基于mimo信道通信的图像信息隐藏方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于MIMO信道通信的图像信息隐藏方法及系统，所述隐藏方法包括以下步骤：将载体图像通过一级小波变换分解成对角线高频子带、垂直高频子带、水平高频子带及低频子带，选取所述垂直高频子带、水平高频子带作为第一MIMO信道及第二MIMO信道；通过卷积码编码器对隐秘信息进行卷积编码、Alamouti空时分组编码及基于块的空时交织；将空时交织后的隐秘信息通过加性算法公式嵌入至所述载体图像的第一MIMO信道及第二MIMO信道中；将所述载体图像通过小波逆变换重构图像，得到隐秘图像。本发明既提高了信息隐藏的检测可靠性，又保证了隐秘信息的不可感知性，实现了大容量的图像信息隐藏。
【专利说明】基于ΜΙΜΟ信道通信的图像信息隐藏方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字媒体信息安全【技术领域】，特别涉及一种基于ΜΙΜΟ信道通信的图 像信息隐藏方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着数字化技术的迅速发展，数字多媒体（图像、视频、音频和三维计算机图形 等）的应用日益广泛。特别是随着计算机网络通讯技术的发展，数据的交换和传输变成了 一个相对简单的过程。人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅捷 地将数字信息传达到世界各地。多媒体信息的数字化为多媒体信息的存取提供了极大的便 利，但随之而来的信息安全问题也日益突出，数字媒体内容的安全成为迫切需要解决的。
[0003] 信息隐藏技术（Information Hiding)在许多应用领域，信息隐藏技术正越来越受 到重视。数字化音频、视频和图片可以嵌入不可见的标志，这些标志隐含了一些版权标识、 序列号等，甚至有可能直接限制未授权的复制。军用通讯系统不断拓展信息安全技术的使 用，不仅是使用加密技术来加密一条消息的内容，还要求隐藏消息的发送者、接收者，甚至 是消息本身的存在。同样的技术也使用在移动电话系统和电子选举方案中。犯罪分子将信 息隐藏和数字水印技术（Watermarking)应用于现有的通讯系统，而警方则试图限制他们 的使用。解决数字图像的真实性、完整性问题的图像认证（Authentication)技术在近年来 也得到了快速的发展。数字水印实质上也是一类信息隐藏，但是其目的不是为了保密通信， 而是为了标明载体本身的一些信息，如多媒体信息的创作者、版权信息、使用权限等一系列 需要标明的信息，利用数字水印，还可以跟踪多媒体产品的非法传播和扩散，打击盗版。
[0004] 信息隐藏系统从本质上可以看作是一种通信系统，隐秘信息是通信系统要传输的 信息，载体对象被看成为信道，故可将信息隐藏系统与传统的通信模型进行匹配，并用通信 理论分析系统的性能。衡量通信系统性能的一个关键性指标为信道容量，即单位时间内信 道上所能传输的最大信息量，它给出了通信系统传输信息的理论极限。目前的信息隐藏方 法基本上都是基于单输入单输出（Single Input Single 0utput，SIS0)通信系统。SIS0系 统在信道容量上受Shannon容量限制。
[0005] 随着Internet和多媒体等高速数据业务在无线通信系统中的广泛应用，4G移动 通信系统需要在有限的无线频率资源范围内，提供比现有的第二代移动通信（2G)系统和 第三代移动通信（3G)系统更高的传输速率。然而由经典的香农信息论可知，对4G系统容量 的要求远远超过了传统的香农信道容量极限。换句话说，采用传统的通信手段根本无法获 得如此高的信道容量的。因此，要想超越经典香农理论设定的信道容量极限，必须要有全新 的理论支持。AT&T Bell实验室提出的多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, ΜΜ0)技术是通信领域出现的具有革命意义的重大技术进步，是移动通信与个人通信系统 实现高数据速率、提高传输质量的重要途径。ΜΙΜ0技术是指利用多发射、多接收天线进行空 间分集的技术，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高了信道 容量。
