CN103413269A - 一种图像隐写方法和秘密信息提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像隐写方法和秘密信息提取方法；图像隐写方法包括：(1)将大小为N₁×N₂的二维载体图像I的像素信息转换为一组连续不重叠的一维像素值数据,计算每对像素值的差值；(2)对秘密信息S进行DES加密，将加密后秘密信息S′转为十进制整数q；（3）将(1)计算的d_i值划分为四个区间T_j；(4)由公式

计算得到

利用DE方法将

嵌入到像素对(x_i,y_i)中；(5)检查是否溢出。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的隐写方法可以显著提高载体图像的嵌入容量，并有效控制图像失真；本发明提供的隐写方法具有一定的安全性，可以抵抗RS攻击等隐写分析能力；本发明提供的隐写方法可以在移动智能终端主流软件和硬件平台上高效地运行。

Description

一种图像隐写方法和秘密信息提取方法

技术领域

本发明涉及一种图像隐写方法和秘密信息提取方法。

背景技术

隐写术是利用文本、声音、图像以及视频等多媒体中的冗余和人类感官冗余，把信息隐藏在多媒体中，通过公共网络传送出去而实现了的隐蔽通信。隐写术不但隐藏了通信的内容，同时隐藏了通信的事实。由于网络上图像的大量存在以及图像数据的冗余大、可嵌入秘密信息的容量也大等特点，目前主流的隐写术是以图像为载体的。不可感知性是隐写术重要的特性，也叫透明性或者抗检测性能。它包含视觉不可感知性或者统计不可感知性，通过改进隐写术实现方法，或者选择合适的隐写载体，或者改善载体图像与秘密信息之间的匹配关系，都可以提高隐写术的不可感知性。

隐写术不同于传统加密技术，加密技术是以密码学为理论基础，对明文进行加密变换来隐藏通信内容，难以掩盖通信发生的事实，而密文传输易引起敌方的怀疑，进而可能被截获、攻击或破译。隐写术弥补了密码技术隐蔽性的不足，它是通过将通信内容秘密地隐藏在公开载体媒体中进行传送，以掩盖真正的通信目的和通信发生的事实。隐写术与密码学不是竞争关系，二者可以相互补充，进一步保证隐蔽通信的安全性。

现有的图像隐写方法主要有：

(1)LSB方法

LSB（Least Significant Bit）方法是空间域方法里最简单的图像隐写方法，由Trikel等人于1993年提出。该方法将图像的像素值（以8位的灰度图像为例）划分为8个平面，每个平面对图像质量的影响不一样，平面从最高位到最低位，分别代表8位的二进制像素值从高到低；从高到低依次对图像质量的影响依次下降，最低几位对图像整体质量的改变作用很小。故将图像中这些不重要位像素值用秘密信息替换，则是LSB方法的核心嵌入过程。在嵌入过程中，可以顺序嵌入或者随机间隔插入。但这种方法得到的载密图像不可感知性好，且嵌入的信息量较大，但是通过直方图检测发现，该方法抗攻击能力弱。

(2)Patckwork方法

Patchwork方法也是一种比较常用的空域嵌入方法，该方法是由Bender等人提出的。该方法的原理是随机选取M个像素对(a_i,b_i)，将每个a_i的像素值加1，每个b_i的像素值减1，处理之后整个图像的像素均值没有改变。该方法的鲁棒性比较强，能抵抗FIR滤波、JPEG压缩或图像变换等攻击。但是具有明显缺点即本方法嵌入容量比较低.

(3)基于调色板图像的隐写方法

利用调色板的图像隐写方法，根据调色板组成数据的不同，可以有两种不同的隐写方式。一类是使用调色板数据进行隐写，原理是用秘密数据代替调色板的颜色向量LSB。另一类方法是用秘密信息代替实际的图像数据，即颜色的索引值。经过实验仿真后发现，该方法的鲁棒性较差，只要攻击者稍微对载密图像进行变换，就可以破坏图像里的秘密信息.

