一种基于JPEG2000压缩码流进行信息传输的方法

摘要

本发明一种基于JPEG2000压缩码流进行信息传输的方法，该方法可在各种图像不同压缩倍数的压缩数据中嵌入信息，不增加数据量，不改变JPEG2000压缩格式，不影响正常的解压缩。接收端能够恢复信息，也能恢复载体图像。在不增加信道资源的情况下，增加了传输的数据量，提高了数据传输系统的传输效率。本发明可使得压缩域隐藏的信息量与压缩域总数据量之比达到希望的比例如1/16、1/8、1/4、1/2，如压缩4倍则相对于原始数据量的比例为1/64、1/32、1/16、1/8，而且信息数据能正常恢复，载体图像与原始图像之间的峰值信噪比在30dB以上，PSNR损失在1dB到几个dB之内，不影响图像的正常使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像通信的方法，特别涉及一种把信息嵌入在图像中进行 传输的方法，属于通信(如数据通信技术等)领域。

背景技术

当前的社会是个信息的社会，信息的安全问题成了日益迫切的问题，信息 隐藏(数据隐藏)是信息安全的一个重要分支，其利用人类的视觉冗余将秘密 信息嵌入到载体中，从而达到安全传输秘密信息的目的。信息隐藏通常将看作 是一个通信过程，它的输入为待传输的秘密数据，信道中传输的是公开的载体 数据，接收到的则是隐藏有秘密信息的载体数据。

随着科技的发展，图像数据的高效传输以及传输的安全变得越来越重要。 通过信息隐藏(也称数据隐藏)技术可以做到在不改变图像大小的情况下，在 图像中嵌入秘密信息，从而实现秘密信息和图像的传输。另一方面，对于遥感 图像、医学图像和法律图像等，要求在提取秘密信息后载体图像能够尽可能的 恢复。目前，数据压缩方法广泛采用，除了JPEG压缩方法外，还有JPEG2000 压缩方法。JPEG2000压缩方法是最新的国际压缩标准，原始图像经过 JPEG2000数据压缩之后，形成了压缩码流，该压缩码流进行传输，接收端对 该码流进行解压缩，恢复出原始图像，恢复图像与原始图像之间存在着一定的 失真，这种失真只要在允许范围内就可以满足要求。

现有JPEG2000与信息隐藏相结合方面的技术，主要是在隐藏传输之前先 对JPEG2000压缩数据进行部分解压缩，在小波变换系数中进行信息隐藏或采 取其他方法，要么隐藏容量不固定，要么需要的附加信息较多。不需要复杂的 反变换等处理，直接对压缩码流进行处理即可完成信息隐藏，接收端根据接收 到的码流就可以完全进行恢复不再需要其他辅助信息。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种基于JPEG2000 压缩码流进行信息传输的方法，该方法通过JPEG2000压缩域图像数据特点进 行分析，产生隐藏替换的具体位置，然后把待传输信息隐藏在这个压缩域数据 区中，择优进行传输，收端能完全恢复信息，也能按PSNR要求恢复载体图像。

本发明的技术方案：一种基于JPEG2000压缩码流进行信息传输的方法， 步骤如下：

1)把JPEG2000压缩R倍后的码流数据A以每8比特一组形成字节数据， 得到一维数组，字节总长度为L；按字节标记出JPEG2000压缩码流数据A中 的格式数据区F和压缩域数据区D，对压缩码流数据A进行R倍解压缩后得到 图像X；

2)按照K字节的信息隐藏容量，其中K<L，从压缩域数据区D中的L个 数据d(L),d(L-1),d(3),d(2),d(1)中按照等间隔、随机位置取样方法选出 K个数据，得到n种选法S1，S2,…Sn，n≤16；具体选取方法为：从数据区D 最后位置d(1)开始往前排列，从L个数据d(L),d(L-1),d(3),d(2),d(1) 中从后往前选取K个，第一种选法对应数据的最后几个为…d(3),d(2),d(1)，其 它任选；n种选法S1，S2,…Sn对应的比特数为n的以2为底的对数；

