CN102695059A - 一种图像隐藏压缩传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像隐藏压缩传输方法，该方法根据压缩比将原始图像分割为子图像和剩余图像，然后把剩余图像压缩后隐藏到子图像中，再进行特加密处理，得到处理后的小类噪声图像进行传输。接收端通过提取参数产生类噪声图像，再进行相应的子图像解扰、剩余图像信息提取、解压缩处理，恢复出原始图像。该方法在压缩的同时具有保密效果，避免了直接对原始图像进行压缩处理带来的压缩性能不佳、重点部位图像质量难于保证的问题，保证了目标图像的传输质量以及传输安全性。本发明适于各类图像的压缩、保密传输，可用于地面设备之间、地面对航天器、航天器对地、航天器之间的图像传输。

Description

一种图像隐藏压缩传输方法

技术领域

本发明属于涉及图像通信技术领域，涉及一种图像隐藏压缩传输方法。

背景技术

随着科技的发展，人们对高分辨率图像的需求越来越多，总在想方设法提高图像分辨率。但是随着图像分辨率的提高，数据量越来越大，给数据传输和存储带来越来越大的压力，采用数据压缩方法对数据传输是非常必要的。除了航天遥感图像之外，还有地面高分辨率图像。人们既要采用数据压缩，又不希望降低图像质量，而现有图像压缩算法在较大压缩比情况下较难保证整个图像的质量。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供了一种图像隐藏压缩传输方法，实现了对图像的压缩和保密传输。

本发明的技术解决方案是：

本发明针对实际图像中并非所有部分由含有图像的主要信息，给出了一种图像隐藏压缩传输方法，可以在保证图像压缩过程主要图像质量不降低的情况下，对图像的压缩，并利用图像中划除含有主要信息部分的子图像后的剩余图像实现了对图像传输的完整性，具体实现过程如下：

发送端根据目标压缩比从原始图像中提取子图像，并将提取出子图像后的原始图像作为剩余图像；

对所述剩余图像以高于所述目标压缩比的压缩比例进行压缩获得压缩剩余图像；

将所述压缩剩余图像隐藏到所述子图像中形成含密子图像；

根据所述目标压缩比生成与所述子图像同大小的类噪声图像，并将所述类噪声图像的生成参数隐藏到所述含密子图像中获得含密噪声图像；

采用约定值将类噪声图像中与含密噪声图像隐藏有生成参数的对应像素位置进行置换，得到特殊类噪声图像；

将所述含密噪声图像与所述特殊类噪声图像进行按位异或运算得到待传输图像进行传输；

接收端提取接收图像的生成参数，并根据所述约定值生成类噪声图像；

将类噪声图像与接收到的图像进行按位异或运算获得含密子图像；

从含密子图像中提取出子图像和剩余图像，并恢复出原始图像。

进一步的，对所述原始图像进行划分获得所述子图像和所述剩余图像的步骤为：

根据所述目标压缩比在所述原始图像的不同区域中提取多个图像块；

选取所述多个图像块中熵最大的图像块或指定图像块作为子图像；

在所述原始图像中将子图像外的图像作为剩余图像。

进一步的，对所述剩余图像进行压缩的压缩比R1与所述目标压缩比R的关系为：R1大于或等于L×(R-1)，L为大于或等于4的整数。

进一步的，将所述压缩剩余图像隐藏到子图像中获得含密子图像的方法为：

将压缩剩余图像转换为二进制比特流；

利用所述二进制比特流按一定顺序替换所述子图像像素值的K个最低有效位，获得所述含密子图像，K为小于或等于b/L的整数，b为子图像量化比特数。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

该方法在压缩的同时具有保密效果，避免了直接对原始图像进行压缩处理带来的压缩性能不佳、重点部位图像质量难于保证的问题，保证了目标图像的传输质量以及传输安全性。

同时，不必采用常规保密方法就得到较强保密性，也不必采用常规压缩方法就取得压缩效果，压缩比可以自行控制。降低了图像传输设备的复杂度。本发明适于各类图像的压缩、保密传输，可用于地面设备之间、地面对航天器、航天器对地、航天器之间的图像传输。

