一种视觉自适应JPEG图像隐写方法

一种视觉自适应的JPEG图像隐写方法摘要：针对载密jpeg图像的失真度与嵌入容量的不平衡问题，提出一种针对jpeg图像的视觉自适应隐写方法。

首先利用jpeg图像在dct域中的边缘特征，筛选出人类视觉系统不敏感的8*8分块，然后根据该分块dct域ac系数量化步长的不同，在该ac系数上自适应的嵌入不同数量的秘密信息。

实验结果表明，该方法不仅提高了jpeg图像的嵌入容量，而且有效控制了载密jpeg图像的失真水平，提高了载密jpeg图像的视觉质量。

关键词：信息隐藏 jpeg图像视觉自适应量化系数
隐写技术是信息隐藏的一个重要分支[1]，它借助图像等载体介质进行秘密信息的传输，强调秘密信息的嵌入容量和载体图像的视觉质量等。

目前，国内外相关领域的研究热点是以internet、通信技术等领域广泛应用的jpeg图像为载体的隐写技术。

国内外在jpeg 图像的隐写技术已经有了深入研究[2]—[8]，但均无法在获得较好嵌入量的同时，降低载密图像的失真度，为达到载密jpeg图像的失真度与嵌入容量的最佳平衡，本文提出一种针对jpeg图像的视觉自适应隐写方法。

一、图像的视觉质量影响因素分析
（一）dct域图像的边缘特征
图像的边缘信息是图像的重要结构信息，人眼对之较敏感。

为达到嵌入容量与视觉效果的最佳平衡，本文方法嵌入秘密信息时，对图像边缘保证改动较小或保持不变。

本文采用图像在dct域中各
分块与其4邻域分块的能量误差表示图像的边缘特性。

假设图像分块与其4邻域分块的能量误差表示，则为：
其中为4邻域分块的dc系数的均值，为在dct域中的直流系数dc。

当各相邻分块的dc系数分别取得最大值127和最小值-128是，该分块的最大能量误差[9]为：
由式（1）和式（2）可得图像分块的视觉控制因子：
对于给定的阈值，根据与的大小关系可知是否处在图像边缘区域，进而确定是否在中嵌入秘密信息，以保证嵌入秘密信息后的jpeg图像具有较好的视觉效果。

（二）jpeg图像标准量化步长
jpeg图像的标准量化表表明在dct域中，越大的量化步长，人眼对其对应的dct系数代表的图像信息越不敏感，对其在量化前后可做较大修改。

对绝对值大于1的ac系数，本文根据其对应的量化步长的不同嵌入不同数量的秘密信息，如式（4）表示：其中，和为嵌入秘密信息前后的绝对值大于1的ac系数，是嵌入秘密信息的数量，是取的符号，是嵌入的秘密信息，是对应的标准量化表中的量化步长，量化步长阈值，它是根据jpeg标准量化表确定的，以保证载密jpeg图像具有较好的视觉效果。

