基于实际容量-失真模型的彩色图像可逆数据隐藏多预测因子预测误差扩展方法

《Digital Signal Processing》：Multi-Predictor Prediction-Error Expansion for Reversible Data Hiding in Color Images with an Actual Capacity-Distortion Model

　　

王汉明|邵敏峰|史苍红|曾圣科

中国成都610039，西华大学计算机与软件工程学院

摘要

基于单一预测器的预测误差展开法是可逆数据隐藏技术中的基本方法。然而，单一预测器的预测精度很大程度上取决于内容特征，这限制了嵌入容量与失真度之间的平衡。为解决这一问题，本文提出了一种通用的多预测器预测误差展开框架。通过以自适应权重融合多个预测器，该框架提升了预测精度。在此框架基础上，我们通过为每个扩展区间引入尾指数，扩展了传统的容量-失真模型，从而得到了实际容量-失真模型。对于彩色图像，我们根据视觉敏感度分配不同通道的负载，并优先在低亮度区域嵌入数据，以减少可见失真。实验结果表明，在相同负载量下，所提方法相比现有若干方法能够获得更优质的标记图像效果。

章节节选

引言

随着数字时代的快速发展，数据隐藏技术在信息安全领域受到了广泛关注。该技术在隐私保护及数字水印应用中有着重要用途[1]、[2]。然而，大多数传统数据隐藏方法会在原始图像中引入不可逆的失真，这种失真会导致在提取数据后无法完美恢复原始图像。因此，这些方法并不适用于那些对图像保真度要求极高的场景。

相关工作

本节首先回顾了几种常用的预测器以及基于预测误差展开的可逆数据隐藏技术的一般框架，随后简要介绍了彩色图像的亮度转换公式。

提出的方法

本节将详细阐述所提出的方法。3.1节首先介绍多预测器框架，并描述完整的处理流程，包括发送端的数据嵌入以及接收端用于数据提取和图像恢复的逆向过程。3.2节通过扩展传统的容量-失真模型，结合实际的嵌入统计信息，构建了实际容量-失真模型。3.3节进一步介绍了……

理论分析

为了客观评估所提方法，我们将其与毛等人[38]、[39]，侯等人[40]，李等人[31]，欧等人[32]，李等人[33]，杨等人[37]以及常等人[41]提出的方法进行了比较。比较结果分别总结在表2和表3中。

侯等人[40]和杨等人[37]通过运用方程(7)表示的亮度转换公式来利用彩色图像的通道特性，从而减少了标记图像中的可见失真。李等人则……

结论

本文研究了基于预测误差展开的可逆数据隐藏技术，并开发了一种能够同时运用多个预测器的通用嵌入框架。此外，还提出了实际容量-失真模型，用以更好地描述预测误差域内的容量-失真关系。针对彩色图像，本文采用了按通道分配负载以及基于亮度约束选择像素的方法，以降低嵌入过程中的可见失真。实验结果表明，所提方法在容量-失真性能方面优于现有的多种方法。

CRediT作者贡献声明

王汉明：概念设计、方法论、软件实现、初稿撰写、修订与编辑、研究工作

邵敏峰：指导监督、项目管理、修订与编辑

史苍红：形式化分析、数据整理、可视化处理、修订与编辑

曾圣科：方法验证、资源协调、修订与编辑

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究成果的已知财务利益冲突或个人关系。