(4)EMD方法

一种利用修改方向的图像隐写方法（Exploiting Modification Direction，简称EMD方法），是Zhang and Wang于2006年提出的，在相同的嵌入量下，EMD方法亦提高了载密图像的质量。但是，LSB匹配方法和EMD方法的最大嵌入量分别只有1bpp和1.161bpp，不满足当前应用对高容量的需求。

(5)DE方法

针对提高EMD方法嵌入量的菱形编码图像隐写方法（Diamond Encoding，简称DE方法），DE方法的原理是采用像素对匹配，通过菱形编码的方式隐写数据信息，该方法的优点是对像素值的改动比较小，保持很好的图像质量。若在嵌入量比较小的情况下，DE方法绝对是很好的选择；但是在很高嵌入量的情况下，DE方法会使图像质量急剧下降。因为DE方法是按照嵌入量的大小来决定需要在几进制的符号系统里嵌入数据信息。如果需要嵌入的数据量比较大，则需要在一个高进制的符号系统里嵌入秘密信息。由于该方法并没有根据人类视觉系统（HVS）对不同的区域嵌入不同的数据信息，故必然会造成图像的失真。

综上，在保持较好图像不可感知性和一定抗隐写分析能力的前提下，提供一种图像隐写方法来解决隐写方法嵌入容量小的问题是目前迫切需要的。

发明内容

本发明首要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种图像隐写方法，利用该方法进行图像隐写时，能够嵌入大容量秘密数据，并且还能很好的控制图像失真。

本发明进一步要解决的技术问题是提供一种采用上述图像隐写方法的基础上的秘密信息提取方法。

本发明解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：该图像隐写方法，用于将秘密信息S嵌入大小为N₁×N₂的载体图像I中，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、采用zigzag扫描方式，以从上到下的顺序，将大小为N₁×N₂的二维载体图像I的像素信息转换为一组连续不重叠的一维像素值数据，相邻的两个像素值为一组，并将每一组像素值用W_i表示，W_i中的一对像素值用(x_i,y_i)表示,0≤i≤N₁×N₂/2，然后由d_i=|x_i-y_i|，计算每对像素值的差值；

(2)、对秘密信息S进行DES加密，将加密后秘密信息S′转为十进制整数q；

(3)、将(1)计算的d_i值划分为四个区间T_j，j=1,2,3,4，其中T₁的区间范围为[0,15],T₁的宽度为16，嵌入参数为3，使用的嵌入进制系统为25；T₂的区间范围为[16,47],T₂的宽度为32，嵌入参数为4，使用的嵌入进制系统为41；T₃的区间范围为[48,111],T₃的宽度为64，嵌入参数为5，使用的嵌入进制系统为61；T₄的区间范围为[112,255],T₄的宽度为144，嵌入参数为6，使用的嵌入进制系统为85；根据(1)计算的d_i值，得到d_i所属的范围T_j，根据T_j，得到此像素组的嵌入参数，然后利用公式B(d_i)=2k²+2k+1得到该像素组所在区域所使用的嵌入式进制系统B(d_i)，其中k为嵌入参数；

(4)、由公式

计算得到

利用DE方法将

嵌入到像素对(x_i,y_i)中，得到嵌入后的载密像素对(x_i′,y_i′)，设d_i′为嵌入后载密像素对(x_i′,y_i′)的差值，即d_i′=|x_i′-y_i′|，此处DE方法为一个针对提高EMD方法嵌入量的菱形编码图像隐写方法(Diamond Encoding，简称DE方法)，EMD方法是一种利用修改方向的图像隐写方法(Exploiting Modification Direction，简称EMD方法)；

(5)、检查是否溢出，如果x_i′或y_i′不在[0,255]的范围内，则对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，否则跳转到(7)；对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整的方式为：

定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\′\′},{y_i}^{\′\′})=((2k+1){x_i}^{\′\′}+{y_i}^{\′\′})\mathrm{mod}B\left(d_i\right)=S_{B\left(d_i\right)}$ 和d_i=d_i〃条件的坐标(x_i〃,y_i〃)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i〃=|x_i〃-y_i〃|，

