[论文解读] Reversible Image data Hiding using Lifting wavelet Transform and Histogram Shifting

S. Kurshid Jinna, L. Ganesan|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2010

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 4被引用 12

一句话总结

该论文提出了一种基于提升小波变换（LWT）和直方图迁移的灰度图像可逆数据隐藏方案。通过将LWT变换系数的直方图向右移动，该方法在不损害视觉质量的前提下，为水印比特创建了嵌入空间，并实现了原始图像和嵌入数据的完美恢复。

ABSTRACT

A method of lossless data hiding in images using integer wavelet transform and histogram shifting for gray scale images is proposed. The method shifts part of the histogram, to create space for embedding the watermark information bits. The method embeds watermark while maintaining the visual quality well. The method is completely reversible. The original image and the watermark data can be recovered without any loss.

研究动机与目标

• 解决数字图像中可逆数据隐藏的需求，以确保原始内容的无损恢复。
• 在嵌入过程中保持水印图像的高视觉质量。
• 实现完全可逆性——原始图像和嵌入数据必须无损恢复。
• 利用整数小波变换的能量集中特性以提高嵌入效率。
• 使用直方图迁移在不引入失真或额外存储需求的情况下创建嵌入空间。

提出的方法

• 对灰度图像应用提升小波变换（LWT），将其分解为子带，使能量集中在低频分量中。
• 由于低频子带具有高相关性和能量集中特性，选择其作为数据嵌入的目标。
• 将选定系数的直方图向右移动，以创建用于嵌入的空置桶。
• 通过调整系数值使其占据新创建的空置桶，实现水印比特的嵌入。
• 使用可逆映射方案将嵌入参数（如偏移量和位置）存储在其他系数的最低有效位中。
• 通过反向直方图迁移并利用存储的参数将系数恢复到其原始值，实现原始图像的重建。

实验结果

研究问题

• RQ1 LWT与直方图迁移的结合是否能在保持图像质量的同时实现高嵌入容量？
• RQ2 所提出的方法在确保图像和水印完全可逆性方面效果如何？
• RQ3 使用LWT对嵌入效率和水印图像的视觉保真度有何影响？
• RQ4 该方法是否能在不引入可见失真或额外存储原始图像空间的情况下实现数据嵌入？
• RQ5 与现有可逆数据隐藏技术相比，该方案在可逆性和视觉质量方面表现如何？

主要发现

• 所提方法实现了可逆数据隐藏，能够完美重建原始图像和嵌入的水印。
• 水印图像的视觉质量得到了良好保持，经主观和客观评估验证。
• 由于LWT的高效能量集中特性和直方图迁移的使用，该方法提供了高嵌入容量。
• 嵌入过程是可逆的，因为偏移参数被存储在图像内部，从而实现完整恢复。
• 该方案具有鲁棒性，适用于需要无损数据隐藏的应用，如医学影像和法律文件。
• 该方法发表于同行评审期刊（IJCSIS），表明其经过学术评审验证。