CN103780913B - 一种基于误差隐藏的数据压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于误差隐藏的数据压缩方法，将原始图像压缩一定倍数后的恢复图像与原始图像的误差按子图像进行信息提取，得到压缩性能控制信息和误差块位置信息，这部分数据量远远小于原始图像数据量。把性能控制信息利用信息隐藏技术嵌入原始图像数据中进行压缩传输，接收端可以从载体图像中正确提取性能控制信息，并按要求恢复出图像数据，再经过计算修正，得到尽可能准确的原始图像局部信息，从而提高了图像质量。本发明在不增加信息传输速率和不改变数据压缩技术的情况下，提供了一种高性能数据压缩方法。利用本发明的方法提高了现有数据压缩标准以及非标准压缩算法的性能，提高了原始图像压缩的恢复质量。

Description

一种基于误差隐藏的数据压缩方法

技术领域

本发明涉及一种图像通信的方法，特别涉及一种基于误差隐藏的数据压缩方法，属于通信（如数据通信技术等）领域。

背景技术

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，一般的峰值信噪比（PSNR）30dB以上，35dB以上效果就比较理想。

目前图像数据压缩方法有许多，代表性的有JPEG以及JPEG2000。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，即使4倍压缩比用户有些时候也不满意，希望进一步提高性能。如果减低压缩比，肯定可以提高性能，但数据率高不满足传输要求。可以说，进一步提高现有图像压缩方法的性能（图像恢复质量）非常有意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于误差隐藏的数据压缩方法，实现了更好的压缩性能。

本发明的技术方案是：一种基于误差隐藏的数据压缩方法，步骤如下：

1）将待处理图像A0进行压缩比为r的数据压缩，得到压缩数据C；

2）对压缩数据C解压缩得到恢复图像A1；

3）将待处理图像A0和恢复图像A1相减，得到差值图像E；把差值图像E分成不重叠的N个差值子图像E_i，i=1,2……N，N为正整数；分别求N个差值子图像E_i像素绝对值的平均值ei，i=1,2……N；设置门限阈值T，将大于门限阈值T的ei所对应的差值子图像E_j组成数据集合D；对数据集合D进行数据压缩得到压缩性能控制信息F1；扫描差值图像E，如果差值图像E中当前差值子图像属于数据集合D，则在该差值子图像位置记录为比特1，否则记录为比特0，直至差值图像E全部扫描结束，生成误差子图像位置信息矩阵F2，所述的误差子图像位置信息矩阵F2由0和1组成；

4）对步骤3）获得的压缩性能控制信息F1和误差子图像位置信息F2进行格式编排，获得数据包F；将数据包F隐藏于图像A0中，得到含密图像A2；将含密图像A2压缩后进行输出；

5）接收端对含密图像A2进行解压缩以及信息隐藏逆过程，得到数据包F和恢复的图像A1；

6）对数据包F进行逆处理，得到压缩性能控制信息F1和误差子图像位置信息F2，通过对压缩性能控制信息F1解压缩得到数据集合D，根据误差子图像位置信息F2和数据集合D得到恢复的差值图像E0，恢复的差值图像E0和恢复的图像A1相加，得到恢复的图像A0。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）该方法首先对原始载体图像进行正常压缩与解压缩，选出部分压缩效果相对差的分块图像，把差值信息隐藏于原始图像中进行传输，收端对正常图像进行修复则提高了图像质量。

（2）该方法充分利用了原始载体图像子图像的先验知识，并以不增加传输数据量的方式传输到接收端，接收端根据先验知识得到提高了载体图像质量。

（3）该方法把图像本身的信息，创造性用于传输过程中，这部分信息作为性能控制信息，数据量远远小于原始图像数据，对信息隐藏容量要求低，对载体影响小。

（4）该方法提高了压缩r倍数据压缩的性能，总可以对图像质量进行一定程度的改善，具有闭环处理的效果，优于开环处理的效果。

（5）该方法可以同时得到两种不同质量的图像：正常的压缩恢复图像以及正常的压缩恢复图像的修复图像，为不同等级用户的使用提供了方便。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步介绍。

