影像之多層資訊隱藏研究 張心怡、陳文儉
E-mail: [email protected]
摘 要
資訊隱藏近年來被廣泛應用在醫療用途、軍事地緣戰略、資料安全、數位指紋或影像編碼等等。可逆性資訊隱藏技術，從 偽裝影像中取出秘密資訊後，可以完整的重建原始影像。Tian教授在2003提出一個有名且重要的可逆差異擴張資訊隱藏技 術，最近有相當多的改善差異擴張的方法被提出。 本論文提出一個降低差異擴張的可逆多層資訊隱藏技術，在降低差異擴 張的方法中，將秘密資訊位嵌入原始差值最低有效位元的位元串流。由於降低差異擴張所有可以有較高的藏量及維持較好 的偽裝影像品質。我們也將其應用到醫學影像及彩色影像。實驗結果顯示，本文所提出的方法在各種影像都可以有較高嵌 入容量，仍然可維持良好的偽裝影像品質。
關鍵詞 : 資訊隱藏、可逆資訊隱藏、可逆多層資訊隱藏、差值擴展、降低差值擴展 目錄
目錄 封面內頁 簽名頁 授權書1 中文摘要iv ABSTRACTv 誌謝vi 目錄vii 圖目錄ix 表目錄xi 第一章緒論1 1.1 前言1 1.2 論 文架構2 第二章相關研究3 2.1 差值擴展3 2.1.1 秘密資訊嵌入過程4 2.1.2 秘密資訊萃取過程6 2.2 醫療影像之多層資料 隱藏7 2.2.1 多層之秘密資訊嵌入過程8 2.2.2多層之秘密資訊萃取過程9 第三章應用可逆之多層資訊隱藏研究11 3.1 多層 之差值擴展資訊隱藏技術12 3.1.1 多層之秘密資訊嵌入過程12 3.1.2 多層之秘密資訊萃取過程14 3.1.3 多層之秘密資訊 嵌入、萃取實際範例16 3.2 彩色多層之差值擴展資訊隱藏技術18 3.2.1 秘密資訊嵌入程序20 3.2.2 秘密資訊萃取程序21 3.2.3 實際範例23 3.3 彩色多層之差值擴展頻譜間隱藏技術26 3.3.1 秘密資訊嵌入程序27 3.3.2 秘密資訊萃取程序31 3.3.3 實際範例35 第四章實驗結果與分析38 4.1 多層差值擴展隱藏技術之比較39 4.2 彩色多層差值擴展資訊隱藏技術之 比較53 4.3 彩色多層差值擴展頻譜間隱藏技術之比較68 第五章結論與未來展望82 參考文獻83 圖目錄 圖2.1 Tian學者所提 出四個集合像素差值4 圖2.2 影像掃描方式7 圖3.1 多層差值擴展隱藏技術之嵌入流程圖12 圖3.2 多層差值擴展隱藏技術之萃 取流程圖12 圖3.3 圖表範例17 圖3.4 彩色多層之差值擴展資訊隱藏技術流程圖19 圖3.5 圖表範例24 圖3.6 彩色多層影像之差 值擴展嵌入實例24 圖3.7 圖表範例25 圖3.8 彩色多層之差值擴展萃取25 圖3.9 彩色多層之差值擴展頻譜隱藏技術嵌入流程 圖26 圖3.10 彩色多層之差值擴展頻譜隱藏技術萃取流程圖27 圖3.11 圖表範例35 圖3.12 彩色多層之差值擴展利用頻譜嵌入 實例36 圖3.13 彩色多層之差值擴展利用頻譜萃取實例37 圖4.1 測試影像（1）40 圖4.2 測試影像（2）41 圖4.3 Lena偽裝影 像42 圖4.4 Baboon偽裝影像影像43 圖4.5 Airplane偽裝影像影像44 圖4.6 Pepper偽裝影像影像45 圖4.7 血管攝影（一）偽裝 影像46 圖4.8 血管攝影（二）偽裝影像47 圖4.9 超音波偽裝影像48 圖4.10 X光偽裝影像49 圖4.11 彩色測試影像（1）54 圖4.12 彩色測試影像（2）55 圖4.13 本論文研究方法產生Lena彩色偽裝影像56 圖4.14 本論文研究方法產生Baboon彩色偽裝 影像57 圖4.15 本論文研究方法產生Airplane彩色偽裝影像58 圖4.16 本論文研究方法產生Pepper彩色偽裝像59 圖4.17 本論文 研究方法產生Goldhill彩色偽裝影60 圖4.18 本論文研究方法產生Sailboat彩色偽裝影像61 圖4.19 本論文研究方法產生Zelda 彩色偽裝影像62 圖4.20 本論文研究方法產生Splash彩色偽裝影像63 圖4.21 頻譜間方法產生Lena彩色偽裝影像為69 圖4.22 頻譜間方法產生Baboon彩色偽裝影像70 圖4.23 頻譜間方法產生Airplane彩色偽裝影像71 圖4.24 頻譜間方法產生Pepper彩色 偽裝影像)72 圖4.25 頻譜間方法產生Goldhill彩色偽裝影像73 圖4.26 頻譜間方法產生Sailboat彩色偽裝影像74 圖4.27 頻譜間 方法產生Zelda彩色偽裝影像75 圖4.28 頻譜間方法產生Splash彩色偽裝影像76 表目錄 表3.1 多層之秘密資訊嵌入實例17 表3.2 多層之秘密資訊萃取實例18 表4.1 自然影像模擬結果之PSNR（dB）和Capacity（bits）比較50 表4.2 醫學影像模擬結 果之PSNR（dB）和Capacity（bits）比較51 表4.3 自然影像模擬結果之真實的Capacity（bits）與Overflow 跟Underflow 的Capacity（bits）52 表4.4 醫學影像模擬結果之真實的Capacity（bits）與Overflow 跟Underflow的Capacity（bits）52 表4.5 彩色多層差值資訊隱藏（一）之PSNR（dB）與真實的Capacity（bits）64 表4.6 彩色多層差值資訊隱藏（二）之PSNR（dB
