CN102833547A - 一种应用于jpeg图像的快速嵌入显性信息的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图片处理技术。本发明的一种应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，包括以下步骤：步骤1：将待嵌入的显性信息转换为字模图像，并对其进行解码、反量化；步骤2：提取待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息；步骤3：将步骤1中的字模图像反量化后的图像数据根据步骤2中的量化表和huffman编码表，进行量化以及编码得到字模图像块数据；步骤4：比较待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息与步骤2中存储的头信息是否一致，如果一致则对其进行解码；步骤5：新建JPEG图像文件，将字模图像的数据信息写入该文件；步骤6：将步骤4中解码后的未变动的数据信息写入步骤5生成的文件，形成新的图像数据。本发明应用于对JPEG图像添加显性信息。

Description

一种应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法

技术领域

本发明涉及图片处理技术，具体涉及一种对JPEG图像添加显性信息的方法，即对JPEG图像进行LOGO、时间轴等显性信息的嵌入。

背景技术

摄像头作为一种视频输入设备，现已被广泛应用于视频会议、远程医疗、实时监控、以及网络影音交流等领域中。摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。由于个人电脑的迅速普及，模拟摄像头的整体成本较高等原因，USB接口的传输速度远远高于串口、并口的速度，因此现在市场热点主要是USB接口的数字摄像头。而现有的USB接口的数字摄像头大部分都使用JPEG格式进行压缩。

在上述应用中，经常需要在JPEG（Joint Photographic Experts Group）格式的图像（以下简写为JPEG图像）上添加某些隐性或显性的信息，隐性的信息如设备型号、版本号、时间、日期、水印等，显性的信息如时间、日期、LOGO（商标）等。其中，添加显性信息的步骤比隐性的更复杂些，所耗费的时间也更长些，而在日常应用中，有些信息则有置为显性的必要性，如在数码相机拍摄的图片上增加时间信息等情形。因而研究显性信息的处理方法则尤为必要。

现有的在JPEG图像上添加信息的方法中，均需要经过JPEG图像的编码与解码步骤，而JPEG图像的编码或解码步骤一般需要经过以下步骤：色彩模型变换、采样、分块、DCT变换（离散余弦变换）、Zigzag（Z字形）扫描排序、量化、DC编码或解码（包括DC系数的差分脉冲调制编码、DC系数的中间格式计算）、RLE编码或解码（包括AC系数的游程长度编码、AC系数的中间格式计算）、Huffman（哈夫曼）编码或解码，因而上述这些编解码的处理过程占用大量的处理器时间，而在低处理器上处理JPEG图像的编解码的过程会显得尤为漫长，因此现有的在JPEG图像上添加信息的方法效率很低。

以在320×240的JPEG图像（如图1所示）上添加时间和日期信息为例来说明，一般的处理步骤包括：

一解码过程：将JPEG图像进行解码，具体包括DC解码、Huffman解码、RLE解码、反量化、DCT变换以及色彩模型变换；

一色彩替换过程，将待添加信息添加至解码后的图像文件中；

一编码过程：将添加信息后的图像文件进行编码，具体包括色彩模型变换、DCT变换、量化、RLE编码、Huffman编码、DC编码；

经过上述步骤，才能最终将时间和日期信息显示于该320×240的JPEG图像上，其效果图如图2所示。上述过程中，由于编码、解码过程冗长，因此在JPEG图像上添加信息整体耗费的时间较长，从而使得效率低下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，在不影响图像采集速率的情况下，优化JPEG图像的处理过程，使显性信息可快速嵌入到JPEG图像上，从而缩短嵌入信息时间，提高现有方法的效率。

为了解决上述技术问题，本发明一种应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，包括以下步骤：

步骤1：将待嵌入的显性信息（如LOGO、时间轴等信息）转换为字模图像，并对该字模图像进行解码、反量化，得到图像数据；所述解码包括DC解码、Huffman解码和RLE解码； 

