可逆信息隱藏算法的圖像信息處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

山東華宇工學(xué)院 肖媛媛

在新時(shí)期環(huán)境下，信息化和智能化技術(shù)迅速發(fā)展，人們對(duì)信息資源的需求也在不斷增加，而視覺(jué)信息是信息資源中的重要部分，是人們獲取信息的重要載體。在圖像信息的傳輸中，想要實(shí)現(xiàn)視覺(jué)信息的有效獲取，圖像信息的處理至關(guān)重要，人們也是不斷對(duì)相關(guān)處理技術(shù)進(jìn)行研究，下面，文章就主要針對(duì)基于可逆信息隱藏算法的圖像信息處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，希望對(duì)相關(guān)工作的研究提供參考。

圖像信息處理是圖像信息傳輸過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到圖像信息的質(zhì)量，在傳統(tǒng)圖像信息的處理中，由于存在圖像失真較大可能性，導(dǎo)致圖像信息質(zhì)量存在不足，為了避免此類情況的出現(xiàn)，逐漸產(chǎn)生了基于可逆信息隱藏算法的圖像信息處理系統(tǒng)。通過(guò)此處理系統(tǒng)的使用，能夠有效提升圖像信息處理的質(zhì)量，避免信息提取之后無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全無(wú)損恢復(fù)，而基于可逆信息隱藏算法的圖像信息處理系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，就是文章主要研究的內(nèi)容。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

把處理器ARM和可逆信息的處理算法在圖像信息的處理系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用，得到基于可逆信息隱藏算法的圖像信息處理系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過(guò)圖像采集的模塊對(duì)圖像信息采集，借助ARM的處理器以可逆信息的隱藏算法對(duì)圖像信息實(shí)現(xiàn)隱藏，使用串口與以太網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，得到最終圖像的隱藏信息之后以SD卡的模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)處理模塊

此模塊是系統(tǒng)內(nèi)ARM的處理器核心性模塊，此模塊借助可逆信息的隱藏算法對(duì)圖像信息進(jìn)行處理。在圖像信息的處理系統(tǒng)中，要求對(duì)圖像具有極高的識(shí)別和跟蹤的性能，實(shí)時(shí)性以及可靠性也有嚴(yán)格要求，才能夠?qū)Υ罅康膱D像信息實(shí)現(xiàn)處理和運(yùn)算。把阿爾特拉公司Cyclone可編程的邏輯芯片和S3C44BOX類型ARM的處理器進(jìn)行結(jié)合，對(duì)ARM選用S3C44BOX類型的ARM，此處理器具有很高性價(jià)比，通過(guò)ARM的處理器能夠?qū)D像實(shí)現(xiàn)預(yù)處理、信息疊加和信息的隱藏，對(duì)圖像信息的處理系統(tǒng)靈活性以及可擴(kuò)展性實(shí)現(xiàn)提升。圖像信息的處理系統(tǒng)內(nèi)總線結(jié)構(gòu)借助SAMBALL實(shí)施設(shè)置。

（2）液晶（LCD）模塊

此模塊能夠讓圖像信息的處理系統(tǒng)具備人機(jī)交互的功能，模塊內(nèi)LCD的顯示屏具備觸摸的功能，讓模塊接口和S3C44B0X的處理器進(jìn)行接口的連接，能夠?qū)D像信息的處理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性顯示。借助ADS78432的控制器對(duì)觸摸屏進(jìn)行控制，以四線電阻形式觸摸屏的控制算法對(duì)觸摸屏實(shí)施控制。此模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 液晶（LCD）模塊結(jié)構(gòu)

（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的模塊

此模塊能夠?qū)D像數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)傳送，對(duì)多芯片進(jìn)行通信，借助以太網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳送的接口和高速串行的接口達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)通信的目的；同時(shí)此模塊通過(guò)PCI的接口讓圖像信息的處理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的交互。而PCI的接口則是系統(tǒng)內(nèi)硬件數(shù)據(jù)的交換和控制的中心，以通信接口的模塊對(duì)圖像信息的處理系統(tǒng)和各設(shè)備的驅(qū)動(dòng)命令、數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，借助通信接口的模塊對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各模塊協(xié)調(diào)工作完成，對(duì)系統(tǒng)的圖像信息實(shí)施處理。在通信接口的模塊中，把所采集圖像信息和系統(tǒng)處理之后的數(shù)據(jù)以PCI的總線向通用PC發(fā)送，選擇PLX所制造PCI9030當(dāng)作通信數(shù)據(jù)的模塊內(nèi)接口的芯片。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的軟件中，主要涉及到圖像信息的隱藏、提取和載體圖像的恢復(fù)等模塊。

（1）系統(tǒng)圖像信息的隱藏模塊

此模塊主要通過(guò)可逆信息的隱藏算法對(duì)圖像信息進(jìn)行隱藏，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信息保護(hù)效果。先對(duì)載體圖像實(shí)施非重疊的分塊，把圖像塊進(jìn)行2×2大小的設(shè)置，后對(duì)每一個(gè)圖像塊依次處理，注意對(duì)圖像信息隱藏。

