基于混合高斯分布的小波系数直方图特征函数在隐写前后的变化分析

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引理 设
2
2
1()exp22x

fx




则()fx的傅氏变换

22
expexp2Fwfxjxdx





定理1 设
2
1
2

1
1

1exp22x
f




2
2
2

2
2

1exp22x
f




1122
()()()fxcfxcfx

其中121cc,101c,120,则对于任意的0,1p,以及满足

120pp和1122cpcpp的1p和2
p
,有


22
22

12
12
expexpexp444pppFFF






根据引理,也就是有
22
22
1122

22
22
12

1122

expexp2222expexp2222ppccppcc
















成立。
证明:首先对上面不等式做如下变换。

22
1
1
exp2k





,2222exp2k,2exp4a,

则上面不等式可以化为
12
11221122

pp
pp

ckackackacka


1
2

c

c

,12kk,1ppxa。

利用1122cpcpp和121cc得到

12
pppp

于是,不等式可以进一步化为

1110xx





111gxxx



注意到10g,又根据1122cpcpp和12pp可以得到1pp,进而有1x。
因此证明上面不等式只须证明gx是1,上的增函数。gx在1,上的一
阶导函数为

111gxxx




解0gx得到

11x


注意到由120可以得到1,因此上式显然成立,也就是说gx是

1,

上的增函数。证毕!
定理1的物理意义:
原图像小波系数直方图对应的频率为F。当选用两种不同的隐写方法,修改
同一幅图像的小波系数,完成相同数据量的嵌入时,前者是每个位置上的小波系
数被等可能地修改,嵌入率为p,嵌入噪声服从0,2pN,修改后的小波系数直

方图对应的频率为22exp4pF,而后者是较多地选择小波系数中方差较
大的那一类总体进行修改,在方差较大的总体中嵌入率为2p,在方差较小的总
体中嵌入率为1p,用1122cpcpp表示两种方法嵌入量相同,修改后的小波系
数直方图对应的频率为221212expexp44ppFF,满足12pp和
22
12


。定理1表明前者小于后者。也就是说,在完成相同嵌入量的前提下,

尽管两种方法都使幅值降低,但后者造成的改变更小。从这个变化上看,后者比
前者的方法更安全。