具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏研究進(jìn)展與展望

楊楊，張衛(wèi)明，侯冬冬，王輝，俞能海

（1. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國(guó)科學(xué)院電磁空間信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230027；2. 安徽大學(xué)電子信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230039）

具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏研究進(jìn)展與展望

楊楊1，2，張衛(wèi)明1，侯冬冬1，王輝1，俞能海1

（1. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國(guó)科學(xué)院電磁空間信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230027；2. 安徽大學(xué)電子信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230039）

可逆信息隱藏技術(shù)可以確保提取信息后無(wú)損恢復(fù)載體，該技術(shù)可用于軍事、司法、醫(yī)學(xué)等圖像的認(rèn)證或標(biāo)注，在這些應(yīng)用中圖像很敏感，輕微的修改也是不允許的。尤其在醫(yī)學(xué)圖像中，可逆信息隱藏可用來(lái)保護(hù)病人隱私。主要介紹了具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏，根據(jù)運(yùn)用的載體類型將其分為基于像素直方圖的方法和基于預(yù)測(cè)誤差直方圖的對(duì)比度增強(qiáng)的方法。該系列方法的主要目的是從主觀上提高載密圖像的質(zhì)量，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)可逆信息嵌入，這類方法適用于醫(yī)學(xué)圖像隱私保護(hù)。最后，通過(guò)分析現(xiàn)有工作的優(yōu)勢(shì)與不足，對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向做了展望。

可逆信息隱藏；隱私保護(hù)；對(duì)比度增強(qiáng)；直方圖平移

1　引言

可逆信息隱藏（RDH，reversib是一種特殊的信息隱藏技術(shù)，它除信息的隱密性和可提取性以外，同損地恢復(fù)原始載體［1～8］。這一特性在合顯得尤為重要，如醫(yī)療圖像標(biāo)注法庭取證方面，原始載體圖像不允圖像像素的微小變化就可能導(dǎo)致診者法律訴訟失敗［9～12］。同時(shí)，可逆成圖像內(nèi)容真實(shí)性與完整性認(rèn)證的全恢復(fù)載體圖像，也引起了不同應(yīng)越多的關(guān)注。另外，可逆隱藏在隱著重要的作用，例如，某些存放在務(wù)器上的大量高敏感的醫(yī)學(xué)圖像，量病人的個(gè)人信息，經(jīng)常會(huì)有某些的接觸或者變更圖像的內(nèi)容。為了圖像的隱私，必須提供有效的安全在醫(yī)學(xué)圖像中，希望不僅能夠?qū)⒉‰[藏到醫(yī)學(xué)圖像當(dāng)中，又能夠不妨le data hiding）了要保證嵌入時(shí)需要完全無(wú)一些特殊的場(chǎng)、軍事圖像和許有任何修改，斷結(jié)果出錯(cuò)或信息隱藏在完同時(shí)，還能完用場(chǎng)景下越來(lái)私保護(hù)中也有第三方存儲(chǔ)服由于其包含大惡意行為帶來(lái)保護(hù)病人醫(yī)學(xué)機(jī)制。因此，人隱私可逆地礙醫(yī)生對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的正確診斷。