二、用于jpeg图像视觉自适应隐写方法
（一）数据隐藏步骤
a）采用des算法对秘密信息加密。

b）将jpeg载体图像熵解码后，对每一个8*8分块执行c）和d）步骤。

c）令，为图像8*8
分块的量化后的第个dct系数，即为的dc系数，由公式（1）（2）（3）计算的的视觉控制因子。

d）对给定的阈值，若，不在中嵌入秘密信息；若，对于中所有满足的ac系数根据公式（4）（5）进行修改嵌入加密后的秘密信息。

e）应用jpeg熵编码，得到载秘jpeg 图像。

（二）数据的盲提取步骤
a）对载密jpeg图像进行熵解码。

b）对任意8*8分块，由于嵌入秘密信息的过程中未改变的dc系数，从而保证了的视觉控制因子在嵌入秘密信息前后保持不变[10]，根据公式（1）（2）（3）计算出的。

c）若，则中没有嵌入秘密信息；若，对中所有满足的ac 系数根据公式（5）得出算得，提取出位秘密信息。

d）对所有8*8分块重复b）和d）两步骤，恢复加密后的秘密信息，再用des算法解密，得到原始秘密信息。

三、实验结果及分析
本文是在512*512的256级灰度的标准jpeg图像上进行的测试图1是原始lena和baboon的jpeg图像，图2是本文方法得到的对应载密jpeg图像（都采用阈值，质量因子为80），其中（c）图的psnr=37.3957 db，嵌入容量为63882bit，（d）图的
psnr=37.4382db，嵌入容量为63753bit。

为与其它算法进行性能比较，均以以512*512、256级灰度、质量因子80的lena图像为实验对象，其中tseng方法的容量因子取0.6，实验结果如表1所示。

比较图1和图2，结合表1中本文方法的psnr可知，经本文方法获得的载密jpeg图像的视觉质量较好，其psnr值介于37db与38db之间，人眼较难察觉秘密信息的存在。

表1表明，与同类方法相比，在取不同阈值的情况下，在获得取几乎相同的psnr值时，本文方法均能取得较高的嵌入容量，均能达到5万bit以上。

因为在嵌入秘密信息时，文本根据ac系数对应的量化步长嵌入不同数量的秘密信息。

嵌入容量与阈值t1相成正比变化，与阈值t2成反比变化。

四、结束语
为实现载密jpeg图像的视觉质量和嵌入容量之间的最佳，本文提出了一种用于jpeg图像的视觉自适应隐写方法。

该方法无需修改jpeg标准量化表，提取秘密信息时也无需原始的载体jpeg图像。

从图像在dct域中的边缘特征和ac系数的量化步长两个角度出发，较好的提高了载密jpeg图像的视觉质量和嵌入容量。

参考文献：
[1]fabien petiteolas a p， ross j anderson， markus g kuhn. information hiding-a survary[j]. proceedings of the ieee，1999，87（7）：1062-1078.
[2]johnson n， jajaodia s. steganalysis of images created using current steganogr- aphy software[c].proc of the 2nd international information hiding workshop.
berlin/heidelberg：spring 1998：273-289.
[3]chang c c，chen t s，chun l z.a steganographic method based upon jpeg and quantization table
modification[j].information science，2002，141（1）：123-138.
[4]tseng h w，chang c c. steganography using
jpeg-compressed images[a].proce- edings of the 4th international conference on computer and information technology[c]，nj，usa：ieee，2004，12-17.
[5]wong p h w，au o c，wong j w c. a data hiding technique in jpeg compressed domain[a]， proceedings of
spie[c].bellingham，wa，usa：spie，2001，309-320.
[6]刘光杰，戴耀伟，孙金生等.用于jpeg图像的高容量信息隐藏算法[j]，信息控制，2007，36（1）：102-107.
[7]王建军，王颖.一种基于k-fibonacci矩阵和jpeg的数据隐藏方法[j].系统工程与电子技术.2006，，28（8）：1252-1257.
[8]白建荣，贾永红，潘鹏.一种修改jpeg图像量化表的信息隐藏方法[j].武汉大学学报：信息科学版，2009，349100：1236-1239.
[9]yang heng-fu， sun xing-ming， sun guang. a
high-capacity image data hiding scheme using adaptive lsb substitution[j]. radioengineering，2009，18（4）：509-516.
基金项目：
该文基金项目资助有：安徽省高校省级自然科学研究项目
（kj2012b138）；阜阳师范学院自然科学科研项目（2010fskj16）
和（2010fskj15）。

作者简介：
刘辉（1979-），男，安徽阜阳人，阜阳师范学院，讲师，硕士，主要研究领域数字图像处理，三维模型数字水印，计算机图形学等。

李林国（1983-），男，山东临沂人，阜阳师范学院，讲师，硕士，主要研究领域数字图像处理，三维模型数字水印等。