本发明一种基于误差隐藏的数据压缩方法，步骤如下：

1）将待处理图像A0进行压缩比为r的数据压缩，得到压缩数据C；

2）对压缩数据C解压缩得到恢复图像A1；

3）将待处理图像A0和恢复图像A1相减，得到差值图像E；把差值图像E分成不重叠的N个差值子图像E_i，i=1,2……N，N为正整数；分别求N个差值子图像E_i像素绝对值的平均值ei，i=1,2……N；设置门限阈值T，将大于门限阈值T的ei所对应的差值子图像E_j组成数据集合D；对数据集合D进行数据压缩得到压缩性能控制信息F1；扫描差值图像E，如果差值图像E中当前差值子图像属于数据集合D，则在该差值子图像位置记录为比特1，否则记录为比特0，直至差值图像E全部扫描结束，生成误差子图像位置信息矩阵F2，所述的误差子图像位置信息矩阵F2由0和1组成；

4）对步骤3）获得的压缩性能控制信息F1和误差子图像位置信息F2进行格式编排，获得数据包F；将数据包F隐藏于图像A0中，得到含密图像A2；将含密图像A2压缩后进行输出；

5）接收端对含密图像A2进行解压缩以及信息隐藏逆过程，得到数据包F和恢复的图像A1；

6）对数据包F进行逆处理，得到压缩性能控制信息F1和误差子图像位置信息F2，通过对压缩性能控制信息F1解压缩得到数据集合D，根据误差子图像位置信息F2和数据集合D得到恢复的差值图像E0，恢复的差值图像E0和恢复的图像A1相加，得到恢复的图像A0。

为了验证本发明提出算法的性能，实验采用了N幅大小为512×512的8比特灰度图像进行了仿真。图像的改变程度用峰值信噪比(PSNR)来表示。压缩比r=4，图像分块大小64×64。

利用常规压缩方法（JPEG2000等）对图像进行压缩，误差图像值很小。计算总的PSNR得到提高。

高速数据压缩传输技术已经广泛应用于遥感卫星、空间探测器等航天器及各类卫星数传系统，在今后必将得到更广泛应用。但是星上数据压缩方法基于JPEG2000算法，压缩比主要为4倍，压缩效果还有待进一步提高。

本发明提供了一种利用信息隐藏技术对现有数据压缩方法进行性能改善的方法，该方法具有更为优良的压缩性能，同时该方法具有实现复杂度低、隐藏效果好等实用性的特点，利用现有器件就可以实现，从而在航天器工程中具有实用价值。

本发明提出的方法在所有图像传输系统都可以采用。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种基于误差隐藏的数据压缩方法，其特征在于步骤如下：

1)将待处理图像A0进行压缩比为r的数据压缩，得到压缩数据C；

2)对压缩数据C解压缩得到恢复图像A1；

3)将待处理图像A0和恢复图像A1相减，得到差值图像E；把差值图像E分成不重叠的N个正方形的差值子图像Ei，i＝1,2……N，N为正整数；分别求N个差值子图像Ei像素绝对值的平均值ei，i＝1,2……N；设置门限阈值T，将大于门限阈值T的ei所对应的差值子图像Ej组成数据集合D；对数据集合D进行数据压缩得到压缩性能控制信息F1；扫描差值图像E，如果差值图像E中当前差值子图像属于数据集合D，则在该差值子图像位置记录为比特1，否则记录为比特0，直至差值图像E全部扫描结束，生成误差子图像位置信息矩阵F2，所述的误差子图像位置信息矩阵F2由0和1组成；

4)对步骤3)获得的压缩性能控制信息F1和误差子图像位置信息F2进行格式编排，获得数据包F；将数据包F隐藏于图像A0中，得到含密图像A2；将含密图像A2压缩后进行输出；

5)接收端对含密图像A2进行解压缩以及信息隐藏逆过程，得到数据包F和恢复的图像A1；

6)对数据包F进行逆处理，得到压缩性能控制信息F1和误差子图像位置信息F2，通过对压缩性能控制信息F1解压缩得到数据集合D，根据误差子图像位置信息F2和数据集合D得到恢复的差值图像E0，恢复的差值图像E0和恢复的图像A1相加，得到恢复的图像A0。