目前，傳統(tǒng)的可逆信息隱藏方法的主要目的在于提高信息嵌入容量的同時(shí)最大程度上降低載密圖像的失真度。研究者常用峰值信噪比（PSNR，peak signal to noise ratio）來(lái)評(píng)價(jià)載密圖像的質(zhì)量，即計(jì)算載體圖像與隱藏信息后圖像的統(tǒng)計(jì)誤差。在同一嵌入率下，PSNR越大說(shuō)明圖像質(zhì)量越好，圖像失真度越小，算法性能越好。傳統(tǒng)的可逆信息隱藏方法都在相同嵌入率下追求高的PSNR參數(shù)值，因此，傳統(tǒng)可逆信息隱藏的核心基本分為2步：1）產(chǎn)生一個(gè)具有較小熵的主序列，其具有尖銳的直方圖［13～17］；2）再利用直方圖平移（HS，histogram shifting）［18，19］和基于差值擴(kuò)展（DE，difference expansion）［20，21］的方法通過(guò)修改直方圖在主序列中嵌入隱藏信息。為達(dá)到此目的，近年來(lái)可逆信息隱藏方法基本都采用排序或像素選擇，優(yōu)先使用平滑區(qū)域，因?yàn)槠交瑓^(qū)域預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，可以獲得更尖銳的預(yù)測(cè)誤差直方圖，但是修改平滑區(qū)域恰恰更容易造成人眼視覺(jué)的感知。所以，目前的可逆信息隱藏的主流方法與自然的視覺(jué)質(zhì)量評(píng)價(jià)有矛盾之處，究其原因在于目前的可逆信息隱藏方法過(guò)于追求峰值信噪比。

實(shí)際上，圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域早已表明，由于圖像的最終受體是人，目前評(píng)價(jià)結(jié)果較為準(zhǔn)確的是主觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法［22］。另外，峰值信噪比作為評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)早已被證實(shí)與主觀視覺(jué)感受不夠吻合，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的峰值信噪比僅僅是計(jì)算2幅圖像間的像素差，未能考慮圖像的自身結(jié)構(gòu)信息以及人眼視覺(jué)特性，并不適合作為圖像質(zhì)量的判斷標(biāo)準(zhǔn)［22，23］。因此，在最新的可逆信息隱藏研究中，已有學(xué)者從主觀視覺(jué)的角度提出了具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏［24～27］，該系列方法與傳統(tǒng)可逆信息隱藏追求高PSNR值的目的不同，其目的在于通過(guò)增強(qiáng)載體圖像的對(duì)比度來(lái)提高嵌入信息后的載密圖像的主觀視覺(jué)質(zhì)量。該系列方法在實(shí)現(xiàn)可逆信息嵌入的同時(shí)提高了圖像的視覺(jué)質(zhì)量，從而適用于醫(yī)學(xué)圖像的隱私保護(hù)研究。

本文按照不同方法依據(jù)不同的載體，將該系列工作劃分為基于像素直方圖的［24，25］以及基于預(yù)測(cè)誤差直方圖的對(duì)比度增強(qiáng)的可逆信息隱藏方法［26，27］。其中，基于像素直方圖的對(duì)比度增強(qiáng)的可逆信息隱藏方法主要描述了Wu等［24］提出的實(shí)現(xiàn)對(duì)比度增強(qiáng)的可逆信息隱藏方法，以及在Gao等［25］提出的改進(jìn)的時(shí)域與頻域相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)對(duì)比度增強(qiáng)的可逆信息隱藏方法。這2種方法主要實(shí)現(xiàn)了大面積相同灰度參數(shù)的對(duì)比度增強(qiáng)效果，對(duì)于針對(duì)紋理區(qū)域增強(qiáng)要求的醫(yī)學(xué)圖像來(lái)說(shuō)，有其一定的局限性。而基于預(yù)測(cè)誤差直方圖的對(duì)比度增強(qiáng)的可逆信息隱藏方法提出了基于復(fù)雜區(qū)域?qū)Ρ榷仍鰪?qiáng)的醫(yī)學(xué)圖像可逆信息隱藏方法［26，27］，其目的在于通過(guò)增強(qiáng)紋理復(fù)雜區(qū)域的對(duì)比度提高圖像的邊緣變化感興趣區(qū)域的分辨率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)可逆信息隱藏方法。在文獻(xiàn)［26］的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)［27］根據(jù)預(yù)測(cè)誤差直方圖的bin存在一定的冗余量的信息，利用改進(jìn)的IRZL編碼方法預(yù)處理秘密信息，降低了隱藏圖像的失真度。該系列工作在增強(qiáng)了載密圖像對(duì)比度的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了秘密信息的可逆嵌入。