）與真實的Capacity（bits）65 表4.7 彩色多層差值資訊隱藏（三）之PSNR（dB）與真實的Capacity（bits）66 表4.8 彩色多 層差值資訊隱藏平均之PSNR（dB）及各層真實的藏量（bits）67 表4.9 彩色多層頻譜資訊隱藏技術（一）之PSNR（dB）
及藏量（bits）77 表4.10 彩色多層頻譜資訊隱藏技術（二）之PSNR（dB）及藏量（bits）78 表4.11 彩色多層頻譜資訊隱藏 技術（三）之PSNR（dB）及藏量（bits）79 表4.12 彩色多層頻譜資訊隱藏技術（四）之PSNR（dB）及藏量（bits）80 表4.13 彩色多層頻譜資訊隱藏技術平均之PSNR（dB）及各層藏量（bits）81
參考文獻
[1]Chang C. C., Lin C. Y., and Fan Y. H., "Lossless data hiding for color images based on block truncation coding," Pattern Recognition, vol. 41, 2008, pp. 2347-2357.
[2]Jin H. L., Fujiyoshi M., and Kiya H., "Lossless Data Hiding in the Spatial Domain for High Quality Images," IEICE Trans. Fundamentals, vol.E90–A, 2007.
[3]Tsai Y. Y. and Wang C. M., "A novel data hiding scheme for color images using a BSP tree," Journal of Systems and Software, vol. 80, 2007, pp. 429-437.
[4]Yu Y. H., Chang C. C., and Liu I. C., "A new steganographic method for color and grayscale image hiding," Computer Vision and Image Understanding, vol. 107, 2007, pp. 183-194.
[5]Tian. J., "Reversible data embedding using a difference expansion," Circuits and Systems for Video Technology, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 13, 2003, pp. 890-896.
[6]Tseng H. W. and Hsieh C. P., "Prediction-based reversible data hiding," Information Sciences, vol. 179, 2009, pp. 2460-2469.
[7]Wang C. M., Wu N.I., Tsai C. S., and Hwang M. S., "A high quality steganographic method with pixel-value differencing and modulus function," Journal of Systems and Software, vol. 81, 2008, pp. 150-158.
[8]Wu D. C. and Tsai W. H., "A steganographic method for images by pixel-value differencing," Pattern Recognition Letters, vol. 24, 2003, pp.
1613-1626.
[9]Lou D. C., Hu M. C., and Liu J. L., "Multiple layer data hiding scheme for medical images," Computer Standards & Interfaces, vol. 31, 2009, pp. 329-335.
[10]蔡文輝，林家禎，張真誠,“資訊壓縮技術與應用,” 全華圖書股份有限公司, 2007.
[11]戴顯權,“資料壓縮,” 紳藍出版社, 2002.