3)从上述n种中选取m种排列，m≤n，信息字节长度为K；用待传输K 字节信息进行置乱后的数据，分别替换上述m种选法对应的压缩域数据区的K 个数据字节；对m种选法对应的m种含信息的压缩码流进行R倍解压缩，计 算第一种解压缩后图像与图像X的峰值信噪比PSNR1，如满足规定信噪比门 限要求，则用其位置序列比特值替换压缩码流数据的格式数据区F中空置的4 比特位置，得到含信息压缩数据流；否则继续计算后续每一幅解压缩后图像与 图像X的峰值信噪比PSNR2，...PSNRm，并在m个峰值信噪比中选择最大 的一种，记下序号值p，用p值对应的位置序列比特值替换压缩码流数据的格 式数据区F中空置的4比特位置，得到含信息压缩数据流；

4)对含信息的压缩数据流进行传输；

5)对接收的含信息的压缩数据流进行处理，得到接收端的JPEG2000压 缩数据码流；同时对其解压缩，得到的图像作为恢复的原始图像数据A1；

6)对接收的信息流进行序号值p提取，从事先知道的S1----Sn表中按序 号值p对应的位置进行信息提取，并进行置乱，得到隐藏的信息数据；

7)把序号值p对应位置的信息字节用相邻2个字节的平均值进行替换， 得到原始的JPEG2000压缩码流；同时对其解压缩，得到的图像作为恢复的原 始图像数据A2；

8)对恢复的原始图像数据A1和A2进行合并得到一幅新图像作为最终的 恢复的原始图像数据A3，其中A3＝a＊A1+b＊A2；其中a+b＝1，且a,b为0到1 之间的正实数。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

本发明利用信息隐藏技术将任意数据信息嵌入JPEG2000压缩码流载体中 进行传输，接收端可以从压缩码流载体数据中正确提取搭载的信息，并高质量 恢复原始载体图像。在不改变压缩码流格式和速率的情况下，能在其中传输一 定容量的信息。利用本发明的方法提高了数传系统的利用率，可在任意图像的 JPEG2000压缩码流中进行信息搭载传输。

本发明与目前背景技术相比有下面几点实质性不同及进步：

(1)目前在JPEG2000压缩码流中隐藏信息方法大都是通过解压缩或部 分解压缩得到小波变换后的数据再进行隐藏的方法，而本发明所采提出的方法 无需逆变换至小波域。

(2)目前的JPEG2000压缩码流中隐藏信息方法有的需要隐藏后再压缩， 对原始压缩码流的影响较大，而本发明方法隐藏后数据量不变，无需压缩。

(3)本发明所提出的方法根据JPEG2000压缩标准中格式数据区和压缩 域数据区进行不同的处理，既不影响压缩码流格式，也不影响最终解压恢复图 像的质量。

(4)本发明所提出的方法隐藏数据后传输的数据如果直接解压，恢复图像 质量相对于原图有所降低，起到了“隐藏图像真实质量”的效果，如果事先根据 格式区隐藏的数据进行预处理再进行JPEG2000解压缩，恢复的图像质量就好 得多。

(5)本发明所提出的方法隐藏(搭载)信息的容量可以根据需要做成固定 的，PSNR有不同大小，可以满足不同图像质量要求。

(6)本发明所提出的隐藏(搭载)方法从L个数据中选择N个数据进行 隐藏，排列组合数多，具体隐藏位置是事先约定的，别人难以知晓，因此在隐 藏的同时具有隐藏位置的保密性和防截获性。

(7)本发明技术方案独特，实现复杂度低于目前的常规空域、变换域信息 隐藏方法，实用性大大提高。

(8)本发明所提出的方法隐藏(搭载)信息的容量如果不是太大，还可以 选择1种(不用n种)，执行时间可以大大降低，大约为原来的1/n，这样就可 以大大提高软硬件执行速度。

附图说明

图1为本发明原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

为了验证本文提出的算法的性能，仿真实验中采用了大小为512×512的8 比特灰度图像X用JPEG2000压缩4倍形成的压缩数据流A进行信息传输与 恢复，A的字节数L＝512＊128字节。

信息字节为：K字节，任意数据：仿真中用随机数产生。隐藏容量为K字 节，压缩域相对容量K/(512＊128)，对应原始图像域相对容量K/(512＊512)