2　具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏方法

2.1基于像素直方圖的方法

基于像素直方圖的方法主要是指在灰度直方圖上實(shí)現(xiàn)的可逆信息隱藏方法，這里主要介紹近期的2種方法：一是Wu等［24］首先提出的實(shí)現(xiàn)對(duì)比度增強(qiáng)的可逆信息隱藏方法，二是在Wu等基礎(chǔ)上，Gao等［25］改進(jìn)的時(shí)域與頻域相結(jié)合的可逆信息隱藏方法。

2.1.1實(shí)現(xiàn)對(duì)比度增強(qiáng)的可逆信息隱藏方法

傳統(tǒng)的可逆信息隱藏方法大多以PSNR作為評(píng)價(jià)載密圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而該方法與傳統(tǒng)的可逆信息隱藏方法最大的不同在于，它并不是以追求高PSNR為目標(biāo)，而是旨在實(shí)現(xiàn)載體圖像的對(duì)比度增強(qiáng)效果。正如人們所知，圖像均衡化方法可以實(shí)現(xiàn)圖像的對(duì)比度增強(qiáng)方法。本文通過(guò)修改像素直方圖來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息隱藏和對(duì)比度增強(qiáng)效果。該方法的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)便，但是缺點(diǎn)在于容易產(chǎn)生細(xì)節(jié)遺失的情況以及出現(xiàn)過(guò)度增強(qiáng)等問(wèn)題。下面介紹具體的信息嵌入和信息提取步驟。

信息嵌入部分主要包括以下4步。

4）假設(shè)嵌入信息需要嵌入L輪，則需要重復(fù)執(zhí)行第2）～3）步。

在嵌入部分，需要通過(guò)預(yù)處理解決溢出問(wèn)題以及隱藏一些附加信息以方便提取。這里，預(yù)處理是指當(dāng)載體圖像的像素在］時(shí)，可以將其加L，并且當(dāng)時(shí)，可以將其減去L來(lái)防止L輪嵌入后導(dǎo)致的溢出問(wèn)題，并用位置圖中的“1”表示預(yù)處理的像素位置，“0”表示原始的像素位置。所以，位置圖的大小等于整幅圖像的大小，需要對(duì)位置圖進(jìn)行JBIG2標(biāo)準(zhǔn)壓縮以減小嵌入量［28］。嵌入時(shí)，首先嵌入壓縮的位置圖，然后再嵌入隱秘信息，在最后一輪嵌入操作時(shí)，需要將L參數(shù)、壓縮后的位置圖尺寸、最后一行開(kāi)始的16個(gè)像素的LSB位以及所有的IS和IR都嵌入。另外，最后一行開(kāi)始的16個(gè)像素的LSB位則直接被替換為最后一輪的IS和IR。

信息提取和載體圖像恢復(fù)部分主要包括以下4步。

1）讀取最后一行開(kāi)始的 16個(gè)像素的 LSB位，則得到最后一輪的IS和IR。

2）根據(jù)最后一輪的IS和IR，可以提取信息

恢復(fù)原始像素

由此，可以得到嵌入時(shí)的L參數(shù)、壓縮后的位置圖尺寸，最后一行開(kāi)始的16個(gè)像素的LSB位以及所有的和。

4）通過(guò)得到壓縮后的位置圖尺寸，可以在嵌入信息中提取壓縮后的位置圖，并對(duì)其進(jìn)行解壓縮。另外，根據(jù)提取出的最后一行開(kāi)始的16個(gè)像素的LSB位，替換載密圖像的相對(duì)位置，從而完全恢復(fù)出原始圖像。