圖像信息的隱藏步驟為：

①按照n×n矩陣塊進(jìn)行256×256參考矩陣的生成，其中n的可選取值有4、8、16、32。

②圖像塊內(nèi)主要有4像素，且分別記作C(I,j)、C(I,j+1)、c(i+1,j)、C(i+1,j+1)。把它構(gòu)造為3個(gè)數(shù)量像素對(duì)，且把其轉(zhuǎn)換成平面的坐標(biāo)點(diǎn)，并記作P1(C(I,j)，c(I,j+1))、P2(C(I,j)，C(i+1,j))、P3(C(I,j)，C(i+1,j+1))。這些像素中，C(I,j)是載體圖像像素，而C(I,j+1)，C(i+1,j)、C(i+1,j+1)是插值計(jì)算后獲取的像素。

③把參考矩陣進(jìn)行平面區(qū)域的轉(zhuǎn)換，把P1、P2、P3向參考的矩陣內(nèi)映射，對(duì)所對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的位置查找。

④將參考矩陣內(nèi)P1當(dāng)作中心，向左右方向分別掃描，把所掃描n個(gè)像素進(jìn)行像素組G的構(gòu)建，把其信息通過(guò)十進(jìn)制進(jìn)行待隱藏的信息轉(zhuǎn)換，尋找G內(nèi)對(duì)應(yīng)的位置，對(duì)P1點(diǎn)縱坐標(biāo)替換，就對(duì)P1點(diǎn)信息實(shí)現(xiàn)隱藏。

⑤按照④中的方法對(duì)P2和P3的信息分別處理，對(duì)P2和P3信息實(shí)現(xiàn)隱藏。

⑥對(duì)步驟②和步驟⑤重復(fù)進(jìn)行，一直到全部圖像信息都得到隱藏。

（2）系統(tǒng)圖像信息的提取模塊

基于上述所隱藏圖像，進(jìn)行解碼程序嵌入，對(duì)圖像信息提取。其中解碼程序主要是對(duì)可逆信息的隱藏算法進(jìn)行解碼的算法，把隱藏信息進(jìn)行原始信息的轉(zhuǎn)換，對(duì)其實(shí)施提取。在常規(guī)條件下，對(duì)圖像具備歸屬權(quán)的相關(guān)人員才具備解碼的程序，而外人是不能實(shí)現(xiàn)圖像信息提取的，這樣能夠有效確保圖像信息具備良好安全性，防止圖像信息的泄露。解碼的密鑰主要以k1、k2進(jìn)行表示，在圖像信息的提取中，流程如圖2所示。

圖2 圖像信息的提取流程

（3）系統(tǒng)載體圖像的恢復(fù)模塊

完成對(duì)圖像信息的提取后，要對(duì)載體圖像進(jìn)行恢復(fù)，也就是對(duì)圖像信息的隱藏實(shí)施逆過(guò)程處理，程序如下：輸入隱藏圖像—定義相關(guān)函數(shù)—利用傅里葉定理計(jì)算函數(shù)參數(shù)—圖像信息解碼—完成載體圖像恢復(fù)。

此載體圖像的恢復(fù)函數(shù)是：

在上式內(nèi)，α和β都是載體圖像的恢復(fù)相關(guān)參數(shù)。

2 對(duì)載體圖像的恢復(fù)性分析

2.1 對(duì)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)中主要通過(guò)以太網(wǎng)的通信，為確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌剡M(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。通過(guò)測(cè)試后所得以太網(wǎng)的流量變化較大，則說(shuō)明此以太網(wǎng)的通信具有正常性和有效性。

2.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

基于上述所測(cè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開展實(shí)驗(yàn)，對(duì)載體圖像的恢復(fù)性以載體圖像的恢復(fù)程度來(lái)體現(xiàn)，其恢復(fù)的程度越大就說(shuō)明此載體圖像的恢復(fù)性就越好，否則其載體圖像的恢復(fù)性就越差。

在通過(guò)實(shí)驗(yàn)后所得數(shù)據(jù)分析，此設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)載體圖像的恢復(fù)程度對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)遠(yuǎn)高于，其最大值能夠?yàn)?0%，這也說(shuō)明此設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)載體圖像的恢復(fù)性更好。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，從軟件和硬件方面對(duì)基于可逆信息隱藏算法的圖像信息處理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得到，和傳統(tǒng)圖像信息的處理系統(tǒng)比較，文章所設(shè)計(jì)圖像信息的處理系統(tǒng)對(duì)載體圖像恢復(fù)性實(shí)現(xiàn)極大提升，這也充分說(shuō)明此圖像信息的處理系統(tǒng)具有處理的效果更加優(yōu)秀和突出。