信息隐藏技术第二章节多媒体与密码学技术基础课件

1、第二章 多媒体与密码学技术基础,2010年10月12日,陈真勇 北京航空航天大学计算机学院 先进计算机应用技术教育部工程研究中心,2019/6/14,2,第一章概述内容回顾,实例演示 信息隐藏技术的重要性 发展历程 基本概念和范畴 主要应用领域,2019/6/14,3,第二章 主要内容,多媒体基本概念 多媒体压缩原理 多媒体主要标准介绍 有关的密码学知识介绍,2019/6/14,4,什么是多媒体,Multimedia (Wikipedia) Multimedia is media and content that utilizes a combination of different content forms. In general, multimedia includes a combination of text, audio, still images, animation, video, and interactivity content forms. Digital image and video 数字图像与视频,2019/6/14,5,由物理世界到数字世界的过程,图像等的

2、表示、采集、存储与传输 CCD,2019/6/14,6,彩色空间,彩色空间 所谓彩色空间，即彩色的表示模型。在数字图像中每个像素的颜色可以用8位、9位、16位、24位或32位表示。 RGB 彩色空间与YUV彩色空间（YCbCr） HSI彩色空间 H，色调；S，饱和度；I，光强度。 YIQ彩色空间 Y，亮度；I、Q，色度。,2019/6/14,7,采样,4:4:4 YCbCr,4:2:2 YCbCr,2019/6/14,8,采样,4:1:1 YCbCr,4:2:0 YCbCr,2019/6/14,9,Digital image,An image or picture is an artifact, usually two-dimensional, that has a similar appearance to some subjectusually a physical object or a person. A digital image is a representation of a two-dimensional image using ones and zeros (bina

3、ry). Depending on whether or not the image resolution is fixed, it may be of vector or raster type. Without qualifications, the term “digital image“ usually refers to raster images.,2019/6/14,10,BMP位图,位图（又称光栅图）是使用像素阵列来表示的图像，每个像素的色彩信息由RGB组合或者灰度值表示。根据颜色信息所需的数据位分为1、4、8、16、24及32位等，位数越高颜色越丰富，相应的数据量越大。其中使用1位表示一个像素颜色的位图因为一个数据位只能表示两种颜色，所以又称为二值位图。通常使用24位RGB组合数据位表示的的位图称为真彩色位图。 imread, imwrite JPG, TIFF, GIF, BMP, PNG, HDF, PCX, ,2019/6/14,11,BITMAP,typedef struct tagBITMAP LONG bmType; LONG bmWidth; LONG

4、bmHeight; LONG bmWidthBytes; WORD bmPlanes; WORD bmBitsPixel; LPVOID bmBits; BITMAP, *PBITMAP; LoadImage(AfxGetInstanceHandle(), “logo.bmp“, IMAGE_BITMAP, 0, 0, LR_LOADFROMFILE) CBitmap,2019/6/14,12,常用的测试图像,Lena (Miss November 1972s centerfold),2019/6/14,13,History of Lena image,First Lady of Internet,May 1997,2019/6/14,14,Lena,戴维C蒙森（David C.Munson）,IEEE图像处理汇刊（IEEE Transactions on Image Processing）的主编, 在1996年1月引用了两个原因来说明莱娜图在科研领域流行的原因：1.该图适度的混合了细节、平滑区域、阴影和纹理，从而能很好的测试各种图像处理算法。2.Lena是个美女，对于图象处理界的研究

5、者（大部分都是男性）来说，美女图可以有效的吸引他们来做研究。,2019/6/14,15,常用的测试图像,Baboon Barbara,2019/6/14,16,常用的测试图像,http:/www-2.cs.cmu.edu/%7Ecil/v-images.html,2019/6/14,17,Digital video,Video is the technology of electronically capturing, recording, processing, storing, transmitting, and reconstructing a sequence of still images representing scenes in motion. Digital video is a type of video recording system that works by using a digital rather than an analog video signal. fps: 2530,2019/6/14,18,YUV原始视频文件,YUV文件格式 Y: width