(1)本发明在传输前采用特殊的处理方法，把一幅图像先进行分割，保证了主要部分传输质量。

(2)本发明采用特殊的处理方法，把剩余图像压缩后隐藏于目标图像中，不增加数据量，而接收端可以提取出该部分图像，更好地恢复出原始图像。

(3)本发明采用特殊的处理方法，在一幅图像某些位置嵌入加密的伪随序列参数，再产生特殊类噪声图像进行加密，实现了动态加密，提高了加密的安全性。

(4)本发明的目标图像的恢复质量是可以保证的，因为在信息隐藏与信息提取过程对目标图像的影响非常小或者不影响。

(5)本发明的传输系统，可以取得目前直接压缩传输系统所不能取得的压缩、隐藏与保密效果。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

本发明对原始图像进行分割处理分别获得子图像和剩余图像，对子图像和剩余图像按照不同的压缩比例进行压缩，并将压缩后的剩余图像隐藏到子图像中，同时生成特殊的类噪声图像，并把其与隐藏有剩余图像的子图像进行融合，从而获得经过压缩和保密的待传输图像。

如图1所示，设原始图像大小为512×512，采用8比特量化。具体的方法如下述步骤：

(1)利用预先确定的目标压缩比R从原始图像A1中提取子图像B1和剩余图像C1。

根据所述的目标压缩比例可以确定压缩后的图像大小，然后根据所述压缩后的图像大小在所述原始图像的不同区域中提取多个图像块；选取所述多个图像块中熵最大的图像块或指定图像块作为子图像；并将剩余图像中去除子图像的部分作为剩余图像。

其中，在原始图像中提取子图像块的方法为：在原始图像的不同区域(如上下左右各方向上)根据目标压缩比确定图像块，然后分别计算每个图像块的熵(或指定一个重要的图像块作为子图像)。图像块的熵采用下述方法进行计算：

经典信息论用概率论的方法对信息作了定量的描述：设信源为X，集合{x1，x2，...，xn}为表示信源信息内容的符号集合。如果各符号xi的出现是各不相干的，或者说是独立的，在信息论中称信源X是无记忆信源。设P(xi)是信源X产生符号xi这一事件的概率，则定义xi的信息量为：I(xi)＝-log(p(xi))，对各符号X的信息量I(xi)按其概率p(xi)进行求和，可得X的信息量H(X)为：

$H\left(X\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}p\left(\mathrm{xi}\right)I\left(\mathrm{xi}\right)$

信息论中将H(X)称为信源X的熵(entropy)，它是信源不确定度的度量。熵的单位根据对数底的不同分别是：比特/符号，奈特/符号等。

(2)对剩余图像C1进行压缩获得压缩剩余图像C2。

采用上述方法提取出子图像和剩余图像后，可以保证对于一幅完整的原始图像，在所提取出的子图像中包含了原始图像中全部的图像信息，因此，对应的剩余图像只含有少量的图像信息。设所述的目标压缩比为R，则采用高于目标压缩比的压缩比例R1对剩余图像进行压缩从而可获得压缩剩余图像，其中，R1可以选择大于或等于L×(R-1)，L为大于或等于4的整数，例如R1＝4×(R-1)，从而可以保证压缩剩余图像的大小为((R-1)×S)/(L×(R-1))＝S/L，式中，S为子图像的大小。例如当R＝4，L＝4时，R1＝12，S＝256×256＝65536。

(3)将所述的压缩剩余图像C2隐藏到所述子图像B1中生成含密子图像B2。

对压缩剩余图像C2进行隐藏采用低有效位替换的方法，即将由压缩剩余图像生成的二进制比特码流，利用比特码流对子图像中每个像素的最低比特位进行替换，从而在实现将压缩剩余图像隐藏的同时，还保证了子图像的质量。

具体方法如下：

将压缩后的图像数据C2转换为比特流隐藏于子图像B1各个像素的K个低有效位得到隐藏信息后的含密图像B2，即每个像素可以隐藏K个比特，若图像每像素量化比特数为b比特，则隐藏数据量与子图像数据量的比为K/b。如b＝8比特，K＝1，则把信息隐藏于最低有效位，隐藏比例为1/8；K＝2，则把信息隐藏于最低有效位和次最低有效位，隐藏比例为2/8；