步骤2：读取待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息，解析出图像大小、YCrCb采样方式、DQT量化表、以及Huffman编码表信息，并将其保存至缓冲区；上述头信息作为整个编解码过程的一个基准，当再次读取到具有相同头信息的图像文件时，则可直接读取JPEG图像文件的数据信息即可；其中，JPEG图像文件一般包括头信息和数据信息，头信息包含图像大小、YCrCb采样方式、DQT量化表、以及Huffman编码表等索引信息，数据信息包含JPEG图像文件的具体内容；

步骤3：将步骤1中得到的图像数据，根据步骤2中的量化表和huffman编码表进行量化以及编码，得到字模图像块数据；其中编码包括RLE编码、Huffman编码；

步骤4：比较待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息与步骤2中存储的头信息是否一致，如果一致则转至步骤5，如果不一致则继续下一待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息比较或返回步骤2重置基准头信息；具体如下：提取待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息（二进制格式），并将该头信息逐个与步骤2中存储的头信息数据进行比较；

步骤5：对待嵌入显性信息的JPEG图像文件进行解码，该解码包括DC解码、Huffman解码和RLE解码，具体是，将待嵌入显性信息的JPEG图像文件解码出对应的Huffman编码前的编码码值、长度及序号，然后将YCrCb在Huffman编码前、DQT量化后的值对应到8×8的YCrCb块。同时，还记录块的属性，每解析到一个块的结束符时即记录该块的属性，并保存至缓冲区，所述块的属性包括起始地址、起始地址位、直流量、直流量地址、直流量地址位、块结束地址、块结束地址位；本步骤对具有相同头信息的JPEG图像文件进行处理，这种对统一格式的JPEG图像进行嵌入显性信息，可排除因外界因素引起的图像格式出错或数据错乱的图像； 

步骤6：新建JPEG图像文件，将步骤2中缓冲区保存的头信息数据以及字模图像的数据信息写入该新建JPEG图像文件的相应位置处，具体是：从步骤3量化和编码后的字模图像，提取对应Huffman编码后值，写入新建JPEG图像文件;另外，写入新建JPEG图像文件具体是将步骤3得到的字模图像块数据整体嵌入至新建JPEG图像文件，直接替换原始块数据，即直接输出对应的字模图像的编码数据，并对直流信息值进行差值补偿即可；其中，上述将字模图像的数据信息写入该新建JPEG图像文件的相应位置处，可从该新建JPEG图像文件的起始块开始写，也可预留N个块位置，从第N+1个块的起始位开始写；

步骤7：将步骤5中解码后的未变动的数据信息写入步骤6生成的JPEG图像文件，形成新的图像数据：根据步骤5记录的块的属性信息，提取块数据直接填充至步骤6生成的JPEG图像文件的对应位置处，即提取紧接着的原始数据，进行二进制数位填补移动和写入结束标志，具体是按紧接的块的直流量、直流量地址、直流量地址位和结束块的块结束地址、块结束地址位，复制并位移后面整个未改变的图像的原始二进制数据，填补前面显性信息的最后一个数据的二进制位数的空缺，至此一次显性信息的嵌入结束；

步骤8：读取下一张待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息，与步骤2的JPEG图像文件的头信息比较，如果相同则返回步骤5，如果不同则继续下一待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息比较或返回步骤2重置基准头信息；循环该步骤直至遍历所有待嵌入显性信息的JPEG图像文件；

步骤9：释放所占用的缓冲区空间，结束程序。

由上可知，本发明公开了一种图像信息处理的快速算法，本发明的方法中，对待嵌入显性信息的JPEG图像文件，不需要解码的反量化、DCT变换、色彩模型变换等步骤，以及编码的色彩模型变换、DCT变换和量化等步骤，即整个过程只经过DC解码、Huffman解码、嵌入显性信息的Huffman编码、整合Huffman编码、DC编码，即实现了字模图像的嵌入。这样，整个过程只需要解码一小部分信息，即添加显性信息，从而减少了量化、色彩模型变换和DCT变换等其他占用处理器事件的过程，从而简单、有效的嵌入显性信息，提高了效率。