6、xheight; UV: (width/2)x(height/2). CIF: 352x288 QCIF: 176x144 SIF: 352x240,2019/6/14,19,常用的测试视频序列,Vectra Akiyo,2019/6/14,20,常用的测试视频序列,Vectra Akiyo,Foreman Miss_Am Carphone Grandma,Salesman Claire Trevor Suzie,2019/6/14,21,YUVPlayer播放器,YUVPlayer,2019/6/14,22,YUV原始视频数据的读取,function y, u, v = getyuvdata(fparams, filename, frameno) width = fparams(1); height = fparams(2); y = zeros(width, height); u = zeros(width/2, height/2); v = zeros(width/2, height/2); fid = fopen(filename, r); seeks = width*heig

7、ht*3*(frameno-1)/2; fseek(fid, seeks, -1); for i=1:height y(:, i) = fread(fid, width, char); end seeks = width*height*3*(frameno-1)/2+width*height; fseek(fid, seeks, -1); for i=1:height/2 u(:, i) = fread(fid, width/2, char); end seeks = width*height*3*(frameno-1)/2+width*height+width*height/4; fseek(fid, seeks, -1); for i=1:height/2 v(:, i) = fread(fid, width/2, char); end fclose(fid);,2019/6/14,23,YUV原始视频数据的写入,function saveyuvdata(fparams, filename, frameno, y, u, v) width = fparams(1); height

8、= fparams(2); fid = fopen(filename, a); seeks = width*height*3*(frameno-1)/2; fseek(fid, seeks, -1); for i=1:height count = fwrite(fid, y(:, i), char); end seeks = width*height*3*(frameno-1)/2+width*height; fseek(fid, seeks, -1); for i=1:height/2 count = fwrite(fid, u(:, i), char); end seeks = width*height*3*(frameno-1)/2+width*height+width*height/4; fseek(fid, seeks, -1); for i=1:height/2 count = fwrite(fid, v(:, i), char); end fclose(fid);,2019/6/14,24,第二章 主要内容,多媒体基本概念 多媒体压缩原理 多媒体主要标准介绍 有关的密码学

9、知识介绍,2019/6/14,25,为什么要压缩,数据量庞大 image:1千万像素，每个像素3字节，30M； video: PAL，720x576x25x1.5=14.8M； 2hours，104G。 存储空间有限 300500G。 传输带宽有限 社区宽带12M。,2019/6/14,26,压缩的基本思想,去相关/去冗余 空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余。 人类感知特性 感知冗余，例如视觉冗余，人类视觉系统对于图像的任何变化，并不是都能感知的。,2019/6/14,27,人眼的视觉特性,视觉阈值 视觉阈值是指干扰或失真刚好可以被察觉的门限值，低于它就察觉不出来，高于它才看得出来，这是一个统计值。 亮度辨别阈值 当景物的亮度在背景亮度基础上增加很少时，人眼是辨别不出的，只有当亮度增加到某一数值时，人眼才能感觉其亮度有变化。人眼刚刚能察觉的亮度变化值称为亮度辨别阈值。,2019/6/14,28,人眼的视觉特性,空间分辨力 空间分辨力是指对一幅图像相邻像素的灰度和细节的分辨力，视觉对于不同图像内容的分辨力不同。 掩盖效应 指人眼对图像中量化误差的敏感程度，与图像信号变化的剧烈程度有关。,2019/6/14,29,压缩编码算法类型,无损（可逆、无失真）编码 Huffman编码，算术编码，行程长度编码等。 有损（不可逆、有失真）编码 预测编码，变换编码，运动估计与补偿编码等。,2019/6/14,30,预测编码DPCM,基本原理 以图像为例，DPCM的基本原理是基于相邻像素之间所具有的较强的相关性，每个像素可以通过以前已知的几个像素来作预测。,2019/6/14,31,预测编码DPCM,原理框图,量化器,输入,编码器,解码器,预测器,信 道,预测器,发送端,接收端,输出,2019/6/14,32,变换编码,信源序列 协方差矩阵 Karhunen-Loeve变换（最佳变换） DCT变换（准最佳变换）,2019/6/14,33,二维DCT变换,88的FDCT 88的ID

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