(4)再根据所述目标压缩比生成类噪声图像W1，将其生成参数嵌入到含密子图像B2中K个特定位置，得到含密噪声图像B3。

类噪声图像的一种生成方法如下：

类噪声图像为一类伪随机图像，基于Logistic混沌映射产生。其模型为X_n+1＝μX_n(1-X_n)，n∈{1，2，...}

其中，0＜μ≤4称为分支参数，Xn∈{0，1}。混沌动力系统的研究工作指出，当分支系数3.5699456＜μ≤4，则Logistic映射工作于混沌状态。

给出μ和X的初值X0即可产生许多X，对第n+1个X判决得到0-1序列Pi(当x＞0.5，Pi＝1；0＜x≤0.5，Pi＝0)，i＝1，...MNQ，以Q比特对序列Pi进行划分，Q比特形成一个灰度值Gi(i＝1，...MN)，从而可得到类噪声图像，大小为M×N。

设类噪声图像为W1，其生成参数μ和X的初值X0表示为K个单字节(X1，X2，...XK)在含密子图像B2中K个位置分别隐藏(嵌入)类噪声图像的生成参数(X1，X2，...XK)，得到含密噪声图像B3，一般情况下类噪声图像的生成参数非常少(如几个)，因此K值也非常小，参数隐藏(嵌入)几乎不影响。

(5)根据所述含密噪声图像B3中嵌入生成参数的K个位置，将对应的类噪声图像W1的K个位置全部置为0-255之间某一约定值，变为特殊类噪声图像W2，以保证异或运算时K个位置信息可以完全恢复；

(6)利用生成的特殊噪声图像W2和所述含密噪声图像B3进行融合，即按位将特殊噪声图像W2和含密噪声图像B3进行异或运算(模二加)，从而形成待传输图像C。

(7)接收端根据收到的图像C提取类噪声图像的参数μ和X0，根据提取的参数μ和X0生成类噪声图像，并将其特定位置用约定值置换得到特殊类噪声图像；将特殊类噪声图像与收到的图像C按位异或得到接收端的含密子图像；从含密子图像中提取隐藏数据、解压缩，恢复出原始图像A2，A2即为收到的原始图像A1。

本发明对原始图像进行分割处理分别获得子图像和剩余图像，对子图像和剩余图像按照不同的压缩比例进行压缩，并将压缩后的剩余图像隐藏到子图像中，同时利用随机生成的类噪声图像与隐藏有剩余图像的子图像进行融合，从而获得经过压缩和保密的待传输图像。采用此方式对原始图像进行压缩，在接收端对图像进行恢复时，可以保证图像的恢复质量，且信息隐藏与信息提取过程对图像的影响非常小或者不影响。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种图像隐藏压缩传输方法，其特征在于包括以下步骤：

发送端根据目标压缩比从原始图像中提取子图像，并将提取出子图像后的原始图像作为剩余图像；

对所述剩余图像以高于所述目标压缩比的压缩比例进行压缩获得压缩剩余图像；

将所述压缩剩余图像隐藏到所述子图像中形成含密子图像；

根据所述目标压缩比生成与所述子图像同大小的类噪声图像，并将所述类噪声图像的生成参数隐藏到所述含密子图像中获得含密噪声图像；

采用约定值将类噪声图像中与含密噪声图像隐藏有生成参数的对应像素位置进行置换，得到特殊类噪声图像；

将所述含密噪声图像与所述特殊类噪声图像进行按位异或运算得到待传输图像进行传输；

接收端提取接收图像的生成参数，并根据所述约定值生成类噪声图像；

将类噪声图像与接收到的图像进行按位异或运算获得含密子图像；

从含密子图像中提取出子图像和剩余图像，并恢复出原始图像。

2.如权利要求1所述的一种图像隐藏压缩传输方法，其特征在于：对所述原始图像进行划分获得所述子图像和所述剩余图像的步骤为：

根据所述目标压缩比在所述原始图像的不同区域中提取多个图像块；

选取所述多个图像块中熵最大的图像块或指定图像块作为子图像；

在所述原始图像中将子图像外的图像作为剩余图像。

3.如权利要求1所述的一种图像隐藏压缩传输方法，其特征在于：对所述剩余图像进行压缩的压缩比R1与所述目标压缩比R的关系为：R1大于或等于L×(R-1)，L为大于或等于4的整数。

4.如权利要求1所述的一种图像隐藏压缩传输方法，其特征在于：将所述压缩剩余图像隐藏到子图像中获得含密子图像的方法为：

将压缩剩余图像转换为二进制比特流；

利用所述二进制比特流按一定顺序替换所述子图像像素值的K个最低有效位，获得所述含密子图像，K为小于或等于b/L的整数，b为子图像量化比特数。

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