0≤x_i〃,y_i〃≤255，然后将x_i〃赋值给x_i，y_i〃赋值给y_i，即使x_i=x_i〃,y_i=y_i〃；

(6)、在(5)基础上，对载密像素对(x_i′,y_i′)进行区间检查，若d_i′=|x_i′-y_i′|不在d_i=|x_i-y_i|内，同样需要对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，否则跳转到(7)；对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整的方式选用方案A或方案B：

方案A：根据d_i=|x_i-y_i|，由(3)中定义的方式确定使用的嵌入的进制系统B(d_i)，同样定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\′\′\′},{y_i}^{\′\′\′})=((2k+1){x_i}^{\′\′\′}+{y_i}^{\′\′\′})\mathrm{mod}B\left(d_i\right)=S_{B\left(d_i\right)}$ 和d_i=d_i″′条件的坐标(x_i″′,y_i″′)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i″′=|x_i″′-y_i″′|，

0≤x_i″′,y_i″′≤255，然后将x_i″′赋值给x_i，y_i″′赋值给y_i，即使x_i=x_i″′,y_i=y_i″′；

方案B：根据d_i′=|x_i′-y_i′|，由(3)中定义的方式确定使用的嵌入的进制系统B(d_i′)，同样定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\′\′\′\′},{y_i}^{\′\′\′\′})=((2k+1){x_i}^{\′\′\′\′}+{y_i}^{\′\′\′\′})\mathrm{mod}B\left({d_i}^{\′}\right)=S_{B\left({d_i}^{\′}\right)}$ 和d_i=d_i″″条件的坐标(x_i″″,y_i″″)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i″″=|x_i″″-y_i″″|，0≤x_i″″,y_i″″≤255，然后将x_i″″赋值给x_i，y_i″″赋值给y_i，即使x_i=x_i″″,y_i=y_i″″；

(7)、将

赋值给q，然后重复步骤(3)～(6)直到q=0，则得到载密图像I′。

作为改进，所述步骤(6)中，根据如下方式选择选用方案A还是方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整：

计算 $X_A=\frac{{\log }_{2}B\left(d_i\right)}{{(x_i-{x_i}^{\′\′\′})}^2+{(y_i-{y_i}^{\′\′\′})}^2};$

计算 $X_B=\frac{{\log }_{2}B\left({d_i}^{\′}\right)}{{(x_i-{x_i}^{\′\′\′\′})}^2+{(y_i-{y_i}^{\′\′\′\′})}^2};$

然后比较X_A和X_B的大小，如果X_A大，选用方案A对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，如果X_B大，选用方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，如果X_A＝X_B，选用方案A或方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整均可。

本发明解决上述进一步技术问题所采用的技术方案为：一种秘密信息提取方法，用于将秘密信息S从载密图像I′中提取出来，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、采用zigzag扫描方式，以从上到下的顺序，将大小为N₁×N₂的二维载密图像I′的像素信息转换为一组连续不重叠的一维像素值数据，相邻的两个像素值为一组，并将每一组像素值用W_i′表示，W_i′中的一对像素值用(x_i′,y_i′)表示,0≤i≤N₁×N₂/2；

(2)、根据d_i′=|x_i′-y_i′|，计算每对像素值的差值d_i′；将计算的d_i′值划分为四个区间T_j′，j=1,2,3,4，其中T₁′的区间范围为[0,15],T₁′的宽度为16，嵌入参数为3，使用的嵌入进制系统为25；T₂′的区间范围为[16,47],T₂′的宽度为32，嵌入参数为4，使用的嵌入进制系统为41；T₃′的区间范围为[48,111],T₃′的宽度为64，嵌入参数为5，使用的嵌入进制系统为61；T₄′的区间范围为[112,255],T₄′的宽度为144，嵌入参数为6，使用的嵌入进制系统为85；根据(1)计算的d_i′值，得到d_i′所属的范围T_j′，根据T_j′，得到此像素组的嵌入参数，然后利用公式B(d_i′)=2k²+2k+1得到该像素组所使用的嵌入式进制系统B(d_i′)，其中k为嵌入参数；

