一種基于圖像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法?；趫D像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法根據(jù)載體圖像分塊的特征將載體圖像分類，將要傳輸?shù)男畔⒎殖刹煌L度的組并嵌入到不同的分類中，不同分類的圖像塊采用不同的子圖像分隔方法來嵌入不同的容量，可實現(xiàn)大容量、抗壓縮和高恢復(fù)質(zhì)量的衛(wèi)星數(shù)據(jù)隱藏傳輸?；趫D像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括衛(wèi)星信息分組器、載體圖像分類器、多信息隱藏器、衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)送器、地面數(shù)據(jù)接收器以及地面隱藏信息提取器。通過多信息隱藏器來實現(xiàn)信息的隱藏，在不增加傳輸速率的情況下提高了衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)男室约鞍踩浴?br> 【專利說明】一種基于圖像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像通信的方法，特別涉及一種基于圖像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳 輸方法，屬于通信（如數(shù)據(jù)通信技術(shù)等）領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，人們對衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笤絹碓酱?，利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸系 統(tǒng)傳輸更多的數(shù)據(jù)是人們追求的目標(biāo)。如果把衛(wèi)星數(shù)據(jù)（秘密信息）隱藏在衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)中（主要是圖像數(shù)據(jù)）進(jìn)行傳輸，就能在不增加傳輸速率（或不增加傳輸數(shù)據(jù)量）的 情況下提高衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩约懊孛苄畔⒌膫鬏斮|(zhì)量。
[0003] 目前，國際上衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)隱藏方法與系統(tǒng)，問題如下：
[0004] 1)能抗壓縮的典型隱藏方法隱藏容量相對較小，如對512*512圖像，文獻(xiàn)[1] (Mohsen Zareian, Hamid Reza Tohidypour, Robust quantization index modulation based approach for image watermarking, IET Image Process. , 2013, 7(5):432-441.) 隱藏容量僅為128bit (相對容量為1/16384)、256bit (相對容量為1/8192)，文 獻(xiàn)[2](Chuan Qin, Chin-Chen Chang, Yi~Ping Chiu:A Novel Joint Data-Hiding and Compression Scheme Based on SMVQ and Image Inpainting.IEEE Transactions on Image Processing, 2014, 23 (3) : 969-978.)的隱藏容量最大不超過14000bit (相對容量為 1/150)；
[0005] 2)目前抗壓縮的信息隱藏方法圖像的恢復(fù)質(zhì)量最高為30dB左右，抗壓縮信息隱 藏方法載體圖像恢復(fù)質(zhì)量有待進(jìn)一步提高。
[0006] 3)目前的隱藏的方法沒有分塊或者分塊后也并沒有區(qū)分圖像各個分塊的特征，也 沒有提出合適的分類參數(shù)來針對不同的塊隱藏相對的容量，導(dǎo)致抗壓縮性能和圖像恢復(fù)質(zhì) 量不好，需要根據(jù)圖像各區(qū)域的特點采取更適合的隱藏方法，提高抗壓縮能力和圖像恢復(fù) 質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于圖像信息隱藏的 衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法，解決當(dāng)前信息隱藏方法的容量相對較低、且含密圖像質(zhì)量相對較差的 問題，在保證秘密信息準(zhǔn)確傳輸?shù)耐瑫r不影響整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的使用質(zhì)量。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于圖像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法，步驟如下：
