全体变长编码映射的JPEG可逆信息隐藏

作者：王可; 吴绍武; 尹晓琳; 付婧巧; 陈兵; 卢伟^*

来源：中国图象图形学报, 2023, 28(03): 734-748.

• 可逆信息隐藏(RDH)
• 变长编码(VLC)
• 定义哈夫曼表(DHT)
• JPEG比特流
• 文件膨胀
• 嵌入容量

目的 JPEG(joint photographic experts group)作为一种广泛使用的图像格式,对其进行可逆信息隐藏有实际应用价值。大多数以JPEG图像为载体的可逆信息隐藏方案会导致图像质量降低和文件膨胀。由于在JPEG比特流中,并没有使用较多的变长编码(variable-length code, VLC),因此以未使用的VLC替换已使用的VLC可以实现秘密信息的无损嵌入,但这类方法的嵌入容量有限,且会导致文件膨胀。为了实现更大的嵌入容量并更好地控制文件膨胀,本文提出了新的全体VLC映射方案。方法 首先,重排序原始比特流中的行程长度/幅值大小(run/size value, RSV),获得去除编码冗余的载体;然后,引入中间VLC的概念,根据VLC频数分布,确定使文件膨胀大小相对于嵌入载荷最小的最优中间VLC映射模型;接着,通过计算模拟嵌入下的文件膨胀大小,确定构建最优中间VLC映射所需的嵌入VLC和中间VLC集合;最后,根据最优中间VLC映射关系修改定义哈夫曼表和JPEG比特流实现秘密信息的嵌入。结果 实验在USC-SIPI数据库上与基于DCT(discrete cosine transform)系数修改和基于VLC映射的方法进行对比。相较于基于限长VLC映射的方法,对不同的载体图像,本文方法的嵌入容量有5 40倍较大提升。与现有的典型可逆信息隐藏方法相比,在相同的嵌入容量下,本文方法嵌入造成的文件膨胀大小明显降低。对QF(quality factor)为90的载体图像嵌入1.8×104比特的秘密信息,本文方法造成的文件膨胀最高可降低46%。实验结果验证了RSV重排序的有效性,且提出的最优中间VLC映射可以在提供较大嵌入容量的同时保持较小的文件膨胀。结论 本文提出全体变长编码映射的JPEG可逆信息隐藏方法,通过构建最优的中间VLC映射,可以保持载体图像不失真并提供较大嵌入容量,且使文件膨胀更小。

• 单位
  中山大学