[发明专利]高动态范围图像的可逆数据隐藏方法

说明书

技术领域

本发明涉及高动态范围图像的可逆数据隐藏方法，具体涉及数据隐藏的载体为高动态图像，载体通过公开通道(如网络)传递，达到嵌入信息的隐蔽传递。

背景技术

许多用户通过网络简单快速的传递消息。然而恶意攻击者会通过网络非法获取传递信息，这导致用户不得不寻求更好的信息安全传递方法。与密码学方法一样，信息隐藏同样达到了安全传递信息的目的。信息隐藏把关键信息嵌入到不令人注意的媒体文件(如图像，文本，声频，视频)中，使得攻击者很难确定嵌入信息的存在。通常，我们把未嵌入信息的媒体文件成为原始载体文件，嵌入关键信息后的文件称为已嵌文件。

现在，在众多不同的载体媒体文件中，图像常用来进行数据嵌入。图像数据隐藏算法常通过已嵌图像的视觉质量和嵌入容量进行评估。一个图像数据隐藏算法应该在已嵌图像质量损失最小的情况下，嵌入更多的数据。如果已嵌图像在提取数据之后能够完全正确恢复原始图像，称这种嵌入方式为可逆数据隐藏。这种方式可以用在已嵌和嵌入信息同样重要的场合，如医学和军事。

在早期，Fridrich[1]等提出了一种基于无损图像压缩的可逆数据隐藏算法。这个算法为我们提供重要思路，我们可以通过原始中可变的冗余信息进行数据隐藏。之后Tian[2]提出了一种通过计算像素差进行信息嵌入的方法。比起之前的工作，Tian的方法—差值扩展更好的利用了冗余特点，可以嵌入更多的信息。Thodi和Rodriguez[3]通过预测误差扩展(PEE)取代差值扩展以及利用直方图变换，改善了Tian的算法。当前大部分算法如[4-5]主要基于PEE和直方图变换。

现阶段的可逆数据隐藏算法的研究主要对象是灰度图像，而日常生活中大部分运用的是彩色图像。在这方面的研究基本体现在[6-8]，它们主要通过利用RGB三通道之间相互关系进一步改善了可逆数据隐藏算法。但是随着摄影技术的日新月异，一种能记录真实场景的彩色图像格式逐渐被人们所接受，对这种新的图像格式的可逆数据隐藏算法，需要进行进一步的研究。

近些年，人们对高动态范围(HDR)图像有极大的兴趣。场景的动态范围是其最亮的部分和最暗的部分的比值。Ferwerda等总结了一些真实环境中亮度范围的视觉参数。我们的视觉系统有很大颜色和强度范围。例如，夏日正午的阳光和满月的夜晚的月光比值可以达到1千万。不同于传统低动态范围图像(LDR)，HDR图像记录了场景的亮度信息，使得图片保留了真实场景中的亮度细节和暗部细节。例如太阳要比灯泡亮很多，但是在LDR图像中，由于低的动态范围，他们都会显示为白色。但是在HDR图像表示出的太阳和灯泡亮度显著不同，可以很好的区分开来。图1(a)-图1(b)表明LDR和HDR图像的视觉差异。HDR图像清楚记录了明亮雪地上的痕迹以及树林中树叶的阴影。而在LDR图像上，很多细节被丢失，雪地太明亮并且树荫昏暗。由于HDR的优点，其逐渐开始流行于数字摄影，电脑图学，电子游戏，医学图像，遥感影像。

然而我们注意到现阶段的大部分可逆数据隐藏算法主要针对LDR，尽管HDR期望被用来替代LDR并成为新的图像标准。仅仅有一少部分关于可逆数据隐藏的工作直接关于HDR。Cheng和Wand[9]的算法提出通过边缘进行数据隐藏，虽然这种算法得到了较大的嵌入量，但已嵌信息不能恢复。Yu和Wang[10]针对光辉RGBE格式编码的HDR图像存储格式特点，提出一种无损数据隐藏算法。该算法在嵌入数据之后，已嵌图像和cover图像显示完全相同，但是这种算法嵌入量一般为0.12–0.29位每像素(bpp)。这种算法不适合很多场景，因为其嵌入量很小。

[1]J.Fridrich,M.Goljan,R.Du,Lossless data embedding—new paradigm in digital watermarking,EURASIP Journal on Applied Signal Processing2002(2)(2002)185–196.

[2]J.Tian,Reversible data embedding using a difference expansion,IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology13(8)(2003)890–896