5、图像无失真数据嵌入技术解析

图像无失真数据嵌入技术解析

1. 容量 - 失真权衡因素分析

在图像数据嵌入中，一个重要目标是在保持可逆失真尽可能小的同时最大化嵌入容量。影响容量 - 失真权衡的因素有多个，包括判别函数、翻转操作以及像素组的大小和形状。

翻转操作的幅度对容量的影响较为明显。随着幅度增加，容量会迅速上升。而像素组的大小和形状以及判别函数的选择则是更为复杂的问题。

实验表明，对于各种幅度，大约四个像素的组通常能提供最佳的整体容量。组太小会导致 R 组和 S 组之间的偏差过小，尽管组的数量增加了，但容量仍会下降。而大组虽然能使 R 组和 S 组之间产生较大偏差，且 U 组数量较少，但由于组的数量少，容量也会降低。此外，对于较小幅度，有时组大小为五时能获得最高容量；对于较大幅度（如大于 6），仅三个像素的小组能给出稍好的结果。

使用 n 个像素的组，其每像素的嵌入容量上限为 1/n 比特（bpp）。为了增加容量，可以使用重叠像素组而非不相交的组。然而，重叠组会带来问题，已修改的像素会影响未访问组的状态，这不仅会降低偏差、使数据提取过程复杂化，还可能导致无法恢复嵌入数据。可以通过在嵌入过程中不翻转重叠像素来避免这个问题，例如使用一行四个像素的组，只翻转中间两个像素，同时像之前一样从所有四个像素计算判别函数。这种技术的最大可能容量为 1/3 bpp，而四个像素的不相交组的容量为 1/4 bpp。

以下是不同组大小和重叠方式对容量影响的总结表格：
| 组大小 | 组类型 | 最大可能容量（bpp） |
| ---- | ---- | ---- |
| 4（不相交） | 不相交组 | 1/4 |
| 4（重叠，中间两像素翻转） | 重叠组