(3)、利用DE方法，在B(d_i′)进制里提取出秘密数据

此处DE方法为一个针对提高EMD方法嵌入量的菱形编码图像隐写方法(Diamond Encoding，简称DE方法)，EMD方法是一种利用修改方向的图像隐写方法(Exploiting ModificationDirection，简称EMD方法)；

(4)、重复(2)～(3)，直到所有的秘密数据被提取完毕；

(5)、将

信息转为十进制整数，再转为二进制数据信息，得到提取出来的秘密信息S′，最后再对秘密信息S′进行DES解密得到原始隐藏的秘密信息S。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的隐写方法可以显著提高载体图像的嵌入容量，并有效控制图像失真；本发明提供的隐写方法具有一定的安全性，可以抵抗RS攻击等隐写分析能力；本发明提供的隐写方法可以在移动智能终端主流软件和硬件平台上高效地运行。

附图说明

图1为本发明实施例一中图像隐写方法流程图。

图2为本发明实施例一中秘密信息提取方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

本实施例首先提供了一种图像隐写方法，用于将秘密信息S嵌入大小为N₁×N₂的载体图像I中，其包括如下步骤，参见图1所示：

(1)、采用zigzag扫描方式，以从上到下的顺序，将大小为N₁×N₂的二维载体图像I的像素信息转换为一组连续不重叠的一维像素值数据，相邻的两个像素值为一组，并将每一组像素值用W_i表示，W_i中的一对像素值用(x_i,y_i)表示,0≤i≤N₁×N₂/2，最后由d_i=|x_i-y_i|，计算每对像素值的差值；

(2)、对秘密信息S进行DES加密，将加密后的秘密信息S′转为十进制整数q；

(3)、将(1)计算的d_i值划分为四个区间T_j，j=1,2,3,4，其中T₁的区间范围为[0,15],T₁的宽度为16，嵌入参数为3，使用的嵌入进制系统为25；T₂的区间范围为[16,47],T₂的宽度为32，嵌入参数为4，使用的嵌入进制系统为41；T₃的区间范围为[48,111],T₃的宽度为64，嵌入参数为5，使用的嵌入进制系统为61；T₄的区间范围为[112,255],T₄的宽度为144，嵌入参数为6，使用的嵌入进制系统为85；根据(1)计算的d_i值，得到d_i所属的范围T_j，根据T_j，得到此像素组的嵌入参数，然后利用公式B(d_i)=2k²+2k+1得到该像素组所在区域所使用的嵌入式进制系统B(d_i)，其中k为嵌入参数；

(4)、由公式

计算得到利用DE方法将

嵌入到像素对(x_i,y_i)中，得到嵌入后的载密像素对(x_i′,y_i′)，设d_i′为嵌入后载密像素对(x_i′,y_i′)的差值，即d_i′=|x_i′-y_i′|，此处DE方法为一个针对提高EMD方法嵌入量的菱形编码图像隐写方法(Diamond Encoding，简称DE方法)，EMD方法是一种利用修改方向的图像隐写方法(Exploiting Modification Direction，简称EMD方法)；

(5)、检查是否溢出，如果x_i′或y_i′不在[0,255]的范围内，则对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，否则跳转到(7)；对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整的方式为：

定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\′\′},{y_i}^{\′\′})=((2k+1){x_i}^{\′\′}+{y_i}^{\′\′})\mathrm{mod}B\left(d_i\right)=S_{B\left(d_i\right)}$ 和d_i=d_i″条件的坐标(x_i″,y_i″)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i″=|x_i″-y_i″|，

0≤x_i″,y_i″≤255，然后将x_i″赋值给x_i，y_i″赋值给y_i，即使x_i=x_i″,y_i=y_i″；

(6)、在(5)基础上，对载密像素对(x_i′,y_i′)进行区间检查，若d_i′=|x_i′-y_i′|不在d_i=|x_i-y_i|内，同样需要对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，否则跳转到(7)；对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整的方式随机选用方案A或方案B中的一个：