[0009] 1)將載體圖像A劃分為同樣大小的η個圖像塊，依次標(biāo)記為A1，A2，"^An ;分別 計算Α1，Α2, "·，Αη個圖像塊的分類參數(shù)值G1，G2, "·，6η;并按分類參數(shù)值從小到大排列， 排序號依次記為S1，S2,…，Sn，其中η為正整數(shù)；所述的第i個圖像塊的分類參數(shù)值Gi計 算方法如下：
[0010] Gi = Di/ (mi+1)
[0011] 其中，Di為第i個圖像塊的標(biāo)準(zhǔn)差，mi為第i個圖像塊的均值；
[0012] 2)將待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)劃分為η個組，依次標(biāo)記為bl，b2，···，bn;其中，每個組的 長度依次為kl，k2，…，kn ;當(dāng)且僅當(dāng)G1 = G2 =…=Gn時，有kl = k2 =…=kn ;
[0013] 3)將η個待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)組的長度kl，k2，…，kn分別嵌入到對應(yīng)的子圖像塊 S1，S2, "^Sn中預(yù)設(shè)的保留位中，得到圖像塊B1，B2,…，Bn;所述預(yù)設(shè)的保留位位于子圖 像塊像素的四周邊緣位置；
[0014] 4)將bl，b2, "^bn按照基于子圖像的隱藏方法嵌入到對應(yīng)的圖像塊B1，B2,…， Bn，得到含密圖像塊C1，C2，···，&!;
[0015] 5)含密圖像塊Cl，C2，…，Cn進(jìn)行格式編排后合成一路數(shù)據(jù)并發(fā)送至接收端；
[0016] 6)接收端從收到的含密圖像塊C1，C2, ···，〇!中的預(yù)設(shè)的保留位中提取出排序號， 并按照信息隱藏的逆過程提取出衛(wèi)星數(shù)據(jù)分組bl，b2,…，bn ;
[0017] 7)利用含密圖像塊Ci周圍的其它子圖像塊像素預(yù)測并恢復(fù)出每一個含密子圖 像,從而恢復(fù)出載體圖像A。
[0018] 步驟3)將η個待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)組的長度kl，k2, ···，!〇!分別嵌入到對應(yīng)的子圖像 塊Sl，S2,…，Sn中預(yù)設(shè)的保留位中的具體方法為：將分組長度ki轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼流，當(dāng) ki的某位為0時，將該位對應(yīng)的預(yù)設(shè)保留位的像素值設(shè)置為64,當(dāng)ki的某位為1時，將該 位對應(yīng)的預(yù)設(shè)保留位的像素值設(shè)置為192。
[0019] 步驟4)中將bl，b2，…，^按照基于子圖像的隱藏方法嵌入到對應(yīng)的圖像塊B1， B2,…，Bn的具體方法如下：將圖像塊Bi分為N個子圖像，選其中一個子圖像作為載體子 圖像，將待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)bi轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼流后，以R比特為一組，替換載體子圖像中像素 的高R位，即Q至R-1位，形成含密圖像塊；其中Q為最高位；
[0020] 所述子圖像個數(shù)N的選取方法為：首先設(shè)置初始N為2,計算各個子圖像之間的絕 對差之和E，如果最小的絕對差之和E小于等于門限T，則N取2 ;否則N = 2*N，并重新計算 各個子圖像之間的絕對差之和E，直到滿足絕對差之和E小于等于門限T或者N達(dá)到圖像塊 Bi的大?。?br> [0021] 所述載體子圖像的選取方法為：在確定N以后，選擇絕對差之和E最小的一對子圖 像的后者作為載體子圖像。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0023] (1)本發(fā)明給出了利用分類參數(shù)值判斷嵌入?yún)^(qū)域平坦程度的思想，本發(fā)明采用分 塊方差和分塊均值加一的比值最為分類參數(shù)值，分塊均值代表了圖像分塊的基準(zhǔn)，分塊方 差代表了偏離程度，為判斷圖像塊是否適合嵌入給出了衡量的標(biāo)準(zhǔn)；
[0024] (2)本發(fā)明將信息隱藏在圖像分塊的子圖像中，通過子圖像之間的絕對差之和來 選擇分割子圖像的個數(shù)和選擇載體子圖像，保證了抗壓縮性能的基礎(chǔ)上大大提高了信息隱 藏的容量，同時保證了載體的恢復(fù)質(zhì)量；
[0025] (3)本發(fā)明給出了圖像塊劃分進(jìn)行嵌入的思想，在隱藏根據(jù)每個塊分類參數(shù)的不 同而隱藏不同長度的秘密信息，在嵌入時考慮到不同嵌入圖像子塊之間的特征不同而給出 了分類參數(shù)的不同排序，對信息進(jìn)行了不等長度的分組排列，避免了一般信息隱藏方法中 未考慮各圖像塊特征之間的差異而進(jìn)行等量嵌入的缺點，提高了抗壓縮能力，進(jìn)而提高了 隱秘傳輸?shù)聂敯粜裕?br> [0026] (4)本發(fā)明綜合采用了子圖像高位替換的嵌入方法以及預(yù)測的方法恢復(fù)載體圖 像，保證了抗壓縮性能，進(jìn)一步提高了恢復(fù)的載體圖像質(zhì)量；
[0027] (5)本發(fā)明給出了一種多次嵌入的思路，將重要信息嵌入到保留位，秘密信息嵌入 到非保留位，從而將兩種信息區(qū)分起到重點保障重要信息的作用；
