DCC 期末專題
資工所 R93922039 李沛倫 資工所 R93922016 沈允中
題目: Secret image communication scheme based on vector quantisation 作者: S.D. Lin and S.-C. Shie
出處: ELECTRONICS LETTERS 8TH July 2004 Vol.40 No.14
這篇 paper 提出了一個傳送機密影像的方法。主要的概念是將數張機密影像 利用一個掩飾的資料媒介(cover media)傳送出去來達到保密的目的。使用到的現 有技術包括：Vector Quantisation 和 DES 加密技術。關鍵處在於作者用了 adaptive least-significant-bits modification 的技巧將 VQ 壓縮過的影像資料(即 codeword 的 index)放進 VQ codebook，而此修改過的 codebook 在經過 DES 加密後即成為最 後的 cover media。
通常在隱藏影像資料的時候，會採用的方法是在不太影響影像品質的情況下 盡可能的把要隱藏的影像放進掩飾的媒介裡。因此，容量和品質之間的取捨就成 了一個考量。到目前為止，Hu, Y.C.提出的’Grey-level image hiding scheme based on vector quntisation’在隱藏資訊的容量方面是最好的，他的方法是將數張影像嵌入 另一張掩飾的影像中，但是在還原的影像品質方面就有所不足。而我們所報告的 這篇 paper 所提出的方法，就是想達到高容量且高品質的目標。為了達到到較好 的影像品質，作者選擇用 VQ codebook 來當作 cover media。
以下將詳細說明這篇 paper 所用的方法。首先說明會用到的參數：t 是原始 影像的數目，大小同為 w*h pixels，VQ codebook 大小為 Nc，每個 codeword 大 小為 m*n pixels，因此經過壓縮的資料大小就變成 l=t*(w/m)*(h/n)*(log2 Nc)。 經過 VQ training 後，為了更進一步得到更小的資料，作者提出了一個方法 把參數 t、w、h、m、n、Nc 和壓縮過的資料嵌入 codebook，使最後加密的檔案 大小等於 codebook 大小，而且不置於產生肉眼能察覺的失真。 嵌入的方法如下： 1. 首先要將 codebook 中的 codeword 根據使用的頻率作排序，由小到大， 也就是把最少被用到、最不重要的 codeword 放在最前面。 2. 根據壓縮資料的大小 l，從排序過的 codeword 中選擇前面 p+k 個出來， 前 p 個用來嵌入相關的參數(t、w、h、m、n、Nc)，而接下來 k 個 codeword 則用來嵌入壓縮過的資料。 3. 將參數及壓縮資料嵌入 codeword 的方法是將要嵌入的資料拆成一個個 bit，然後直接填入 codeword 中的 least significant bits(LSBs)。
其中嵌入的參數為固定個數，而壓縮資料每一筆只需要 log2 Nc 個 bit。由於 codebook 被破壞的部分是被引用到最少的 codeword，而且修改的部分又是那些 codeword 的 LSB，所以實際上對影像造成的破壞非常的小。
此一經過修改的 codebook 最後在用 DES 加密之後，就成為最後送出的資料 串流。 而要將影像還原回來也非常的簡單，首先用 DES 解密後得到 codebook，再 從此 codebook 中的 LSB 擷取出相關的參數，然後就可以依據這些參數繼續將壓 縮的資料也傑取出來，最後再查詢 codebook 就可以重建原來的影像了。 實做： 我們在 unix 平台上用 C 語言實做了這套系統，包括 VQ 和 LSB 修改的部分。 DES 加密/解密由於並不會影響到影像的內容，因此我們並沒有使用。我們將程 式用在一張 512*512 的灰階(256 levels)影像(lena)上，VQ 的 codeword 大小選為 8*8，結果如下： 下圖為原始的影像：
上圖為嵌入參數及壓縮資料後的 codebook 所還原的影像
由結果的影像可看出用這篇 paper 的方法來嵌入資訊到 codebook 中並不會 造成影像的二度失真。事實上，經過我們的計算，有無嵌入資訊的影像彼此間的 方均根差(RMS error)為 0.125(單位為灰階值)，可說是幾乎沒有差別，而且資料 大小又可以大幅縮小，因此是一個不錯的方法。
