【文章內(nèi)容簡介】 換量化 分層編碼將分層編碼隱藏到前景圖像數(shù)據(jù)中實現(xiàn)圖像信息隱藏提取隱藏圖像的分層編碼恢復重要系數(shù)反量化逆 DCT 變換隱藏圖像顯示基于 DCT 變換的圖像信息隱藏技術第 10 頁 共 31 頁DCT 變換過程中的運算效率高很多，對分割后的每個圖像子塊按 DCT 正變換進行變換，得到每一個 8*8 分塊數(shù)據(jù)的 DCT 系數(shù)矩陣；② 在對圖像像素進行 8*8 的分塊 DCT 變換后，再進行灰度值的量化，對低頻能量采取較小步長的處理，對高頻能量采取較長步長的處理，從而達到能量集中的目的。量化處理后將系數(shù)從新放回大的數(shù)據(jù)矩陣中；③ 考慮到數(shù)據(jù)量較大，所以對量化后系數(shù)分塊，取每 8*8 塊的前 8 個系數(shù)進行分層編碼，每個系數(shù)化為 7 位的二進制，每 8 位的首位為符號位；④ 經(jīng)過 DCT 變換、量化、并且分層編碼后得到需要隱藏信息的圖像的二進制序列后，嵌入到前景圖像的低位中，用顯示程序即可得到嵌入了隱藏信息的前景圖像；⑤ 需要提取隱藏圖像時，只要取隱藏位，進行反編碼、反量化，再進行逆 DCT 變換即可得到隱藏圖像的信息。：各個模塊功能的實現(xiàn)以及它們的部分說明3．：圖像的顯示　　本設計中無論是隱藏圖像還是前景載體圖像都是采用 265*256 的 raw 格式圖像。先用 OpenImageFile 函數(shù)打開圖片；再用 ReadImage 函數(shù)讀取圖片信息，裝在一個一維數(shù)組中，方便后面步驟的處理；圖像的顯示用 ShowImage 函數(shù)來實現(xiàn)。圖像顯示流程：打開圖像 讀取圖像數(shù)據(jù) 顯示圖像圖 6 圖像顯示藏流程圖過程詳解及結(jié)果：（1）打開圖像：實現(xiàn)功能：打開當前工程目錄，選擇目標文件（2）讀取圖像數(shù)據(jù)：實現(xiàn)功能：讀取所選擇的目標圖像數(shù)據(jù)基于 DCT 變換的圖像信息隱藏技術第 11 頁 共 31 頁（3）顯示圖像：首先，申請句柄資源，取得畫刷設備。再調(diào)用顯示圖像函數(shù) showimage. 實現(xiàn)功能：通過圖像讀取，創(chuàng)建畫刷，在窗口指定區(qū)域顯示圖像3．：圖像的分塊 DCT 變換　　由于 DCT 變換的運算量比較大,在進行信息隱藏之前應該需要處理的每一幅 RAW 格式圖像數(shù)據(jù)分割成 8*8 的小塊,然后分別對每個 8*8 分塊矩陣做 DCT 變換處理?！　”境绦蛑校蜷_的圖像信息原來裝在 image[256*256]的一維數(shù)組中，為方便后面的處理，先將圖像放到 AAA[256][256]的二維數(shù)組中?！　”驹O計采用大小為 8*8 的 DCT 變換系數(shù)矩陣 coff、及其轉(zhuǎn)置矩陣 doff 與圖像據(jù)的分塊矩陣 g(i,k)相乘，從而達到 DCT 變換的目的,得到 DCT 正交變換結(jié)果 G（m,n)。　　8*8 DCT 變換矩陣[A]如下：?? ????????? 136369413 4.. 278 0901940109 ... 6563A 表 把分割成 88 的每一個圖像子塊進行根據(jù)下面公式進行 DCT 正變換的：DCT 正變換為： ????TAkignmG),(),(? ()逆 DCT 變換為： ?nkigT ()block 為原始圖像數(shù)據(jù)，q 為 DCT 變換后數(shù)據(jù):原數(shù)據(jù)矩陣：B00 B01 B02 B03 B04 B05 B06 B07B08 B09 B10 B11 B12 B13 B14 B15B16 B17 B18 B19 B20 B21 B22 B23B24 B25 B26 B27 B28 B29 B30 B31基于 DCT 變換的圖像信息隱藏技術第 12 頁 共 31 頁B32 B33 B34 B35 B36 B37 B38 B39B40 B41 B42 B43 B44 B45 B46 B47B48 B49 B50 B51 B52 B53 B54 B55B56 B57 B58 B59 B60 B61 B62 B63DCT 變換后數(shù)據(jù)Q00 Q01 Q02 Q03 Q04 Q05 Q06 Q07Q08 Q09 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14 Q15Q16 Q17 Q18 Q19 Q20 Q21 Q22 Q23Q24 Q25 Q26 Q27 Q28 Q29 Q30 Q31Q32 Q33 Q34 Q35 Q36 Q37 Q38 Q39Q40 Q41 Q42 Q43 Q44 Q45 Q46 Q47Q48 Q49 Q50 Q51 Q52 Q53 Q54 Q55Q56 Q57 Q58 Q59 Q60 Q61 Q62 Q63變換后的系數(shù) Q00 稱為直流系數(shù)(DC),Q01Q63 稱為交流系數(shù)(AC).