[0028] (6)本發(fā)明的較其他的魯棒算法，具有復(fù)雜度低、易于硬件實現(xiàn)等優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0030] 圖2為標(biāo)準(zhǔn)測試圖像Lena原始圖像；
[0031] 圖3為壓縮2倍攻擊下Lena恢復(fù)圖像；
[0032] 圖4為壓縮4倍攻擊下Lena恢復(fù)圖像；
[0033] 圖5為壓縮8倍攻擊下Lena恢復(fù)圖像；
[0034] 圖6為標(biāo)準(zhǔn)測試圖像Airplane原始圖像；
[0035] 圖7為壓縮2倍攻擊下Airplane恢復(fù)圖像；
[0036] 圖8為壓縮4倍攻擊下Airplane恢復(fù)圖像；
[0037] 圖9為壓縮8倍攻擊下Airplane恢復(fù)圖像。

【具體實施方式】
[0038] 下面就結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0039] 如圖1所示為本發(fā)明方法流程圖，具體實現(xiàn)步驟如下：
[0040] 1)將載體圖像A劃分為同樣大小的η個圖像塊，依次標(biāo)記為A1，A2，"^An ;分別 計算Α1，Α2, "·，Αη個圖像塊的分類參數(shù)值G1，G2, "·，6η;并按分類參數(shù)值從小到大排列， 排序號依次記為S1，S2,…，Sn，其中η為正整數(shù)；所述的第i個圖像塊的分類參數(shù)值Gi計 算方法如下：
[0041] Gi = Di/ (mi+1)
[0042] 其中，Di為第i個圖像塊的標(biāo)準(zhǔn)差，mi為第i個圖像塊的均值；
[0043] 2)將待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)劃分為η個組，依次標(biāo)記為bl，b2，…，bn;其中，每個組的 長度依次為kl，k2，…，kn ;當(dāng)且僅當(dāng)GI = G2 =…=Gn時，有kl = k2 =…=kn ;
[0044] 3)將η個待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)組的長度kl，k2，…，kn分別嵌入到對應(yīng)的子圖像塊 S1，S2, "^Sn中預(yù)設(shè)的保留位中，得到圖像塊B1，B2,…，Bn;所述預(yù)設(shè)的保留位位于子圖 像塊像素的四周邊緣位置；具體步驟為：將分組長度ki轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼流，當(dāng)ki的某位為 〇時，將該位對應(yīng)的預(yù)設(shè)保留位的像素值設(shè)置為64,當(dāng)ki的某位為1時，將該位對應(yīng)的預(yù)設(shè) 保留位的像素值設(shè)置為192 ;
[0045] 4)將bl，b2, "·，?3η按照基于子圖像的隱藏方法嵌入到對應(yīng)的圖像塊B1，B2,…， Bn，得到含密圖像塊C1，C2, ···，〇!;具體步驟為：將圖像塊Bi分為N個子圖像，選其中一個 子圖像作為載體子圖像，將待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)bi轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼流后，以R比特為一組，替換 載體子圖像中像素的高R位，即Q至R-1位，形成含密圖像塊；其中Q為最高位；
[0046] 所述子圖像個數(shù)N的選取方法為：首先設(shè)置初始N為2,計算各個子圖像之間的絕 對差之和E，如果最小的絕對差之和E小于等于門限T，則N取2 ;否則N = 2*N，并重新計算 各個子圖像之間的絕對差之和E，直到滿足絕對差之和E小于等于門限T或者N達(dá)到圖像塊 Bi的大小；
[0047] 所述載體子圖像的選取方法為：在確定N以后，選擇絕對差之和E最小的一對子圖 像的后者作為載體子圖像；
[0048] 5)含密圖像塊Cl，C2,…，Cn進(jìn)行格式編排后合成一路數(shù)據(jù)并發(fā)送至接收端；
[0049] 6)接收端從收到的含密圖像塊C1，C2, ···，〇!中的預(yù)設(shè)的保留位中提取出排序號， 并按照信息隱藏的逆過程提取出衛(wèi)星數(shù)據(jù)分組bl，b2,…，bn ;
[0050] 7)利用含密圖像塊Ci周圍的其它子圖像塊像素預(yù)測并恢復(fù)出每一個含密子圖 像,從而恢復(fù)出載體圖像A。
[0051] 實施例
[0052] 為了驗證本文提出的算法的性能，實驗采用了多幅大小為512X512的8比特灰度 圖像進(jìn)行了仿真，分塊大小為32,這里僅給出本發(fā)明仿真用測試圖像，隱藏秘密信息后載體 圖像的改變程度用峰值信嗓比（PSNR)來表示，峰值信嗓比（PSNR)均可達(dá)30dB以上。
[0053] 如圖2-圖5所示，標(biāo)準(zhǔn)測試圖像Lena的測試結(jié)果如下：
[0054] JPEG2000壓縮2倍攻擊的情況下，載體恢復(fù)質(zhì)量PSNR為42. 16dB，隱藏容量為 98304bits，嵌入率為21. 33分之一。
[0055] JPEG2000壓縮4倍攻擊的情況下，載體恢復(fù)質(zhì)量PSNR為37. 17dB，隱藏容量為 73728bits，嵌入率為28. 44分之一。
[0056] JPEG2000壓縮8倍攻擊的情況下，載體恢復(fù)質(zhì)量PSNR為31. 20dB，隱藏容量為 49152bits，嵌入率為42. 67分之一。