2.1.2改進(jìn)的時(shí)域與頻域相結(jié)合的對(duì)比度增強(qiáng)可逆信息隱藏方法

針對(duì) Wu等［24］的可逆信息隱藏方法中在大嵌入率時(shí)存在對(duì)比度過(guò)度增強(qiáng)的問(wèn)題，從而產(chǎn)生視覺(jué)失真的現(xiàn)象，Gao等［25］提出了一種控制對(duì)比度增強(qiáng)效果并且結(jié)合小波域嵌入的可逆信息隱藏方法。該方法的特點(diǎn)在于解決對(duì)比度過(guò)度增強(qiáng)的同時(shí)可以擴(kuò)大嵌入容量，然而該方法的缺點(diǎn)在于嵌入量較小時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)比度增強(qiáng)效果。

在時(shí)域嵌入部分，具體步驟和Wu等的嵌入方法一樣，具體過(guò)程參見(jiàn)上一節(jié)，這里不再贅述。本文主要通過(guò)計(jì)算相對(duì)對(duì)比度誤差（RCE，relative contrast error）來(lái)防止對(duì)比度過(guò)度增強(qiáng)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)比度增強(qiáng)效果可以通過(guò)計(jì)算RCE來(lái)判斷

設(shè)定閾值T_rce的經(jīng)驗(yàn)值為0.55。初始假定需要嵌入L輪消息，然后根據(jù)2.1.1節(jié)的嵌入過(guò)程可以得到對(duì)比度增強(qiáng)后的結(jié)果，再計(jì)算該結(jié)果和原始圖像的RCE。若參數(shù)L就加 1；否則就減 1。其目的就是為了使最終的RCE臨近于T_rce，從而控制實(shí)現(xiàn)較好的對(duì)比度增強(qiáng)效果。

在頻域嵌入部分，主要是對(duì)經(jīng)過(guò)時(shí)域嵌入后的隱密圖像進(jìn)行Haar小波變換，從而得到4組子帶系數(shù)（近似系數(shù)LL、水平系數(shù)LH、垂直系數(shù)HL和對(duì)角系數(shù)HH），并將剩余的秘密信息嵌入到對(duì)視覺(jué)影響較小的水平系數(shù)，垂直系數(shù)和對(duì)角系數(shù)中。具體嵌入步驟如下。

1）對(duì)經(jīng)過(guò)時(shí)域嵌入后的隱密圖像進(jìn)行 Haar小波變換，得到4組子帶系數(shù)

2）由于水平子帶系數(shù)，垂直子帶系數(shù)和對(duì)角子帶系數(shù)對(duì)視覺(jué)影響較小，故將剩余秘密信息 b嵌入到擴(kuò)展的子帶系數(shù)中。為了防止子帶系數(shù)x擴(kuò)展造成像素值改變較大的問(wèn)題，首先對(duì)子帶系數(shù)進(jìn)行壓縮

嵌入部分完成后，該方法的數(shù)據(jù)提取和圖像恢復(fù)部分與嵌入順序相反。先對(duì)小波域進(jìn)行提取，再在時(shí)域進(jìn)行提取，時(shí)域的提取和恢復(fù)過(guò)程同上節(jié)。這里主要介紹小波域的提取步驟。

1）對(duì)載密圖像進(jìn)行Haar小波變換，根據(jù)式（5）得到4組子帶系數(shù)。

以及壓縮的子帶系數(shù)

3）對(duì)壓縮的子帶系數(shù)進(jìn)行解壓縮操作，得到恢復(fù)的擴(kuò)展子帶系數(shù)x′

4）進(jìn)而恢復(fù)原始子帶系數(shù)x

其中，e表示原始子帶系數(shù)x與擴(kuò)展子帶系數(shù)x′之間的差值，即需要注意的是，在嵌入部分?jǐn)U展誤差參數(shù)e也需要作為附加信息與秘密信息一起嵌入到載體圖像中。

5）利用IWT反變換，可以得到時(shí)域嵌入后的隱密圖像

6）時(shí)域部分嵌入的秘密數(shù)據(jù)的提取和原始圖像的恢復(fù)過(guò)程按照上節(jié)介紹的提取和恢復(fù)步驟進(jìn)行操作［24］，此處不再贅述。