另外，本发明的方法中单独对字模数据进行解码、反量化、重新量化和编码，最后得到压缩后的JPEG字模图像块数据，提供给主链路调用，省去了多次编解码图片的过程。且上述步骤仅仅对待嵌入显性信息的JPEG图像进行Huffman解码解析出每一个块信息的属性，而不必解析出块内的具体数据内容；且在记录块属性后，可以直接调用到对应的未改变块的数据内容，从而实现简单快速的数据复制位移，继而完成字模图像的嵌入，在很大程度上减少了图像的处理过程，提高了效率。

附图说明

图1是背景技术中的待嵌入显性信息的JPEG图像（320×240）；

图2是背景技术中嵌入显性信息后的JPEG图像效果图；

图3是本发明的实施例流程示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

作为本发明的一个具体实施例，如图3所示，本发明包括：

步骤1：初始化显性信息并提取DQT量化前的DCT数据：将待嵌入的显性信息（如LOGO、时间轴等信息）转换为字模图像，并对该字模图像进行解码、反量化，得到新的图像数据；所述解码包括DC解码、Huffman解码和RLE解码；上述显性信息转换为字模图像，使得显性信息的嵌入更为简单，仅需要一个或多个字模即可，而无需占用大量的文字库或图片库资源。

步骤2：初始化JPEG图像文件头信息，包括：

步骤21：读取待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息，解析出图像大小、YCrCb采样方式、DQT量化表、以及Huffman编码表信息，并将其保存至缓冲区；因不同的JPEG图像文件，使用的图像大小、YCrCb采样方式、DQT量化表或Huffman编码表信息均会稍有差异，而这些信息存储在头信息里，所以这里设定对具有一致的头信息的JPEG图像数据进行处理；上述头信息作为整个编解码过程的一个基准，当再次读取到具有相同头信息的图像文件时，则可直接读取JPEG图像文件的数据信息即可；其中，JPEG图像文件一般包括头信息和数据信息，头信息包含图像大小、YCrCb采样方式、DQT量化表、以及Huffman编码表等索引信息，数据信息包含JPEG图像文件的具体内容；

步骤22：将步骤1中的字模图像反量化后的新的图像数据，根据步骤21中的量化表和huffman编码表进行量化以及编码，得到字模图像块数据；其中编码包括RLE编码、Huffman编码、DC编码；将字模图像的头信息统一化编码，仅需处理一次即可，而后就能快速调用编码后的数据；这样，字模图像可以直接根据头信息的DQT量化表和Huffman编码表直接编码，从而将各个字模图像的数据进行压缩，则进一步加快嵌入的时间。

其中，一个块数据含有1个DC值和63个AC值，其中RLE编码和huffman编码的作用是将63个AC数据进行压缩，从而得到较小的数据量，DC编码是块与块DC值的编码，AC编码是块内的RLE编码和huffman编码。

步骤3：比较待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息与步骤21中存储的头信息是否一致，如果一致则转至步骤4，如果不一致则继续下一待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息比较或返回步骤2重置基准头信息；具体是提取待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息（二进制格式），并将该头信息逐个与步骤21中存储的基准头信息数据进行比较。

步骤4：对待嵌入显性信息的JPEG图像文件进行解码，具体如下：将待嵌入显性信息的JPEG图像文件解码出对应的Huffman编码前的编码码值、长度及序号，然后将YCrCb在Huffman编码前、DQT量化后的值对应到8×8的YCrCb块。同时还记录块的属性，每当解析到一个块的结束符时，即记录该块的属性，并保存至缓冲区，所述块的属性包括起始地址、起始地址位、直流量、直流量地址、直流量地址位、块结束地址、块结束地址位；本步骤对具有相同头信息的JPEG图像文件进行处理，这种对统一格式的JPEG图像进行嵌入显性信息，可排除因外界因素引起的图像格式出错或数据错乱的图像；

