基于MIMO信道通信的图像信息隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MIMO信道通信的图像信息隐藏方法，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
基于MIMO信道通信的图像信息隐藏方法
本专利技术涉及数字媒体信息安全
，特别涉及一种基于MIMO信道通信的图像信息隐藏方法。
技术介绍
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。信息隐藏技术(InformationHiding)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。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(SingleInputSingleOutput，SISO)通信系统。SISO系统在信道容量上受Shannon容量限制。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&TBell实验室提出的多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)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。MIMO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。MIMO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。MIMO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。MIMO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。空时编码STC(Space-TimeCoding)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MIMO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。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SISO(单入单出)通信系统，SISO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。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于MIMO信道通信的图像信息隐藏方法，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。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于MIMO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，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。进一步，在上述基于MIMO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＝m1,m2,…,mj,…；卷积码编码器的输入的一隐秘信息码元为{mj}，则卷积码编码器输出码字为{mj,pj}，其中进一步，在上述基于MIMO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MIMO信道及第二MIMO信道中的步骤之前还包括：根据所述第一MIMO信道及第二MIMO信道的信噪比分配信道功率。进一步，在上述基于MIMO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+ni，其中，所述xi表示宿体(cover)图像，wi表示隐秘信息，ni表示噪声，yi表示隐秘图像。进一步，在上述基于MIMO信道通信的图像信息隐藏方法中，所述噪声可见性函数为：其中，1≤i，j≤N，为图像局部区域的方差；其中，w(i，j)为权函数，其中，γ为形状参数，σx(i，j)为图像的局部标准差，为图像的局部均值。进一步，在上述基于MIMO信道通信的图像信息隐藏方法中，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MIMO信道及第二MIMO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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MIMO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，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。

【技术特征摘要】
1.一种基于MIMO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，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；所述卷积码编码器输入的隐秘信息为序列m＝m1,m2,…,mj,…；卷积码编码器的输入的一隐秘信息码元为{mj}，则卷积码编码器输出码字为{mj,pj}，其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MIMO信道及第二MIMO信道中的步骤之前还包括：根据所述第一MIMO信道及第二MIMO信道的信噪比分配信道功率；所述加性算法公式yi＝xi+wi+ni，其中，所述xi表示宿体(cover)图像，wi表示隐秘信息，ni表示噪声，yi表示隐秘图像；为了保证嵌入的隐秘信息的不可感知性，嵌入时采用噪声可见性函数(NVF)结合图像内容来限制嵌入信息能量；所述噪声可见性函数为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，张新红，张伯言，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41