基于进制转换的DCT域信息隐藏算法*

张朵朵 梁 猛

（西安邮电大学电子工程学院 西安 710061）

1 引言

提高信息隐藏容量［1～2］有助于较大容量信息的隐式传输，其中图像信息隐藏技术的容量提升是信息隐藏研究的热点。目前提升隐藏容量的算法主要是基于变换域方法［3～4］，二值图像是一类比较特殊的图像类型，由于其占用的空间较少，它在承载信息中占有着重要的地位，被广泛地应用于文字识别、条码、文档、数据传真等，因此，将二值图像作为秘密图像，对其进行容量的提升，具有很现实的意义［5］。本章提出基于进制转换［6～7］的信息隐藏算法，将二值信息进行进制转换，相当于对信息进行压缩，有效提升了隐藏信息的容量。

2 进制转换与隐藏原理

基于目前比较常见的基于离散余弦变换的信息隐藏［8～9］，基本都是每个DCT分块中仅隐藏1bit秘密信息，且较为常见的秘密信息皆为二进制信息，即0和1。虽然嵌入数据容量较少可以有较好的视觉效果，随着大数据时代的到来，已经不能满足数据传输的需要。对二进制数据进行进压缩，压缩之后每个数据就可以携带多个二进制信息，本章二进制压缩为四进制数据进行嵌入实验，此时容量有了大幅度的提升，与图像的压缩不同，进制转换对数据的整合幅度小，在提升隐藏容量的基础上更容易对数据进行处理。

对二值秘密图像隐藏前进行预处理，将二值信息进行数据压缩，压缩原理如图1所示。

图1 四进制转换

数据压缩算法是在DCT系数分块的基础上进行信息的隐藏，如图2所示，将载体图像进行分块处理，为一个系数分块，每一格代表一个DCT系数。隐藏规则如表1所示。

通过设定不同的数学关系，将压缩后的秘密信息隐藏到载体图像中。

3 基于分块重叠复用的信息隐藏算法

3.1 秘密信息嵌入算法

为了使该算法更具有一般性，本文采取灰度图像作为载体图像（M*N），秘密信息采用二值图像（m*n）。

1）预处理：（1）对载体图像进行4*4分块处理，然后对每块分别做DCT变化，选取变化后系数矩阵的直流系数按照Z字形排列成新的矩阵P。（2）将二值秘密信息进行进制转换。

2）信息隐藏：选取每个分块中的p（2，2），p（2，3）作为参考点。为了提高算法的鲁棒性，减小系数的改变幅度，本文设置一个阈值A（A>0）。以嵌入信息为0和2为例：

（1）若需要隐藏信息为0时：则判断p（2，2），p（2，3）与0的大小关系：

若p（2，2）>0且p（2，3）>0，则直接嵌入秘密信息；

若-A

则令：

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时

令p（2，2）=1；p（2，3）=1。

（2）若需要隐藏信息为2时：则判断p（2，2），p（2，3）与0的大小关系：

若p（2，2）<0且p（2，3）>0，则直接嵌入秘密信息；

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时

令p（2，2）=-1；p（2，3）=1。

3）对隐藏了秘密信息的载体图像做离散余弦逆变换，生成载密图像。

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过程，具体算法描述如下：

1）将嵌入秘信息的载密图像进行4*4分块，对每个分块做一次DCT变换。

2）根据隐藏时的规则进行秘密信息提取，判断每个分块中p（2，2），p（2，3）与0之间的关系；

（1）若p（2，2）>0且p（2，3）>0，则提取的秘密信息为0；

（2）若p（2，2）>0且p（2，3）<0，则提取的秘密信息为1；

（3）若p（2，2）<0且p（2，3）>0，则提取的秘密信息为2；

（4）若p（2，2）<0且p（2，3）<0，则提取的秘密信息为3。

3）将提取出来的秘密信息信息按之前进制转换规则进行复原，得到二值的秘密信息。

4 实验结果分析

实验中，本节采用如下图所示的图像作为载体图像，大小为512×512；采用的秘密图像图3所示，为一幅大小为128×128的二值图像。

通过实验，获得载密图像如图3（a）、（b）所示。对载密信息进行信息恢复，获得秘密图像如图3（c）、（b）所示，可以看出，该算法可以准确恢复出秘密信息，与传统隐藏算法相比较，隐藏的容量得到明显提升。

图3 实验结果

采用峰值信噪比［10］（PSNR）和归一化相关系数［11］（NC）对算法性能进行评价。对载体与载密图像进行实验，峰值信噪比为37.9681，归一化系数为0.9997，可以看出，该算法在提升容量的基础上具有良好的性能。

5 结语

通过对秘密信息进行多进制转换提升信息隐藏的容量，通过实验中图像进行验证，结果表明，原始图像可以嵌入32 768bit秘密信息，隐藏容量有了明显的提高。可以看出，该算法在提升容量的基础上具有良好的性能。