步骤5：根据MCU块模式添加显性信息的DCT数据，包括：

步骤51：新建JPEG图像文件，将步骤2中缓冲区保存的头信息数据以及字模图像的数据信息写入该新建JPEG图像文件的相应位置处，具体是：从步骤22量化和编码后的字模图像，提取对应Huffman编码后值，写入新建JPEG图像文件;另外，写入新建JPEG图像文件具体是将步骤22得到的字模图像块数据整体嵌入至新建JPEG图像文件，直接替换原始块数据，即直接输出对应的字模图像的编码数据，并对直流信息值进行差值补偿即可；其中，上述将字模图像的数据信息写入该新建JPEG图像文件的相应位置处，可从该新建JPEG图像文件的起始块开始写，也可预留N个块位置，从第N+1个块的起始位开始写；

步骤52：将步骤4中解码后的未变动的数据信息写入步骤51生成的JPEG图像文件，形成新的图像数据：根据步骤4记录的块的属性信息，提取块数据直接填充至步骤51生成的JPEG图像文件的对应位置处，即提取紧接着的原始数据，进行二进制数位填补移动和写入结束标志，具体是按紧接的块的直流量、直流量地址、直流量地址位和结束块的块结束地址、块结束地址位，复制并位移后面整个未改变的图像的原始二进制数据，填补前面显性信息的最后一个数据的二进制位数的空缺，至此一次显性信息的嵌入结束。

步骤6：读取下一张待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息，与步骤21的JPEG图像文件的头信息比较，如果相同则返回步骤4，如果不同则继续下一待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息比较或返回步骤2重置基准头信息；循环该步骤直至遍历所有待嵌入显性信息的JPEG图像文件；

步骤7：释放所占用的缓冲区空间，结束程序。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将待嵌入的显性信息转换为字模图像，并对该字模图像进行解码、反量化，得到图像数据；所述解码包括DC解码、Huffman解码和RLE解码；

步骤2：提取待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息，该头信息包括量化表和huffman编码表信息，并将其保存至缓冲区； 

步骤3：将步骤1中得到的图像数据，根据步骤2中的量化表和huffman编码表进行量化以及编码，得到字模图像块数据；其中编码包括RLE编码、Huffman编码；

步骤4：比较待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息与步骤2中存储的头信息是否一致，如果一致则转至步骤5，如果不一致则继续下一待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息比较，或返回步骤2；

步骤5：对待嵌入显性信息的JPEG图像文件进行解码；

步骤6：新建JPEG图像文件，将字模图像的数据信息写入该新建JPEG图像文件的相应位置处；

步骤7：将步骤5中解码后的未变动的数据信息写入步骤6生成的JPEG图像文件，形成新的图像数据；

步骤8：读取下一张待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息，与步骤2的JPEG图像文件的头信息比较，如果相同则返回步骤5，如果不同则继续下一待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息比较，或返回步骤2；循环该步骤直至遍历所有待嵌入显性信息的JPEG图像文件；

步骤9：释放所占用的缓冲区空间，结束程序。

2.根据权利要求1所述的应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，其特征在于：所述步骤2中提取的JPEG图像文件的头信息还包括图像大小、YCrCb采样方式。

3.根据权利要求1所述的应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，其特征在于：所述步骤4中比较待嵌入显性信息的JPEG图像文件的头信息与步骤2中存储的头信息，具体是比较头信息中所存储的二进制数据是否相一致。

4.根据权利要求1所述的应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，其特征在于：步骤5对待嵌入显性信息的JPEG图像文件进行解码，还包括记录块的属性的步骤，具体是：每解析到一个块的结束符时，即记录该块的属性，并保存至缓冲区；所述属性包括起始地址、起始地址位、直流量、直流量地址、直流量地址位、块结束地址、块结束地址位。

5.根据权利要求4所述的应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，其特征在于：所述步骤7将步骤5中解码后的未变动的数据信息写入步骤6生成的JPEG图像文件，具体是根据步骤5记录的块的属性信息，提取块数据直接填充至步骤6生成的JPEG图像文件的对应位置处。

6.根据权利要求1所述的应用于JPEG图像的快速嵌入显性信息的方法，其特征在于：所述步骤6将字模图像的数据信息写入该新建JPEG图像文件的相应位置处，具体是将步骤3得到的字模图像块数据整体嵌入至新建JPEG图像文件。

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