2.2 基于預(yù)測(cè)誤差直方圖的方法

基于預(yù)測(cè)誤差直方圖的方法主要是在預(yù)測(cè)誤差直方圖上實(shí)現(xiàn)的可逆信息隱藏方法，該方法的主要目的也是為了在嵌入秘密信息的同時(shí)增強(qiáng)載體圖像的對(duì)比度。2.1節(jié)介紹的基于像素直方圖的方法主要針對(duì)的是全局區(qū)域的均衡化操作，它并不能實(shí)現(xiàn)局部紋理區(qū)域的對(duì)比度增強(qiáng)效果。例如，對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像大部分包括的都是灰度背景來(lái)說(shuō)，2.1節(jié)介紹的基于像素直方圖的方法顯然不適用。因?yàn)榛谙袼刂狈綀D的方法優(yōu)先修改的是頻數(shù)最高的2個(gè)灰度值，從而不會(huì)實(shí)現(xiàn)局部紋理區(qū)域的對(duì)比度增強(qiáng)效果。為此，Yang等［26］提出了可提高醫(yī)學(xué)圖像紋理區(qū)域?qū)Ρ榷鹊目赡嫘畔㈦[藏方法，以及在此基礎(chǔ)上 Yang等［27］提出了在提高醫(yī)學(xué)圖像紋理區(qū)域?qū)Ρ榷鹊耐瑫r(shí)降低圖像失真度的可逆信息隱藏方法。

2.2.1 增強(qiáng)醫(yī)學(xué)圖像紋理區(qū)域?qū)Ρ榷鹊目赡嫘畔㈦[藏方法

傳統(tǒng)的可逆信息隱藏方法為了追求較高的PSNR值，往往優(yōu)先將像素嵌在平滑區(qū)域。然而，為了增強(qiáng)醫(yī)學(xué)圖像紋理區(qū)域的對(duì)比度，文獻(xiàn)［26］利用預(yù)測(cè)誤差直方圖中間區(qū)域表示平滑區(qū)域，兩側(cè)區(qū)域表示紋理區(qū)域的特性，將信息優(yōu)先嵌入在兩側(cè)區(qū)域，以期實(shí)現(xiàn)紋理區(qū)域的對(duì)比度增強(qiáng)效果。該方法采用的預(yù)測(cè)誤差直方圖方法是利用文獻(xiàn)［14］提出的棋盤格式兩次預(yù)測(cè)和嵌入模型，其優(yōu)勢(shì)在于預(yù)測(cè)較準(zhǔn)以及優(yōu)先選擇紋理像素。下面本文介紹一次的嵌入過(guò)程，另一次嵌入是在修改后的載密圖像基礎(chǔ)上再次嵌入。

信息嵌入部分主要包括以下7個(gè)步驟。

2）計(jì)算預(yù)測(cè)誤差直方圖PEH。根據(jù)預(yù)測(cè)值和原始值可以得到預(yù)測(cè)誤差

這里，hist（E）表示預(yù)測(cè)誤差為E的像素頻數(shù)，Capacity為需要嵌入的信息容量。

這里需要注意，由于采用的是棋盤格式的預(yù)測(cè)計(jì)算方法，因此嵌入部分需要在對(duì)“cross”點(diǎn)完成一次嵌入過(guò)程后，再次對(duì)“dot”點(diǎn)進(jìn)行一次嵌入。而對(duì)于秘密信息提取和原始圖像恢復(fù)過(guò)程，卻是嵌入的相反次序。下面介紹對(duì)“dot”點(diǎn)的信息提取和像素恢復(fù)過(guò)程（“cross”點(diǎn)的操作過(guò)程相同）。

