅳ)四種類型，其中ⅰ類、ⅱ類、ⅲ類統(tǒng)稱為可嵌入塊。

當圖像塊像素值完全相同時，確定圖像塊類別為ⅰ類(極度平滑塊)；

當圖像塊不屬于ⅰ類，且采取checkerboardbasedprediction(cbp)預測誤差法得到的預測誤差值中0、1、-1占比大于40％時，確定圖像塊類別為ⅱ類(一般平滑塊)；

當圖像塊不屬于ⅰ、ⅱ類且采取cbp預測誤差法的預測誤差值中0、1、-1占比大于20％且小于40％時，確定圖像塊類別為ⅲ類(一般可嵌入塊)；

當以上條件均不符合時，確定圖像塊類別為ⅳ類(不可嵌入塊)。

實驗表明，利用cbp預測誤差算法對自然圖像進行預測時，得出的預測誤差值服從均值為0的拉普拉斯分布。因此，圖像塊內0、1、-1的比值大小可以代表該圖像塊的復雜度(平坦程度)，比值越大，代表圖像塊越平坦，比值越小，代表圖像塊越復雜，選擇20％、40％這兩個數(shù)值，來源于實驗所得，屬于經驗值，選擇0、1、-1這三個數(shù)據(jù)，因為后面的直方圖平移嵌入算法的嵌入性能與圖像塊中0、1、-1的個數(shù)有關。

請參閱圖2，所述信息嵌入步驟如下：

若當前圖像塊屬于ⅰ類，則保留塊中最右下方的像素值，其余位置逐行掃描逐像素的所有比特被額外信息依次替代以嵌入；

若當前圖像塊屬于ⅱ類，則采取dpcm(無損預測編碼)無損壓縮方法對該圖像塊進行無損壓縮(壓縮過程的相關參數(shù)保存作為額外信息的一部分進行保存用于將來的無損恢復)，壓縮后的比特逐行逐像素的保存在原圖像塊中，由于壓縮騰出的位置按順序保存額外信息比特以實現(xiàn)嵌入，也可以使用huffman編碼、算術編碼等無損壓縮算法。

若當前圖像塊屬于ⅲ類，則采取基于cbp預測的prediction-errorexpansionhistogramshifting法(預測誤差直方圖平移法)進行嵌入，嵌入過程的相關參數(shù)保存為額外信息的一部分進行保存用于將來的信息提取?？赡鏀?shù)據(jù)隱藏算法還可以使用例如基于med預測的其他預測誤差直方圖平移算法。

s2、若當前圖像塊屬于不可嵌入塊時(ⅳ類)，則判斷當前圖像塊大小，若圖像塊大小為2*2，不再劃分并不做任何嵌入，否則進行四叉數(shù)劃分為四個圖像塊，并逐個執(zhí)行步驟s1。

s3、將以上步驟產生的四叉數(shù)編碼信息作為額外信息的一部分依次嵌入到圖像中，解碼端首先提取該信息，以進行圖像解碼和后續(xù)的信息提取過程。

s4、信息提取與圖像恢復

解碼端首先根據(jù)解碼信息進行四叉數(shù)解碼，并根據(jù)每一個圖像塊所屬的類別進行信息提取和圖像恢復操作，具體過程見dpcm(無損預測編碼)解壓縮和cbp預測誤差直方圖平移法的信息提取與圖像恢復過程。

請參閱圖1，四叉數(shù)編碼與解碼具體如下：

若某圖像塊不需要進一步拆分，則用四叉數(shù)上的一個葉子節(jié)點表示并用1表示；否則劃分為四個互不重疊的大小相同的圖像塊，并用a1b1c1d1表示。

其中，a1、b1、c1、d1分別表示第一圖像塊、第二圖像塊、第三圖像塊、第四圖像塊，若第一圖像塊不需要繼續(xù)劃分，則a1＝1，否則a1＝0，依次類推a2b2c2d2，每一次劃分代表四叉數(shù)的一層節(jié)點。由于圖像塊大小最小為2*2，故當圖像塊大小為4*4時，僅需要使用1個比特：1代表不需要再劃分，0代表需要劃分為4個2*2塊。解碼過程為相反的過程。

此外，將該圖像塊類別用兩個信息比特保存在對應編碼后面，即每個圖像塊編碼信息后再額外存儲兩個比特：“00”代表該圖像塊屬于aⅰ類；“01”代表該圖像塊屬于ⅱ類；“10”代表該圖像塊屬于ⅲ類；“11”代表該圖像塊屬于ⅳ類。

該編碼解碼方式簡單易行，計算復雜度低且占用帶寬少，發(fā)送方可以達到標識圖像自適應分塊情況以及每個圖像塊所屬類別的目的，接收方也可以根據(jù)解碼結果確定圖像分塊情況并識別出每個圖像塊所屬的種類。

以上內容僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權利要求書的保護范圍之內。