专利名称：在承载图像中隐藏信息、图像质量评价及信息传输方法
技术领域：
本发明涉及一种在承载图像中隐藏信息的方法，同时还涉及一种采用该隐藏方法的图像质量评价方法和采用该隐藏方法利用图像的信息传输方法。
背景技术：
随着科技的发展，图像分辨率越来越高，传输的数据量越来越大，一般都采用数据压缩技术进行传输，航天器图像压缩与数据传输系统的地位更为突出，对图像数据传输系统的性能评价越来越重要。
目前绝大部分图像压缩算法都采用有损压缩方法去除视觉冗余信息，压缩后牺牲了信源的部分信息。经过图像压缩算法及压缩设备压缩后的图像质量直接反映了该算法和设备的性能，因此，图像质量评价成为一个值得关注的问题。同时，该方法也可以应用于增强图像质量、提高图像编解码算法的容错性等方面。
图像质量评价从方法上可以分为主观评价方法和客观评价方法，前者凭感知者主观感受评价对象图像质量。目前的研究以后者为主，后者依据模型给出的量化指标或参数衡量图像质量。
峰值信噪比基于图像像素灰度值进行统计和平均计算，是常用的衡量信号失真的指标。尽管对部分图像或视频质量评价时可能与主观感知的质量产生较大的偏差，但PSNR 对多数图像质量评价仍然是有效的。国际上已经评价了 10余种质量评价模型，最终没有确定出一种模型作为标准模型。主要原因是从统计的角度来讲，这些模型取得的结果与PSNR 没有显著区别。因此，国内外普遍认为PSNR仍为图像质量评价一个有意义的参考指标。但该方法需要原图像进行评价，在实际图像数传系统中没有原图像，利用该方法无法进行评价。
传统的图像压缩质量评价方法，主要在设计阶段、试验阶段使用，也就是在能得到原始图像的情况下使用。在缺乏原始图像的情况下，如当航天器获取的图像经过航天器数据压缩传输系统传输到地面后就无法使用了，因为地面无法得到原始的图像，只能得到经过信道传输后解压缩恢复的图像。因此，地面进行图像压缩质量评价时，主要进行主观评价，或者对接收的图像本身的特征参数进行客观评价，既无法与原图对比，也无法得出客观评价指标(如峰值信噪比(PSNR)。
申请号CN200810191796. 8，名称一种对星载光学遥感图像压缩质量进行评价的方法，针对卫星传感器的特性生成模拟图像，采用客观评价为主、主观评价为辅的综合方法全面、系统、有针对性地评价图像压缩质量，构建了星载光学遥感图像压缩质量评价的完整体系。但该评价方法只能对接收的图像本身进行主客观评价，无法做到原始图像与接收图像特性的直接对比评价。
申请号CN201210178979. 2，该发明公开了一种图像传输质量评价方法，该方法主要解决了传统评价方法无法实现两幅图像特征参数对比的难题，大大改善了对图像数据传输系统的图像传输质量评价的客观性，避免了仅靠主观评价可能带来的问题。但该方法是把特征参数隐藏在原始图像中进行不压缩传输，或者是把特征参数隐藏于原始图像压缩后的数据中进行传输，但接收端无法得到恢复图像与原始图像之间的峰值信噪比。发明内容
本发明的技术解决问题是一方面提供了一种在承载图像中隐藏信息的方法，提高了承载图像中隐藏信息的抗压缩性能，并进一步提高了可隐藏信息的信息量。另一方面还提供了一种图像质量评价方法，可以将图像的指标参数隐藏于图像中，并在图像接收端通过对图像传输前后指标参数的比对实现了对图像质量的评价。同时，还提供了一种利用图像的信息传输方法，可以实现信息在图像中的隐藏传输。
本发明的技术解决方案是
本发明一方面公开了一种在承载图像中隐藏信息的方法，包括图像发送端的信息隐藏步骤和图像接收端的信息提取步骤
所述信息隐藏步骤包括
承载图像预处理