2.2.2增強(qiáng)醫(yī)學(xué)圖像紋理區(qū)域?qū)Ρ榷炔⒔档蛨D像失真度的可逆信息隱藏方法

文獻(xiàn)［26］主要介紹了通過(guò)計(jì)算載體圖像的預(yù)測(cè)誤差直方圖來(lái)判斷像素的紋理和平滑區(qū)域，從而將信息嵌入到圖像的紋理區(qū)域，以期實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像紋理區(qū)域的對(duì)比度增強(qiáng)效果。然而，正如開(kāi)始所言，具有對(duì)比度增強(qiáng)的可逆信息隱藏方法不適用于傳統(tǒng)的PSNR評(píng)價(jià)指標(biāo)。這是因?yàn)镻SNR計(jì)算載體圖像與隱藏信息后圖像的統(tǒng)計(jì)誤差，因此在平滑區(qū)域的修改會(huì)帶來(lái)較高的PSNR結(jié)果。可見(jiàn)，該結(jié)論與提高紋理區(qū)域的對(duì)比度增強(qiáng)效果的目的相矛盾，那是否有方法能夠在提高紋理區(qū)域?qū)Ρ榷仍鰪?qiáng)效果的同時(shí)適當(dāng)提高PSNR結(jié)果，即降低圖像失真度呢？

文獻(xiàn)［27］和文獻(xiàn)［26］使用了相同的提高紋理區(qū)域?qū)Ρ榷鹊目赡嫘畔㈦[藏方法的同時(shí)，通過(guò)利用改進(jìn)的IRZL編碼方法預(yù)處理秘密信息，使該秘密信息出現(xiàn)更多的“0”比特和更少的“1”比特，從而降低“1”比特所帶來(lái)的失真問(wèn)題［30］。下面將著重介紹降低圖像失真度的方法。文中已經(jīng)證明，嵌入失真主要是由失真率決定，而失真率主要是由信息中的比特“1”所造成的。一般來(lái)說(shuō)，失真率當(dāng)然，該編碼所帶來(lái)的代價(jià)是要擴(kuò)大秘密信息的比特?cái)?shù)，由此可能會(huì)帶來(lái)預(yù)測(cè)誤差直方圖初始位置T±m(xù)兩側(cè)像素?cái)U(kuò)展平移所帶來(lái)的失真。為此，假定編碼的擴(kuò)展率為這里L(fēng)表示原始的信息長(zhǎng)度，CL表示編碼擴(kuò)展后的信息長(zhǎng)度。為了避免多余平移帶來(lái)的多余失真問(wèn)題，CL可以選擇為預(yù)測(cè)誤差直方圖的嵌入范圍在之內(nèi)，即

IRZL編碼的原始思想就是將L長(zhǎng)度的信息嵌入到CL長(zhǎng)度的全零載體中［30］。它主要利用雙層編碼結(jié)構(gòu)，在外層嵌入1個(gè)比特信息，根據(jù)外層比特決定是否在內(nèi)層使用RZL編碼嵌入信息。假設(shè)載體序列是一個(gè)全0序列，將嵌入信息序列得到載密序列下面將描述IRZL編碼的信息嵌入過(guò)程。

1）令P1=0，P2=0。

下文中，下標(biāo) 1P表示上一個(gè)被修改的載體碼元的位置，下標(biāo)2P表示上一個(gè)被嵌入載體的信息比特的位置。k是編碼參數(shù)（k≥0），即通過(guò)在載體中跳過(guò)2k個(gè)碼元來(lái)嵌入一比特信息“0”；否則，讀取接下來(lái)的k個(gè)信息比特將其看作一個(gè)k位二進(jìn)制數(shù)，

從而原始像素分為兩部分m1和m2，其中一部分長(zhǎng)度L1=αL，另一部分長(zhǎng)度L2=βL，這里L(fēng)為原始信息長(zhǎng)度。通過(guò)編碼，得到兩部分?jǐn)U展信息dm1和dm2，其長(zhǎng)度總合為CL。

