可逆信息隱藏中的最優(yōu)編碼理論與方法研究.pdf

1、近二十年來，隨著數(shù)字媒體在生產(chǎn)、存儲和通信等方面技術(shù)的迅猛發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，數(shù)碼圖片、電子文檔、電子音視頻等數(shù)字媒體已經(jīng)漸漸地替代傳統(tǒng)媒體，成為人們分享和傳遞信息的主要載體。它們被廣泛地存儲在各種電子設(shè)備上，通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳播，給人們的生活帶來了極大的便利。然而，傳統(tǒng)媒體的數(shù)字化和便利的網(wǎng)絡(luò)傳輸，同時(shí)也給數(shù)據(jù)的安全性和完整性帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，譬如盜版媒體的泛濫，信息的非法竊取和篡改等等?？赡嫘畔㈦[藏(Reversible Data

2、 Hiding)技術(shù)，是目前解決數(shù)據(jù)安全問題最有前景的手段之一。它通過一種視覺隱蔽的方法，把一些有用的秘密信息（譬如版權(quán)信息）嵌入到公開發(fā)布的數(shù)字媒體中，從而達(dá)到數(shù)據(jù)取證或授權(quán)認(rèn)證的目的。
　　可逆信息隱藏是一種特殊的信息隱藏(Data Hiding)技術(shù)，它除了要保證嵌入信息的隱秘性和可提取性以外，同時(shí)需要完全無損地恢復(fù)原始載體。這一特性在一些特殊的場合顯得尤為重要，譬如醫(yī)療圖像標(biāo)注、軍事圖像和法庭取證方面。這些場合下原始載體圖

3、像不允許有任何修改，圖像像素的微小的變化就可能導(dǎo)致診斷結(jié)果出錯(cuò)或者法律訴訟失敗。其次，可逆信息隱藏在完成圖像內(nèi)容真實(shí)性與完整性認(rèn)證的同時(shí)，還能完全恢復(fù)載體圖像，這也引起了不同應(yīng)用場景下越來越多的關(guān)注。
　　論文從可逆信息隱藏的信息論理論模型出發(fā)，討論了不同應(yīng)用場景下可逆信息隱藏的率失真問題。論文主要研究工作和創(chuàng)新成果可以歸納為以下幾點(diǎn):
　　1.提出并構(gòu)造了一種快速求解算法來求解平方失真度量下的可逆信息隱藏信息論模型，推導(dǎo)了

4、模型的拉格朗日對偶優(yōu)化問題
　　論文針對平方失真度量下的可逆信息隱藏理論模型，推導(dǎo)了相應(yīng)的拉格朗日對偶優(yōu)化問題，并提出了快速求解算法來計(jì)算模型最優(yōu)解。論文所提出的可逆信息隱藏率失真模型快速求解算法不僅在求解速度上約5至10倍優(yōu)于已有的求解算法，而且更適用于實(shí)際應(yīng)用場景下的嵌入率約束性問題和失真度約束性問題，對實(shí)際應(yīng)用場景下的可逆信息隱藏具有更直接的指導(dǎo)價(jià)值。
　　2.提出了基于無損熵編解碼的遞歸編碼構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的直方圖修

5、改來逼近平方失真度量下可逆信息隱藏率失真模型的容量界
　　論文針對平方失真度量下的可逆信息隱藏率失真模型，在快速求解模型最優(yōu)解之后，利用無損熵編解碼算法提出了遞歸編碼構(gòu)造。論文所提出的遞歸編碼構(gòu)造方法被證明在載體序列足夠長的情況下，能夠無窮逼近可逆信息隱藏率失真模型的理論容量界。在一般的自然圖像載體序列上，相比于經(jīng)典的可逆信息隱藏方法，遞歸編碼構(gòu)造在同等嵌入容量下平均有1.0dB到2.0dB的嵌入性能提升。
　　3.提出了率

6、失真模型快速求解算法和遞歸編碼構(gòu)造的擴(kuò)展算法，使其適應(yīng)于更一般的失真度量標(biāo)準(zhǔn)下的可逆信息隱藏應(yīng)用場景
　　論文基于可逆信息隱藏率失真模型，進(jìn)一步擴(kuò)展了快速求解算法和遞歸編碼構(gòu)造，使其適應(yīng)于更一般的失真度量標(biāo)準(zhǔn)下的可逆信息隱藏應(yīng)用場景。論文所提出的率失真模型快速求解算法和遞歸編碼構(gòu)造擴(kuò)展算法，能應(yīng)用于任意失真度量標(biāo)準(zhǔn)下的可逆信息隱藏問題，譬如針對二值圖像的可逆信息隱藏，或者針對二維甚至四維信號的可逆信息隱藏等，使得可逆信息隱藏的率失

7、真理論模型更具有更一般性的應(yīng)用價(jià)值。
　　4.提出了基于率失真模型的可逆信息隱藏預(yù)測方法的最優(yōu)評價(jià)準(zhǔn)則，在一定程度上建立了可逆信息隱藏和無損數(shù)據(jù)壓縮之間的橋梁
　　論文基于可逆信息隱藏率失真模型的遞歸編碼構(gòu)造，提出了可逆信息隱藏預(yù)測方法的最優(yōu)評價(jià)準(zhǔn)則，在一定程度上建立了可逆信息隱藏和無損數(shù)據(jù)壓縮之間的橋梁。論文提出了一種最小化碼率的可逆信息隱藏預(yù)測方法，使得可逆信息隱藏的前端預(yù)測部分和后端嵌入編碼部分能從本質(zhì)上更好地融合為一