实验二图像DCT域信息隐藏实验

综合评分：实验二：图像DCT域信息隐藏实验

【实验目的】：

一、简单复习变换域信息隐藏的基本思想

二、用 MATLAB实现图像DCT相关操作

三、完成基于图像DCT的信息隐藏实验

【实验内容】：（请将你实验完成的项目涂“■”）

实验完成形式：

■用MA TLAB函数实现图像DCT域信息隐藏和提取

■用MA TLAB命令行方式实现图像DCT域信息隐藏和提取

□其它：（请注明）

实验选择载体：

■256×256灰度图像■256×256RGB图像■任意大小的RGB图像

实验效果和分析：

■分析了健壮性参数α与鲁棒性的关系

■能随机选择嵌入块（考虑安全性因素）

■嵌入块均匀分布于载体

□信息提取的检错/纠错

■分析了健壮性参数α与不可见性的关系

□其它：（请注明）

【实验工具及平台】：

■Windows+Matlab■其它：（请注明）WinHex

【实验涉及到的相关算法】：

在一个图像块中调整两个(或多个) DCT系数的相对大小。将描述一个使用数字图像作为载体的系统。在编码处理中，发送者将载体图像分成8×8的像素块，每一块只精确地编码一个秘密信息位。嵌入过程开始时，首先伪随机地选择一个图像块bi，用它对第i个消息比

特进行编码。令Bi=D{bi}为DCT变换后的图像块。

在通信开始前，发送者和接收者必须对嵌入过程中使用的两个DCT系数的位置达成一致，让我们用(u1,v1)和(u2,v2)来表示这两个索引。这两个系数应该相应于余弦变换的中频，确保信息保存在信号的重要部位(从而使嵌入信息不容易因JPEG压缩而完全丢失)。进一步而言，人们普遍认为中频

DCT系数有相似的数量级，我们可以假定嵌入过程不会使载体产生严重降质。因为构造的系统要在抵抗JPEG压缩方面是健壮的。我们就选择在JPEG压缩算法中它们的量化值一样的那些DCT系数。根据表2.1，系数(4,1)和(3,2)，或者(1,2)和(3,0)是比较好的。

编码方法：若块Bi (u1,v1) ＞Bi(u2,v2) 就编码为“1”，否则编码为“0”。

在编码阶段，如果相对大小与要编码的比特不匹配，就相互交换两个系数。由于JPEG 压缩(在量化阶段)能影响系数的相对大小，算法应通过在两个系数中加随机值，以确保对某个x＞0，使得|Bi (u1,v1)-Bi(u2,v2) |＞x。

DCT隐秘载体编码过程：

for i =1,...,l (M) do

选取一隐蔽数据块bi

Bi=D{bi}

if m=0 then

if Bi (u1，v1)＞Bi （u2，v2）then

交换Bi (u1，v1)和Bi （u2，v2）

end if

else

if Bi (u1，v1)

交换Bi (u1，v1)和Bi （u2，v2）

end if

end if

调整两个数据块的值以使得|Bi (u1，v1)-Bi （u2，v2）| ＞x end for

DCT隐秘载体解码过程:

for i =1,...,l (M) do

获取与第i位相关的隐蔽数据块bi

Bi=D{bi}

if Bi (u1，v1) ≤Bi （u2，v2）B then

m=0

else

m=1

end if

end for

【实验分析】：

实验1.1 图像整体DCT

原始图像图像DCT系数的光谱表示

偏蓝色的区域灰度级越高，偏红色的区域灰度级越低。由右图知，左上低频系数比右下高频系数高，因为频率反映了灰度级变化的剧烈程度，正常图像一般灰度级变化程度平缓自然，只有在少数的边缘处才会有明显突兀的变化。

实验1.2 熟悉图像分块DCT操作，如下图：

分析：

信息保存的重要位置在DCT变换后图像的左上低频处，白色块保留越多，原始信息保留越多，重构后的图像越接近原始图像。

DCT coefficients

Original Saturn Image

Reconstructed Image Error Image

实验1.3 进一步熟悉图像分块DCT操作，分析blocDCTmtx的数值分布特点：

分析：

高DCT系数集中在左上角和上、左边。

实验1.4 编写一个MATLAB函数，对输入的图像进行8×8分块DCT，并使用一个Mask 矩阵完成对图像的8×8分块压缩。

分析：

Mask掩码矩阵左上角的块为1，说明保留了主要信息，重构图像凭人眼觉察不到差异。

mask=[ 1 1 1 1 0 0 0 0

1 1 1 0 0 0 0 0

1 1 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 ];

%1为保留,0为压缩

原始图像压缩后的图像

图像细节

实验1.5 对一个图像进行8×8分块DCT，并将每个分块的(5,2)和(4,1)两个DCT系数交换，还原图像，ShowtoScreen。

分析：

中频的DCT系数有相似的数量级，嵌入过程不会导致载体产生严重降质。因为构造的系统要抵抗JPEG压缩方面是健壮的。

原始图像

交换系数后的图像

图像细节

实验1.6 对一个图像进行8× 8分块DCT ，自己设计一个将每个分块的(5,2)和(4,1)两个DCT 系数的绝对差扩大到α的算法，并实现。 α为正数。 分析：

由于JPEG 压缩（在量化阶段）能影响系数的相对大小，应该确保对某个α>0，要使得()α>-2211,),(v u B v u B i i 。α越大，算法抵抗JPEG 压缩的能力越健壮，然而图像质量越差。