基于進制轉(zhuǎn)換的DCT域信息隱藏算法*

張朵朵 梁 猛

（西安郵電大學電子工程學院 西安 710061）

1 引言

提高信息隱藏容量［1～2］有助于較大容量信息的隱式傳輸，其中圖像信息隱藏技術(shù)的容量提升是信息隱藏研究的熱點。目前提升隱藏容量的算法主要是基于變換域方法［3～4］，二值圖像是一類比較特殊的圖像類型，由于其占用的空間較少，它在承載信息中占有著重要的地位，被廣泛地應(yīng)用于文字識別、條碼、文檔、數(shù)據(jù)傳真等，因此，將二值圖像作為秘密圖像，對其進行容量的提升，具有很現(xiàn)實的意義［5］。本章提出基于進制轉(zhuǎn)換［6～7］的信息隱藏算法，將二值信息進行進制轉(zhuǎn)換，相當于對信息進行壓縮，有效提升了隱藏信息的容量。

2 進制轉(zhuǎn)換與隱藏原理

基于目前比較常見的基于離散余弦變換的信息隱藏［8～9］，基本都是每個DCT分塊中僅隱藏1bit秘密信息，且較為常見的秘密信息皆為二進制信息，即0和1。雖然嵌入數(shù)據(jù)容量較少可以有較好的視覺效果，隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。對二進制數(shù)據(jù)進行進壓縮，壓縮之后每個數(shù)據(jù)就可以攜帶多個二進制信息，本章二進制壓縮為四進制數(shù)據(jù)進行嵌入實驗，此時容量有了大幅度的提升，與圖像的壓縮不同，進制轉(zhuǎn)換對數(shù)據(jù)的整合幅度小，在提升隱藏容量的基礎(chǔ)上更容易對數(shù)據(jù)進行處理。

對二值秘密圖像隱藏前進行預處理，將二值信息進行數(shù)據(jù)壓縮，壓縮原理如圖1所示。

圖1 四進制轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)壓縮算法是在DCT系數(shù)分塊的基礎(chǔ)上進行信息的隱藏，如圖2所示，將載體圖像進行分塊處理，為一個系數(shù)分塊，每一格代表一個DCT系數(shù)。隱藏規(guī)則如表1所示。

通過設(shè)定不同的數(shù)學關(guān)系，將壓縮后的秘密信息隱藏到載體圖像中。

3 基于分塊重疊復用的信息隱藏算法

3.1 秘密信息嵌入算法

為了使該算法更具有一般性，本文采取灰度圖像作為載體圖像（M*N），秘密信息采用二值圖像（m*n）。

1）預處理：（1）對載體圖像進行4*4分塊處理，然后對每塊分別做DCT變化，選取變化后系數(shù)矩陣的直流系數(shù)按照Z字形排列成新的矩陣P。（2）將二值秘密信息進行進制轉(zhuǎn)換。

2）信息隱藏：選取每個分塊中的p（2，2），p（2，3）作為參考點。為了提高算法的魯棒性，減小系數(shù)的改變幅度，本文設(shè)置一個閾值A(chǔ)（A>0）。以嵌入信息為0和2為例：

（1）若需要隱藏信息為0時：則判斷p（2，2），p（2，3）與0的大小關(guān)系：

若p（2，2）>0且p（2，3）>0，則直接嵌入秘密信息；

若-A

則令：

p（2，2）=p（2，2）*（-1）；

p（2，3）=p（2，3）*（-1）；

若p（2，2）<-A或p（2，2）=0、p（2，3）<-A或p（2，3）=0時

令p（2，2）=1；p（2，3）=1。

（2）若需要隱藏信息為2時：則判斷p（2，2），p（2，3）與0的大小關(guān)系：

若p（2，2）<0且p（2，3）>0，則直接嵌入秘密信息；

若0

p（2，2）=p（2，2）*（-1）；

p（2，3）=p（2，3）*（-1）；

若p（2，2）>A或p（2，2）=0、p（2，3）<-A或p（2，3）=0時

令p（2，2）=-1；p（2，3）=1。

3）對隱藏了秘密信息的載體圖像做離散余弦逆變換，生成載密圖像。

3.2 秘密信息嵌入算法

秘密信息提取算法是嵌入算法的逆過程，具體算法描述如下：

1）將嵌入秘信息的載密圖像進行4*4分塊，對每個分塊做一次DCT變換。

2）根據(jù)隱藏時的規(guī)則進行秘密信息提取，判斷每個分塊中p（2，2），p（2，3）與0之間的關(guān)系；

（1）若p（2，2）>0且p（2，3）>0，則提取的秘密信息為0；

（2）若p（2，2）>0且p（2，3）<0，則提取的秘密信息為1；

（3）若p（2，2）<0且p（2，3）>0，則提取的秘密信息為2；

（4）若p（2，2）<0且p（2，3）<0，則提取的秘密信息為3。

3）將提取出來的秘密信息信息按之前進制轉(zhuǎn)換規(guī)則進行復原，得到二值的秘密信息。

4 實驗結(jié)果分析

實驗中，本節(jié)采用如下圖所示的圖像作為載體圖像，大小為512×512；采用的秘密圖像圖3所示，為一幅大小為128×128的二值圖像。

通過實驗，獲得載密圖像如圖3（a）、（b）所示。對載密信息進行信息恢復，獲得秘密圖像如圖3（c）、（b）所示，可以看出，該算法可以準確恢復出秘密信息，與傳統(tǒng)隱藏算法相比較，隱藏的容量得到明顯提升。

圖3 實驗結(jié)果

采用峰值信噪比［10］（PSNR）和歸一化相關(guān)系數(shù)［11］（NC）對算法性能進行評價。對載體與載密圖像進行實驗，峰值信噪比為37.9681，歸一化系數(shù)為0.9997，可以看出，該算法在提升容量的基礎(chǔ)上具有良好的性能。

5 結(jié)語

通過對秘密信息進行多進制轉(zhuǎn)換提升信息隱藏的容量，通過實驗中圖像進行驗證，結(jié)果表明，原始圖像可以嵌入32 768bit秘密信息，隱藏容量有了明顯的提高?？梢钥闯?，該算法在提升容量的基礎(chǔ)上具有良好的性能。