[0006] ΜΜ0系统是在通信链路的发送端与接收端均使用多个天线的传输系统。输入的 串行码流通过某种方式（编码、调制、加权、映射）转换成几路并行的独立子码流，通过不同 的发射天线发送出去。不同的子码流同时同频带的发送，接收方利用不少于发送天线数目 的天线组进行接收，并利用估计出的信道传输特性与发送子码流间一定的编码关系对多路 接收信号进行空域与时间域上的处理，从而分离出几路发送子码流，再转换成串行数据输 出。ΜΙΜΟ将信道视为若干并行的子信道，在不需要额外带宽的情况下实现频谱资源重复利 用，理论上可以极大的扩展频带利用率、提高无线传输速率，同时还增强了通信系统的抗干 扰性能。ΜΜ0技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用技术可以 大大提高信道容量，而空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率。
[0007] 空时编码STC (Space-Time Coding)是一种能获取更高数据传输率的信号编码技 术，是空间传输信号和时间传输信号的结合，实质上就是空间和时间二维的处理相结合的 方法。在ΜΜ0通信系统中，空间上采用多发多收天线的空间分集来提高无线通信系统的容 量和信息率；在时间上把不同信号在不同时隙内使用同一个天线发射，使接收端可以分集 接收。用这样的方法可以获得分集和编码增益，从而实现高速率的传输。
[0008] 目前，现有的某些信息隐藏方法利用了传统信道通信技术。传统通信系统采用单 输入单输出信道，称作SIS0(单入单出）通信系统，SIS0系统在信道容量上受Shannon容 量限制。也就是说，目前基于通信理论的信息隐藏算法在容量上受Shannon容量限制，无法 大量嵌入隐秘信息，且可靠性较低。
【发明内容】
[0009] 本发明提出一种基于ΜΜ0信道通信的图像信息隐藏方法及系统，其既能提高信 息隐藏的检测可靠性，又可保证隐秘信息的不可感知性，实现大容量的图像信息隐藏。
[0010] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0011] 一种基于ΜΙΜ0信道通信的图像信息隐藏方法，包括以下步骤：将载体图像通过一 级小波变换分解成对角线高频子带、垂直高频子带、水平高频子带及低频子带，选取所述垂 直高频子带、水平高频子带作为载体图像的第一 ΜΙΜ0信道及第二ΜΙΜ0信道；通过卷积码编 码器对隐秘信息进行卷积编码，对经过卷积编码后的隐秘信息进行Alamouti空时分组编 码，形成信号向量相互正交的第一子数据流及第二子数据流；对所述第一子数据流及第二 子数据流做基于块的空时交织，使得隐秘信息在空间及时间（嵌入顺序）上产生对角分层； 将空时交织后的隐秘信息通过加性算法公式嵌入至所述载体图像的第一 ΜΙΜ0信道及第二 ΜΜ0信道中；将所述载体图像通过小波逆变换重构图像，得到隐秘图像。
[0012] 进一步，在上述基于ΜΜ0信道通信的图像信息隐藏方法中，所述卷积码编码器输 入的隐秘信息为序列m = mi，m2，…，m」，…;卷积码编码器的输入的一隐秘信息码元为{m」}， 则卷积码编码器输出码字为{nij， Pj}，其中Pj = Θ m^。
[0013] 进一步，在上述基于ΜΜ0信道通信的图像信息隐藏方法中，所述将空时交织后的 隐秘信息通过加性算法公式嵌入至所述载体图像的第一 ΜΙΜ0信道及第二ΜΙΜ0信道中的步 骤之前还包括：
[0014] 根据所述第一 ΜΜ0信道及第二ΜΜ0信道的信噪比分配信道功率。
[0015] 进一步，在上述基于ΜΜ0信道通信的图像信息隐藏方法中，所述加性算法公式yi -Xi+Wi+Πι，
[0016] 其中，所述Xi表示宿体（cover)图像，Wi表示隐秘信息，叫表示噪声，yi表示隐秘 图像。
[0017] 进一步，在上述基于ΜΜ0信道通信的图像信息隐藏方法中，所述噪声可见性函数 为：
【权利要求】