[0057] 如圖6-圖9所示，標(biāo)準(zhǔn)測試圖像Airplane的測試結(jié)果如下：
[0058] JPEG2000壓縮2倍攻擊的情況下，載體恢復(fù)質(zhì)量PSNR為39. 58dB，隱藏容量為 99840bits，嵌入率為21. 01分之一。
[0059] JPEG2000壓縮4倍攻擊的情況下，載體恢復(fù)質(zhì)量PSNR為36. 23dB，隱藏容量為 74880bits，嵌入率為28. 01分之一。
[0060] JPEG2000壓縮8倍攻擊的情況下，載體恢復(fù)質(zhì)量PSNR為30. 54dB，隱藏容量為 49920bits，嵌入率為42. 01分之一。
[0061] 本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于圖像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于步驟如下： 1) 將載體圖像A劃分為同樣大小的η個圖像塊，依次標(biāo)記為A1，A2,…，An;分別計算 Α1，Α2，"·，Αη個圖像塊的分類參數(shù)值G1，G2，"·，6η ;并按分類參數(shù)值從小到大排列，排序 號依次記為S1，S2,…，Sn，其中η為正整數(shù)；所述的第i個圖像塊的分類參數(shù)值Gi計算方 法如下： Gi = Di/ (mi+1) 其中，Di為第i個圖像塊的標(biāo)準(zhǔn)差，mi為第i個圖像塊的均值； 2) 將待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)劃分為η個組，依次標(biāo)記為bl，b2,…，bn ;其中，每個組的長度 依次為kl，k2,…，kn ;當(dāng)且僅當(dāng)GI = G2 =…=Gn時，有kl = k2 =…=kn ; 3) 將η個待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)組的長度kl，k2,…，kn分別嵌入到對應(yīng)的子圖像塊Sl， S2, "^Sn中預(yù)設(shè)的保留位中，得到圖像塊Β1，Β2, "·，Βη;所述預(yù)設(shè)的保留位位于子圖像 塊像素的四周邊緣位置； 4) 將bl，b2，"·，?3η按照基于子圖像的隱藏方法嵌入到對應(yīng)的圖像塊Β1，Β2，…，Βη， 得到含密圖像塊Cl，C2，…，Cn ; 5) 含密圖像塊Cl，C2，…，Cn進(jìn)行格式編排后合成一路數(shù)據(jù)并發(fā)送至接收端； 6) 接收端從收到的含密圖像塊Cl，C2，…，Cn中的預(yù)設(shè)的保留位中提取出排序號，并 按照信息隱藏的逆過程提取出衛(wèi)星數(shù)據(jù)分組bl，b2,…，bn ; 7) 利用含密圖像塊Ci周圍的其它子圖像塊像素預(yù)測并恢復(fù)出每一個含密子圖像，從 而恢復(fù)出載體圖像A。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于： 步驟3)將η個待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)組的長度kl，k2,…，kn分別嵌入到對應(yīng)的子圖像塊S1， S2, 一Αη中預(yù)設(shè)的保留位中的具體方法為：將分組長度ki轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼流，當(dāng)ki的某 位為0時，將該位對應(yīng)的預(yù)設(shè)保留位的像素值設(shè)置為64,當(dāng)ki的某位為1時，將該位對應(yīng)的 預(yù)設(shè)保留位的像素值設(shè)置為192。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像信息隱藏的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于： 步驟4)中將bl，b2，"^bn按照基于子圖像的隱藏方法嵌入到對應(yīng)的圖像塊B1，B2，…， Bn的具體方法如下：將圖像塊Bi分為N個子圖像，選其中一個子圖像作為載體子圖像，將 待傳輸衛(wèi)星數(shù)據(jù)bi轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼流后，以R比特為一組，替換載體子圖像中像素的高R 位，即Q至R-1位，形成含密圖像塊；其中Q為最高位； 所述子圖像個數(shù)N的選取方法為：首先設(shè)置初始N為2,計算各個子圖像之間的絕對差 之和E，如果最小的絕對差之和E小于等于門限T，則N取2 ;否則N = 2*N，并重新計算各個 子圖像之間的絕對差之和E，直到滿足絕對差之和E小于等于門限T或者N達(dá)到圖像塊Bi 的大小； 所述載體子圖像的選取方法為：在確定N以后，選擇絕對差之和E最小的一對子圖像的 后者作為載體子圖像。
【文檔編號】H04N19/46GK104065967SQ201410240164
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】周詮, 黎軍, 張怡, 呼延烺, 李靜玲, 崔濤, 魏佳圓, 梁薇 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所