I)将所述大小为MXN的承载图像P按行或列以Z字型扫描顺序分为大小为mXn 的互不重叠的图像块Pi，其中，M，N，m，η为偶数，i = 1，2，· · ·，L，L = (MXN)/(mXη)；
2)将所述图像块Pi中每个像素位置坐标的横坐标和纵坐标分别进行模二运算， 如果横坐标和纵坐标的模二运算结果相等，则将该位置坐标的像素归为集合Α，否则将该位置坐标的像素归为集合B ；
3)对于每个所述图像块Pi，将所述集合A中的像素值之和与所述集合B中的像素值之和的差作为该所述图像块Pi的统计量Τχ，并分别计算所有图像块Pi的统计量Τχ，将所得到的统计量中最大值的绝对值作为最大统计绝对值Tmax ；
4)调整每个所述图像块Pi的像素值
若所述图像块的统计量Tx大于等于-Tl且小于等于Tl，则所述图像块的像素值保持不变，其中，Tl为小于Tmax的正整数值；
若所述图像块的统计量Tx大于Tl，则将该所述图像块的集合A中的像素加一个正整数Κ1，集合B中的像素减去一个正整数Κ1，其中，Kl = (Tl+Rl)/(mXn)，其中，Rl为正整数；
若所述图像块的统计量Tx小于-Tl，则将该所述图像块的集合A中的像素减去一个正整数Kl，集合B中的像素加一个正整数Kl ；
依次调整每个所述图像块Pi并分别重新计算得到统计量Ty，完成所述图像预处理步骤；
信息比特隐藏
将待隐藏信息的二进制序列中的O比特值，采用以下过程隐藏到所述预处理后的图像块Pi中
若所述图像块Pi的统计量Ty在范围(-Tl，Tl)内，则保持该图像块的像素值不变；
若所述图像块Pi的统计量Ty大于Tl，则将所述图像块的集合A中的像素加一个正整数K2，并将所述图像块的集合B中的像素减去一个正整数K2 ；
若所述Ty小于-Tl，则将所述图像块的集合A中的像素减去一个正整数K2，并将所述图像块的集合B中的像素加一个正整数K2 ;其中，K2= (T2+R2) / (mXη), T2 = Tmax-TI 为正整数，R2为正整数；
将待隐藏信息的二进制序列中的I比特值，采用以下过程隐藏到所述预处理后的图像块Pi中
若所述图像块Pi的统计量Ty大于所述阈值Tl或小于-Tl，则保持图像块的像素值不变；
若所述图像块Pi的统计量Ty大于等于O且小于等于Tl，则将所述图像块的集合 A中的像素加一个正整数Kl，并将所述集合B中的像素减去一个正整数Kl ；
若所述图像块Pi的统计量Ty大于等于-Tl且小于0，则将所述图像块的集合A中的像素减去一个正整数Kl，并将集合B中的像素加一个正整数Kl ；
信息比特提取
接收承载图像并按步骤I)将接收到的承载图像重新划分为mXn的互不重叠的图像块 Wi, i = 1，2，· · ·，L，L = (MXN)/(mXn)；
根据所述步骤2)获得所述模二运行结果相等时的集合C和所述模二运行结果不等时的集合D ；
根据所述步骤3)获得每个所述图像块Wi的统计量Tz ；
根据所述统计量Tz的分布区间提取O比特值和I比特值；
根据所述提取出的O比特值和I比特值恢复出所述隐藏信息的二进制序列。
进一步的，在上述隐藏信息的方法中，所述隐藏信息为所述承载图像的指标参数， 所述指标参数包括所述承载图像的特征参数和/或峰值信噪比，所述特征参数包括承图像的均值、方差和熵。
本发明另一方面公开了采用上述隐藏信息方法的一种图像质量评价方法，包括以下步骤
将隐藏有所述指标参数的原始图像发送到图像接收端；
在图像接收端提取所述原始图像中隐藏的所述指标参数，并重新计算图像接收端原始图像的指标参数；
利用所述提取的指标参数和所述重新计算的指标参数进行对比，完成在图像接收端对原始图像的评价。
进一步的，在上述图像质量评价方法中，所述隐藏有指标参数的原始图像经过压缩后发送到图像接收端。