如隐藏容量为K＝2048字节，压缩域相对容量2048/(512＊128)＝1/32，对 应原始图像域相对容量K/(512＊512)＝1/128。

一种基于JPEG2000压缩码流进行信息传输的方法，具体步骤如下：

1)把JPEG2000压缩4倍后的码流数据A以每8比特一组形成字节数据， 得到一维数组，字节总长度为L，按字节标记出JPEG2000压缩码流数据A中 的格式数据区F和压缩域数据区D，对码流数据A进行4倍解压缩后得到图像 X，尺寸为512×512，8bit量化；

2)按照K＝2048字节的信息隐藏容量，其中K<L，从压缩域数据区D中 的L个数据d(L),d(L-1),d(3),d(2),d(1)中按照等间隔、随机位置取样方 法选出K＝2048个数据字节，得到n种选法S1，S2,…Sn，n不超过16。特征 在于从数据区D最后位置d(1)开始往前排列，从L个数据d(L),d(L-1),d(3),d (2),d(1)中从后往前选取K个，第一种选法对应数据的最后几个为… d(3),d(2),d(1)，其它任选；

n种选法S1，S2,…Sn对应的比特数为n的以2为底的对数，N＝2，有2 比特，n＝8有3比特，n＝16有4比特从0000到1111；

设第一种为S1，第二种为S2，依次类推。

S1:排列1,对应数据最后几个为…d(3),d(2),d(1)；

S2:排列2,对应数据最后几个为…d(5),d(3),d(1)；

S3排列3,对应数据最后几个为…d(7),d(4),d(1)；

S4:排列4,对应数据最后几个为…d(4),d(2),d(1)；

S5:排列5,对应数据最后几个为…d(5),d(2),d(1)；

S6:排列6,对应数据最后几个为…d(10),d(2),d(1)；

S7-S16:，依次类推，从d(1)开始选取K个数据字节；

3)从上述n种中选取m种排列，m≤n，信息字节长度为K；用待传输K 字节信息进行置乱后的数据，分别替换上述m种选法对应的压缩域数据区的K 个数据字节；对m种选法对应的m种含信息的压缩码流进行R倍解压缩，计 算第一种解压缩后图像与图像X的峰值信噪比PSNR1，如满足规定信噪比门 限要求，则用其位置序列比特值替换压缩码流数据的格式数据区F中空置的4 比特位置，得到含信息压缩数据流；否则继续计算后续每一幅解压缩后图像与 图像X的峰值信噪比PSNR2，...PSNRm，并在m个峰值信噪比中选择最大 的一种，记下序号值p，用p值对应的位置序列比特值替换压缩码流数据的格 式数据区F中空置的4比特位置，得到含信息压缩数据流。其中m＝8,首位为 0,8可以表示为0111；m＝1时，只取1中；

4)对含信息的压缩数据流进行传输；

5)对接收的含信息的压缩数据流进行处理，得到接收端的JPEG2000压 缩数据码流；同时对其解压缩，得到的图像作为恢复的原始图像数据A1；

6)对接收的信息流进行序号值p提取，从事先知道的S1--S16表中按序 号值p对应的位置进行信息提取，并进行置乱，得到隐藏的信息数据；

7)把序号值p对应位置的信息字节d(t)用相邻2个字节d(t-1)、d(t+1)的 平均值进行替换，得到原始的JPEG2000压缩码流。同时对其解压缩，得到的 图像作为恢复的原始图像数据A2；

8)对恢复的原始图像数据A1和A2进行合并得到一幅新图像作为最终恢 复的原始图像数据A3，其中A3＝a＊A1+b＊A2,a+b＝1,a,b为0到1之间的正实数。

实际中如果只需要1幅图像A1,取a＝1,b＝0；也可取a＝b＝1/2,a＝3/4,b＝1/4 等，改变a,b取值可以调整图像视觉质量，满足不同的需要；

本发明可使得压缩域隐藏的信息量与压缩域总数据量之比达到希望的比例 如1/128、1/64、1/32、1/16、1/8、1/4、1/2，如压缩4倍则相对于原始数据 量的比例为1/512、1/256、1/128、1/64、1/32、1/16、1/8，而且信息数据能 正常恢复，载体图像与原始图像之间的峰值信噪比在30dB以上，PSNR损失 在1dB到几个dB之内，不影响图像的正常使用。

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。