處理后系數(shù)矩陣左上為低頻系數(shù),不過常用的還是整數(shù)快速算法。算法如下:本設計通過調(diào)用 DCT 模塊函數(shù)實現(xiàn)。先把需要隱藏的圖像分塊，然后再做 DCT 處理，其中[A]的第一行系數(shù)為 N1。[A]的其他值為???????Nxy21(cos）? .待全部求出變換系數(shù)矩陣[A]后，按照 DCT 正交變換公式進行矩陣相乘，得到圖像系數(shù) DCT 正交變換的結(jié)果。流程圖如下：圖 7 DCT 變換的流程圖根據(jù)以上算法和流程，本設計中 DCT 量化部分在程序中寫了 void DIV_DCT() 函數(shù)，該函數(shù)的功能是把需要隱藏的圖想分割成 88 的小塊，然后 DCT 處理每個小塊等到每個小塊的 DCT 系數(shù)。在 void DIV_DCT() 函數(shù)中，定義了一個 AAA[256][256]和 block[WIDTH][WIDTH]兩個二維數(shù)組，分別用于放置分塊處理的二維矩陣和圖像分塊矩陣；在 DIV_DCT() 函數(shù)中：第一步是先利用一個循環(huán)從上一步的顯示隱藏圖像處理中指向需要隱藏圖像的指針image 把 它轉(zhuǎn)存為二維數(shù)組，存放在 AAA[256][256]中，然后把所有像素值都減去 128 也將大圖像分塊成 8*8 的小塊,得 g(i,k)A 與 g(i,k)矩陣相乘，得到中間結(jié)果 dd 與 A 的轉(zhuǎn)置矩陣 doff 矩陣相乘得到 DCT 正交變換的結(jié)果 G(m,n)基于 DCT 變換的圖像信息隱藏技術第 13 頁 共 31 頁即把像素值集中到127~128 范圍內(nèi)，以方便后的處理；第二步是 把剛剛存放到 AAA[256][256]中的數(shù)據(jù)成 88 子塊，在這步處理中設計了 3 層for 循環(huán)，用于把數(shù)據(jù)不斷的從 AAA[256][256]數(shù)組中取數(shù)據(jù)出來然后存到 block[m][n]中，當每一次運行完最里面那層循環(huán)的時候，就產(chǎn)生了一個 8*8 矩陣，接著就是調(diào)用 DCT變換函數(shù)，也即 void DCT(int p[WIDTH][WIDTH],float q[WIDTH][WIDTH])，該函數(shù)該函數(shù)的參數(shù) p[WIDTH][WIDTH]，是圖像分塊的數(shù)據(jù)，q[WIDTH][WIDTH]是 DCT 變換處理好后數(shù)據(jù)；在 DCT 函數(shù)中先把 block 矩陣 和 8*8 DCT 變化系數(shù) coff 矩陣相乘，得到一個矩陣存放在矩陣 coff 中，然后求這個 coff 矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣 doff，DCT 變換的最后一步是 coff 矩陣的轉(zhuǎn)置矩 doff 與沒經(jīng)處理的分塊數(shù)據(jù)矩陣相乘，就會得到 DCT 正交變換的結(jié)果 q[j][i]，返回到 DIV_DCT() 第三步是 把剛剛變換好的數(shù)據(jù)的進行量化，調(diào)用了 void sch(float m[8][8])函數(shù)，下一節(jié)將說明。3．2．3：DCT 分塊系數(shù)的量化嚴格說 DCT 本身并不能進行碼率壓縮,因為 64 個樣值仍然得到 64 個系數(shù)。經(jīng) DCT 變換后,比特數(shù)增加了,直流分量的最大值是原來 256 的 64/8 倍,即 0～2047,交流分量的范圍是1024～1023。