本发明还提供了一种利用图像的信息传输方法，所述信息上述隐藏信息方法在图像中进行隐藏和提取。
本发明与现有技术相比具有如下优点
本发明所述在承载图像中隐藏信息的方法根据图像像素值的分布特点，通过对承载图像的预处理和信息比特隐藏步骤可以实现将信息比特向承载图像中隐藏，采用本方法隐藏有信息比特的承载图像的不会对图像的质量产生影响，且克服了现有技术中基于DCT 变换和基于小波变换的信息隐藏等算法隐藏容量较小，随着隐藏容量的增大算法性能下降快的确定。同时也不会因嵌入信息后会造成对承载图像不可逆转的破坏，并保证了在图像接收端承载图像的质量。
本发明所述的图像质量评价方法可以将图像的特征参数隐藏到承载图像中，并在接收端进行提取，从而实现了在接收端利用PSNR等参数对承载图像的质量评价，克服了现有技术中仅能在接收端对图像进行主观质量评价的不足。并节省了在图像收发两端单独传输图像特征参数的额外开销、
同时，本发明所述的利用图像的信息传输方法，还可将信息比特作为待传输的保密信息，将隐藏信息的方法作为对信息比特利用承载图像灰度值的编码，与现有技术的相比，承载图像质量不受影响，且隐藏信息比特后的承载图像抗压缩性能好，并能有效提取出隐藏的信息比特。
图I为本发明流程图2为图像块像素集合划分图3为块大小为8X8的Lena图像的统计量分布；
图4为块大小为8X8的Lena图像统计量移位；
图5为嵌入信息比特后Lena图像统计量分布；
图6为受到一定程度压缩的含密载体图像统计量分布。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
如图I所示为，在承载图像中隐藏信息的方法，包括以下步骤
首先，进行承载图像预处理，该预处理过程具体如下
I).将大小为MXN的承载图像P按行或列以Z字型扫描顺序分为大小为mXn的互不重叠的图像块Pi，其中，M，N，m，η为偶数，i = 1，2，…，L，L = (MXN)/(mXη)；
2).将图像块Pi中每个像素位置坐标的横坐标和纵坐标分别进行模二运算，如果横坐标和纵坐标的模二运算结果相等，则将该位置坐标的的像素归为集合Α，否则将该位置坐标的的像素归为集合B。如图2所示，以8X8的图像块为例。对图像块中的像素进行模二运算后，像素位置标示“ + ”和表示该像素位置的像素分别属于集合A和集合B。
3).将每个图像块Pi的集合A中的像素值之和与集合B中的像素值之和的差作为该图像块Pi的统计量Τχ，统计量Tx可通过下式计算mxn/权利要求
1.一种在承载图像中隐藏信息的方法，包括图像发送端的信息隐藏步骤和图像接收端的信息提取步骤，其特征在于所述信息隐藏步骤包括承载图像预处理1)将所述大小为MXN的承载图像P按行或列以Z字型扫描顺序分为大小为mXn的互不重叠的图像块 Pi，其中，M，N，m，η 为偶数，i = 1,2, . . .，L，L = (MXN)/(mXη)；2)将所述图像块Pi中每个像素位置坐标的横坐标和纵坐标分别进行模二运算，如果横坐标和纵坐标的模二运算结果相等，则将该位置坐标的像素归为集合Α，否则将该位置坐标的像素归为集合B;3)对于每个所述图像块Pi，将所述集合A中的像素值之和与所述集合B中的像素值之和的差作为该所述图像块Pi的统计量Τχ，并分别计算所有图像块Pi的统计量Τχ，将所得到的统计量中最大值的绝对值作为最大统计绝对值Tmax ；4)调整每个所述图像块Pi的像素值若所述图像块的统计量Tx大于等于-Tl且小于等于Tl，则所述图像块的像素值保持不变，其中，Tl为小于Tmax的正整数值；若所述图像块的统计量Tx大于Tl，则将该所述图像块的集合A中的像素加一个正整数 Κ1，集合B中的像素减去一个正整数Κ1，其中，Kl = (T1+R1) / (mXn)，其中，Rl为正整数； 若所述图像块的统计量Tx小于-Tl，则将该所述图像块的集合A中的像素减去一个正整数Kl，集合B中的像素加一个正整数Kl ；依次调整每个所述图像块Pi并分别重新计算得到统计量Ty，完成所述图像预处理步骤；信息比特隐藏将待隐藏信息的二进制序列中的O比特值，采用以下过程隐藏到所述预处理后的图像块Pi中若所述图像块Pi的统计量Ty在范围(_T1，T1)内，则保持该图像块的像素值不变； 若所述图像块Pi的统计量Ty大于Tl，则将所述图像块的集合A中的像素加一个正整数Κ2，并将所述图像块的集合B中的像素减去一个正整数Κ2 ；若所述Ty小于-Tl，则将所述图像块的集合A中的像素减去一个正整数Κ2，并将所述图像块的集合B中的像素加一个正整数Κ2 ;其中，Κ2 = (T2+R2)/(mXn)，T2 = Tmax-Tl为正整数，R2为正整数；将待隐藏信息的二进制序列中的I比特值，采用以下过程隐藏到所述预处理后的图像块Pi中若所述图像块Pi的统计量Ty大于所述阈值Tl或小于-Tl，则保持图像块的像素值不变；若所述图像块Pi的统计量Ty大于等于O且小于等于Tl，则将所述图像块的集合A中的像素加一个正整数Kl，并将所述集合B中的像素减去一个正整数Kl ；若所述图像块Pi的统计量Ty大于等于-Tl且小于0，则将所述图像块的集合A中的像素减去一个正整数Kl，并将集合B中的像素加一个正整数Kl ；信息比特提取接收承载图像并按步骤I)将接收到的承载图像重新划分为mXn的互不重叠的图像块 ffi, i = 1,2, . . . , L, L = (MXN)/(mXη)；根据所述步骤2)获得所述模二运行结果相等时的集合C和所述模二运行结果不等时的集合D ；根据所述步骤3)获得每个所述图像块Wi的统计量Tz ；根据所述统计量Tz的分布区间提取O比特值和I比特值；根据所述提取出的O比特值和I比特值恢复出所述隐藏信息的二进制序列。
2.如权利要求I所述在承载图像中隐藏信息的方法，其特征在于，所述隐藏信息为所述承载图像的指标参数，所述指标参数包括所述承载图像的特征参数和/或峰值信噪比， 所述特征参数包括承载图像的均值、方差和熵。
3.一种采用权利要求2所述的图像质量评价方法，其特征在于包括以下步骤将隐藏有所述指标参数的原始图像发送到图像接收端；在图像接收端提取所述原始图像中隐藏的所述指标参数，并重新计算图像接收端原始图像的指标参数；利用所述提取的指标参数和所述重新计算的指标参数进行对比，完成在图像接收端对原始图像的评价。
4.如权利要求3所述图像质量评价方法，其特征在于所述隐藏有指标参数的原始图像经过压缩后发送到图像接收端。
5.一种利用图像的信息传输方法，其特征在于，所述信息采用权利要求I所述方法在图像中进行隐藏和提取。
全文摘要
本发明公开了一种在承载图像中隐藏信息的方法，包括图像发送端的信息隐藏步骤和图像接收端的信息提取步骤，所述信息隐藏步骤中包括承载图像预处理的步骤；以及利用预处理后的承载图像隐藏信息比特的步骤；所述信息提取步骤采用与信息隐藏步骤相逆的过程实现对信息比特的提取。同时本发明还提供一种采用该隐藏信息方法实现的图像质量评价方法和信息传输方法。采用该方法提高了承载图像中隐藏信息的抗压缩性能，并进一步提高了可隐藏信息的信息量，并实现了对图像质量的客观评价，以及信息的保密传输。
文档编号H04N7/26GK102938841SQ20121050141
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者周诠, 李晓博, 黎军, 张怡, 呼延烺, 李静玲 申请人:西安空间无线电技术研究所