在信息提取和原始圖像恢復(fù)過(guò)程中，首先得到的也是編碼后的擴(kuò)展秘密信息dm1和dm2，下面介紹解碼原始的秘密信息m的步驟。

1）令P1=0，P2=0。

3 未來(lái)展望

3.1 優(yōu)化對(duì)比度增強(qiáng)方法的可逆信息隱藏

從前面的分析可以看出，目前，具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏方法是在不同的載體直方圖上進(jìn)行類似直方圖均衡化的對(duì)比度增強(qiáng)操作。該方法的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)便，但是缺點(diǎn)在于無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的對(duì)比度增強(qiáng)效果，且會(huì)容易產(chǎn)生細(xì)節(jié)遺失的情況以及出現(xiàn)過(guò)度增強(qiáng)等問(wèn)題。實(shí)際上，目前，在圖像處理研究領(lǐng)域中對(duì)比度增強(qiáng)算法已有較多優(yōu)化的算法。例如，針對(duì)傳統(tǒng)直方圖均衡化后圖像過(guò)度增強(qiáng)問(wèn)題，Kim等［31］提出了均值分割的BBHE算法，Chen等［32］提出了遞歸均值分割直方圖的RMSHE算法，Wang等［33］提出了等面積的雙子圖像的 DSIHE算法，Sim等［34］提出了遞歸的RSIHE算法，Chen等［35］提出了最小均值誤差的MMBEBHE算法；針對(duì)有些圖像部分灰度級(jí)，特別是圖像細(xì)節(jié)的灰度級(jí)被過(guò)度合并，而導(dǎo)致圖像部分細(xì)節(jié)信息丟失的問(wèn)題，有學(xué)者提出了一種均衡化處理后再增加圖像灰度級(jí)的算法。應(yīng)該說(shuō)目前的對(duì)比度增強(qiáng)算法也是期望與主觀視覺(jué)相一致的，從主觀上真正實(shí)現(xiàn)自然的對(duì)比度增強(qiáng)效果。接下來(lái)，可以考慮將進(jìn)一步優(yōu)化的對(duì)比度增強(qiáng)算法有機(jī)地融合到可逆信息隱藏算法中，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的具有自然對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏算法。

3.2 完善適用于對(duì)比度增強(qiáng)算法的評(píng)價(jià)體系

目前，討論的具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏方法雖然眾多，但是當(dāng)評(píng)價(jià)各自方法性能優(yōu)劣的時(shí)候，除了用傳統(tǒng)的峰值信噪比作為其中一個(gè)指標(biāo)外，一般還使用來(lái)判斷原始圖像和增強(qiáng)圖像的對(duì)比度增強(qiáng)程度。這里，Stde、Stdo分別表示原始圖像和增強(qiáng)圖像的標(biāo)準(zhǔn)差。從公式可以看出它也是針對(duì)點(diǎn)信息的計(jì)算結(jié)果，難以從主觀視覺(jué)的角度給出一個(gè)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。目前，圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域也鮮有針對(duì)對(duì)比度增強(qiáng)效果的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［36］，下一步可以考慮設(shè)計(jì)適用于具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏方法的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，從而完善現(xiàn)有可逆信息隱藏方法的比較，真正找到具備優(yōu)化對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏。

3.3具備其他圖像處理操作的可逆信息隱藏

隨著圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，各種圖像處理技術(shù)層出不窮。例如，常見(jiàn)的美圖軟件等，除了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的類似提高對(duì)比度等操作外，還可以進(jìn)行大量的圖像處理操作。那么，是否可以考慮將這種圖像處理操作與可逆信息隱藏技術(shù)相融合，實(shí)現(xiàn)一種圖像行為藝術(shù)的信息隱藏技術(shù)呢？例如，可以在對(duì)圖片進(jìn)行PS操作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息的可逆性隱藏，從某種程度上來(lái)說(shuō)，該操作本身也提高了圖片的安全性，實(shí)現(xiàn)了隱私保護(hù)的目的。

