可逆信息隐藏编码方法研究

摘要

信息隐藏是一种将用户数据嵌入媒体中的技术，大量应用于隐秘通信、版权保护等领域。可逆信息隐藏是一种特殊的信息隐藏技术，接收者不仅要求能够提取出嵌入的数据，而且要求能够恢复原始载体媒体，这项技术在医学图像管理、媒体自认证等领域拥有广泛的应用。
　　 可逆信息隐藏在过去十年间一直是研究热点，研究者针对数字图像、音频、视频等各种媒体开发了可逆隐藏算法。绝大多数算法是针对具体的媒体数据形式提出的，很少有研究者关注针对通用载体模型的可逆隐藏编码。针对这种情况，本文从信息论的角度出发，对可逆信息隐藏的载体模型和编码方法展开研究，并利用提出的编码改进现有针对特定载体的算法。
　　 本文的主要内容和创新点包括:
　　 1.首先，通过分析率失真函数，推断出应该将信息嵌在值为0的载体码元上;然后，发现基于全零载体的嵌入编码可以看作针对信息序列的解压缩编码，基于这种观点，在Kalker等人工作的基础上提出一种改进的递归编码，该编码将载体序列分块，利用熵编码的解码算法在全零载体上嵌入信息，利用熵编码算法生成载体重构信息。理论分析表明，只要采用的熵编码的性能达到熵，在载体序列足够长的情况下，该编码的性能就可以达到可逆隐藏的率失真界。利用这种编码，可以改进一大类基于二元载体模型的可逆隐藏算法，大幅提升这类算法的性能。
　　 2.提出了一种符合JPEG图像特性的三元模型，并证明了该模型下可逆隐藏的率失真函数。通过研究JPEG图像的数据特性，推断出中频DCT系数是最适合嵌入信息的位置;通过分析中频系数的统计特性，抽象出一种特殊的三元载体模型，针对JPEG图像可逆隐藏的研究可以转为针对该三元载体可逆隐藏的研究。然后，利用拉格朗日乘数法证明了三元可逆隐藏模型的率失真函数。
　　 3.针对三元载体模型，提出了最优可逆隐藏编码。基于递归编码和熵编码，构造出一种三元可逆隐藏编码，该编码在渐进意义上是最优的:如果采用的熵编码的性能达到熵、载体足够长，该编码的性能就可以达到率失真界。基于该编码的JPEG图像可逆隐藏算法在图像质量、码率扩张、运行时间等方面取得了很好的平衡，与以前的算法相比具有明显的优势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 信息隐藏技术

1．3 可逆信息隐藏技术

1．3．1 可逆信息隐藏的应用

1．3．2 可逆信息隐藏技术的分类

1．3．3 可逆信息隐藏算法

1．4 研究内容与论文体系结构

第2章 背景知识

2．1 可逆信息隐藏模型

2．2 递归编码构造

2．3 直方图平移算法

2．4 本章小结

第3章 最优二元可逆隐藏编码研究

3．1 改进的二元递归编码

3．1．1 改进的反游程编码

3．1．2 改进的递归编码

3．2 最优二元可逆隐藏编码

3．2．1 信息嵌入

3．2．2 信息提取和载体恢复

3．2．3 最优性证明

3．2．4 参数传递

3．3 最优二元可逆隐藏编码的应用

3．3．1 改进RS算法

3．3．2 改进PS算法

3．3．3 改进基于插值残差的直方图平移算法

3．4 本章小结

第4章 最优三元可逆隐藏编码研究

4．1 引言

4．2 三元可逆隐藏模型

4．2．1 三元可逆模型

4．2．2 率失真界

4．3 最优三元可逆隐藏编码

4．3．1 针对三元可逆信息隐藏的递归编码构造

4．3．2 最优性证明

4．3．3 参数传递

4．3．4 算法框图

4．4 基于三元最优编码的JPEG图像可逆隐藏算法

4．4．1 基于最优三元编码的JPEG图像可逆隐藏算法

4．4．2 实验结果

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果