1. 一种基于ΜΙΜΟ信道通信的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤：将载体图像通过一级小波变换分解成对角线高频子带、垂直高频子带、水平高频子带 及低频子带，选取所述垂直高频子带、水平高频子带作为载体图像的第一 ΜΙΜΟ信道及第二 ΜΜ0信道；通过卷积码编码器对隐秘信息进行卷积编码，对经过卷积编码后的隐秘信息进 行Alamouti空时分组编码，形成信号向量相互正交的第一子数据流及第二子数据流；对所 述第一子数据流及第二子数据流做基于块的空时交织，使得隐秘信息在空间及时间（嵌入 顺序）上产生对角分层；将空时交织后的隐秘信息通过加性算法公式嵌入至所述载体图像 的第一 MM0信道及第二MM0信道中；将所述载体图像通过小波逆变换重构图像，得到隐秘 图像。
2. 根据权利要求1所述的基于ΜΙΜΟ信道通信的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述 卷积码编码器输入的隐秘信息为序列m = ，…，mj，…；卷积码编码器的输入的一隐秘 信息码元为{nij}，则卷积码编码器输出码字为{Π ^ρ』}，其中? my。
3. 根据权利要求2所述的基于ΜΙΜΟ信道通信的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述 将空时交织后的隐秘信息通过加性算法公式嵌入至所述载体图像的第一 ΜΙΜΟ信道及第二 ΜΙΜΟ信道中的步骤之前还包括： 根据所述第一 ΜΜ0信道及第二ΜΜ0信道的信噪比分配信道功率。
4. 根据权利要求1所述的基于ΜΜ0信道通信的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述 加性算法公式yi = Xi+Wi+iv 其中，所述Xi表示宿体（cover)图像，Wi表示隐秘信息，叫表示噪声，又1表示隐秘图像。
5. 根据权利要求4所述的基于ΜΙΜΟ信道通信的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述 噪声可见性函数为：
其中，1彡i，j彡Ν，σ丨(/·./)为图像局部区域的方差；
其中，Υ为形状参数，〇x(i，j)为图像的局部标准差，只/,刀为图像的局部均值。
6. 根据权利要求1所述的基于MM0信道通信的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述 得到隐秘图像之后还包括以下步骤： 将隐秘图像通过一级小波变换分解成对角线高频子带、垂直高频子带、水平高频子带 及低频子带；根据载体图像从所述垂直高频子带、水平高频子带中提取嵌入的信息；采用 迫零检测算法消除第一 ΜΙΜΟ信道及第二ΜΙΜΟ信道之间的干扰；对基于块的空时交织信号 进行解交织处理，形成信号向量相互正交的第一子数据流及第二子数据流；对所述第一子 数据流及第二子数据流进行Alamouti空时分组解码，形成一数据流；通过卷积解码器对所 述数据流进行卷积解码，得到隐秘信息。
7. -种基于ΜΙΜΟ信道通信的图像信息隐藏系统，其特征在于，包括依次连接的图像分 解模块、ΜΙΜΟ信道选取模块、卷积编码模块、空时分组编码模块、空时交织模块、隐秘信息嵌 入模块及图像重构模块； 所述图像分解模块用于将载体图像通过一级小波变换分解成对角线高频子带、垂直高 频子带、水平高频子带及低频子带； 所述ΜΜ0信道选取模块用于选取所述垂直高频子带、水平高频子带作为载体图像的 第一 ΜΜ0信道及第二ΜΜ0信道； 所述卷积编码模块用于对隐秘信息进行卷积编码； 所述空时分组编码模块用于对经过卷积编码后的隐秘信息进行Alamouti空时分组编 码，形成信号向量相互正交的第一子数据流及第二子数据流； 所述空时交织模块用于对所述第一子数据流及第二子数据流做基于块的空时交织，使 得隐秘信息在空间及时间（嵌入顺序）上产生对角分层； 所述隐秘信息嵌入模块用于将空时交织后的隐秘信息通过加性算法公式嵌入至所述 载体图像的第一 MM0信道及第二MM0信道中； 所述图像重构模块用于将所述载体图像通过小波逆变换重构图像，得到隐秘图像。
【文档编号】H04N1/32GK104104690SQ201410376354
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】张帆, 张新红, 张伯言 申请人:河南大学