4　結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)的可逆信息隱藏技術(shù)往往是以峰值信噪比作為評(píng)價(jià)載密圖像質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)，從而傳統(tǒng)的可逆信息隱藏方法都在相同的嵌入率下追求高的PSNR參數(shù)值。為了達(dá)到此目的，近年來(lái)，可逆信息隱藏方法基本都采用排序或像素選擇，優(yōu)先使用平滑區(qū)域，因?yàn)槠交瑓^(qū)域預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，可以獲得更尖銳的預(yù)測(cè)誤差直方圖，但是修改平滑區(qū)域恰恰更容易造成人眼視覺(jué)的感知。所以，目前的可逆信息隱藏方法的主流方法與自然的視覺(jué)質(zhì)量評(píng)價(jià)有矛盾之處，究其原因在于目前可逆信息隱藏方法過(guò)于追求峰值信噪比。在最新的可逆信息隱藏研究中，已有學(xué)者從主觀視覺(jué)的角度提出了具有對(duì)比度增強(qiáng)效果的可逆信息隱藏方法［24～27］，該系列方法與傳統(tǒng)可逆信息隱藏追求高PSNR值的目的不同，其目的在于通過(guò)增強(qiáng)載體圖像的對(duì)比度來(lái)提高嵌入信息后的載密圖像的主觀視覺(jué)質(zhì)量。

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Research and prospect of reversible data hiding method with contrast enhancement

YANG Yang1，2，ZHANG Wei-ming1，HOU Dong-dong1，WANG Hui1，YU Neng-hai1

（1. CAS Key Laboratory of Electromagnetic Space Information，University of Science and Technology of China，Hefei 230027，China；2. Anhui University，School of Electronics and Information Engineering，Hefei 230039，China）

Reversible data hiding methods can recover the cover image losslessly after extracting the secret message from the marked image. Such technology can be used in the certification or the label of military，justice and medical images，which are sensitive and slight modification are not allowed. Especially for the medical images，RDH technology can be used in protecting the privacy of the patient. A series of RDH methods with contrast enhancement effect were introduced and classified into pixel-based histogram methods and prediction-error-based histogram methods according to the type of carrier in RDH scheme. The main purpose of such algorithms was to improve the subjective visual quality of marked images and to embed secret data into cover image reversibly meanwhile. These series of algorithms were suitable for the research of privacy protection of medical image. Finally，future development in this direction is prospected through analyzing the advantages and disadvantages of the existing work.

reversible data hiding，privacy protection，contrast enhancement，histogram shifting

TP393

A

10.11959/j.issn.2096-109x.2016.00045

2016-03-09；

2016-04-07。通信作者：俞能海，ynh@ustc.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.61572452，No.61502007）；中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)子課題基金資助項(xiàng)目（No.XDA06030601）；安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.1608085MF125）；中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.2015M582015）；安徽大學(xué)博士科研基金資助項(xiàng)目（No.J01001319）

Foundation Items： The National Natural Science Foundation of China（No.61572452，No.61502007），The Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences（No.XDA06030601），The Natural Science Foumdation of Anhui Province（No.1608085MF125），China Postdoctoral Science Foundation（No.2015M582015），Doctoral Scientific Research Foundation of Anhui University（No.J01001319）

楊楊（1980-），女，安徽合肥人，博士，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士后，安徽大學(xué)講師，主要研究方向?yàn)樾畔㈦[藏、圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。

張衛(wèi)明（1976-），男，河北定州人，博士，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)樾畔㈦[藏、密碼學(xué)和媒體內(nèi)容安全。

侯冬冬（1991-），男，安徽淮南人，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士生，主要研究方向?yàn)樾畔㈦[藏、圖像處理等。

王輝（1992-），男，浙江嘉興人，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士生，主要研究方向?yàn)槊芪挠蚩赡嫘畔㈦[藏、圖像處理等。

俞能海（1964-），男，安徽無(wú)為人，博士，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)閳D像處理與媒體內(nèi)容安全、互聯(lián)網(wǎng)信息檢索與數(shù)據(jù)挖掘。