量化是對經(jīng)過 DCT 變換后的頻率系數(shù)進行量化,將 DCT 系數(shù)按比例縮小,并取其最接近的整數(shù)值的處理過程稱為量化，將量化后的系數(shù)按比例恢復的過程稱為逆量化. 通過量化,我們可以丟棄一些不重要的圖象細節(jié)信息,圖像的主要壓縮率集中在這個地,丟棄的信息就多,使得壓縮比增大,重要,注意每一個 DCT 正交變換塊中的 64 個系數(shù)必須和一個有 64 個元素的量化表做處理：???????),(yxQDCTndItegrRouDCTQ公式 本設計所采用的灰度圖像的量化表 Q 如下: ???????? 9 103 298 52 776492437 6 18685902 19 4 2146 基于 DCT 變換的圖像信息隱藏技術第 14 頁 共 31 頁表 　量化系數(shù)矩陣與 8*8 的 DCT 系數(shù)矩陣一一對應。運算的時候直接用 DCT 系數(shù)除以相相應的量化系數(shù),對得到的數(shù)四舍五入取整?？梢钥闯龅皖l區(qū)(左上角) 的量化系數(shù)明顯比高頻區(qū)(右下角) 的量化系數(shù)小。用該量化表壓縮的圖象,統(tǒng)計平均人眼觀看質(zhì)量為 分(5 分為滿分 Z 壓縮比約為 20 至 30。以下是量化的示意圖： ????????190319876526840421918725656903原圖塊區(qū) 128+DCT ???????????02312140403221138 量化 ????????9 103 298 5 72764437 165 08 29 2160基于 DCT 變換的圖像信息隱藏技術第 15 頁 共 31 頁 ?????????0000213圖 8 量化示例圖 算法如下：本設計通過調(diào)用 sch 函數(shù)實現(xiàn)量化。在上一部得操作后會達到一個經(jīng)過 DCT 變換之后的系數(shù)矩陣，取 DCT 處理后的系數(shù) a 與灰度量化表中的 b，分別一一對應進行相處。處理完 64個系數(shù)之后即可得到量結(jié)果矩陣 lh。算法流程圖： 圖 9 DCT 系數(shù)量化流程圖由于量化過程中。量化步長越大，隱秘圖象相對于覆蓋圖象的失真就越大，不易覺察性越差；另一方面，步長越大，隱秘圖象 DCT 系數(shù)可容許的失真范圍也越大，算法的魯棒性就越強。因此，量化步長的選擇對算法的不易覺察性和魯棒性具有一定的影響，可以看作是算法不易覺察性和魯棒性的折中。所以在本設計中以較小的量化步長，進行量化，以便取得更好的質(zhì)量?？紤]到以上算法、流程，在本設計中的量化函數(shù) void sch(float m[8][8])（形參 m[8][8]是上一步中 DCT 變換之后所得到的 DCT 系數(shù)矩陣）只取 DCT 矩陣系數(shù)前 8 位進行量化，其他置為 0。在經(jīng)過量化函數(shù)處理之后，量化結(jié)果就會被保存到 AAA[m][n]中（也就是說上一步 AAA[m][n]取出 88 子塊進行 DCT 變換之后就會把數(shù)據(jù)放回原來的位置上） ，以便做分層編碼 ，然后 DIV_DCT 就會繼續(xù)把 AAA[m][n]中未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)分塊、DCT 變換，量化，一直到全部AAA[m][n]數(shù)據(jù)被處理完。3．2．4 ： 重要系數(shù)的分層編碼本文以 DCT 變換 為基礎，提出一種可以適用于不同網(wǎng)絡傳輸環(huán)境下的分層編碼方法。基于系數(shù)重要性的分層編碼根據(jù)域中系數(shù)重要程度不同和信道傳輸特性，有選擇地舍棄部分系數(shù)達到分層壓縮的目的；基于比特平面的分層編碼通過分析系數(shù)的比特平面，按照比特平面進行分層，根據(jù)設置的參數(shù)實現(xiàn)不同質(zhì)量的圖像壓縮編碼。取 8*8 分塊DCT 后的系數(shù) a取量化系數(shù)表中對應位置的系數(shù) b a得到量化結(jié)果 lh基于 DCT 變換的圖像信息隱藏技術第 16 頁 共 31 頁基于系數(shù)重要性的分層編碼按照 DCT 正變換之后的變換后系數(shù)進行編碼，產(chǎn)生的碼流不具有分層的特性，因而不具有分級傳輸?shù)哪芰?。為了實現(xiàn)分層壓縮，我們對變換后的系數(shù)進行重新排列(見下表1) ，再進行支持分級傳輸特性的編碼。0 1 5 6 14