方案A：根据d_i=|x_i-y_i|，由(3)中定义的方式确定使用的嵌入的进制系统B(d_i)，同样定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\′\′\′},{y_i}^{\′\′\′})=((2k+1){x_i}^{\′\′\′}+{y_i}^{\′\′\′})\mathrm{mod}B\left(d_i\right)=S_{B\left(d_i\right)}$ 和d_i=d_i″′条件的坐标(x_i″′,y_i″′)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i″′=|x_i″′-y_i″′|，

0≤x_i″′,y_i″′≤255，然后将x_i″′赋值给x_i，y_i″′赋值给y_i，即使x_i=x_i″′,y_i=y_i″′；

方案B：根据d_i′=|x_i′-y_i′|，由(3)中定义的方式确定使用的嵌入的进制系统B(d_i′)，同样定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\′\′\′\′},{y_i}^{\′\′\′\′})=((2k+1){x_i}^{\′\′\′\′}+{y_i}^{\′\′\′\′})\mathrm{mod}B\left({d_i}^{\′}\right)=S_{B\left({d_i}^{\′}\right)}$ 和d_i=d_i″″条件的坐标(x_i″″,y_i″″)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i″″=|x_i″″-y_i″″|，

0≤x_i″″,y_i″″≤255，然后将x_i″″赋值给x_i，y_i″″赋值给y_i，即使x_i=x_i″″,y_i=y_i″″；

(7)、将

赋值给q，然后重复步骤(3)～(6)直到q=0，则得到载密图像I′。

以上是本实施例中图像隐写方法的整个嵌入过程，为了更好的理解此方法，现举一个简单的例子来阐述。设从载体图像I中选取两组相邻的像素对，分别为(71,72)和(78,93)，需要嵌入的秘密数据S为100100₂，并将其从二进制转为十进制的整数q=36。首先在第一个像素对里嵌入信息，由公式d₁=|71-72|=1≤15，由(3)可知，可采用25进制系统，即B(d₁)=25，计算可以嵌入到该像素对的秘密数据，由公式s₂₅=36mod25=11₂₅可得，然后利用DE方法嵌入秘密数据，像素对(70,71)为嵌入后的载密像素对。因为载密像素对(70,71)没有溢出，而且两像素的差值所处的区间小于15，与原始像素对相同，故不需要进一步的调整。此像素对隐藏的数据为11₂₅，则剩下的需要隐写的数据为q=(36-11)/25=1。

接下来，需要处理第二组像素对，同样，由d₂=|78-93|=15≤15可知，此时选用的仍是25进制系统，即B(d₂)=25，嵌入的数据为s₂₅=1mod25=1₂₅。采用DE方法嵌入，得知嵌入后的载密图像为(76,94)，显然，没有溢出发生，按照嵌入过程的步骤6，检查像素对差值区间，由d₂′=|74-96|=22>15，与原始像素对差值区间不同，此时需要进行调整，否则在接收端不能正确提取出数据信息，如果采用方案A，在25进制系统里，通过解决最优化问题，得到的像素对为(80,91)，其像素差值为|80-91|=11≤15，满足要求；如果采用方案B，由步骤(3)可知，可以在41进制系统里嵌入秘密信息，则有s₄₁=1mod41=1₄₁；然后利用DE方法嵌入，得到嵌入后的像素对为(81,92)，没有出现溢出，且像素差值区间与原始的相同，故满足正确提取出信息的要求。

本实施例进一步提供了秘密信息的提取方法，用于将秘密信息S从载密图像I′中提取出来，其包括如下步骤，参见图2所示：

(1)、采用zigzag扫描方式，以从上到下的顺序，将大小为N₁×N₂的二维载密图像I′的像素信息转换为一组连续不重叠的一维像素值数据，相邻的两个像素值为一组，并将每一组像素值用W_i′表示，W_i′中的一对像素值用(x_i′,y_i′)表示,0≤i≤N₁×N₂/2；

(2)、根据d_i′=|x_i′-y_i′|，计算每对像素值的差值d_i′；将计算的d_i′值划分为四个区间T_j′，j=1,2,3,4，其中T₁′的区间范围为[0,15],T₁′的宽度为16，嵌入参数为3，使用的嵌入进制系统为25；T₂′的区间范围为[16,47],T₂′的宽度为32，嵌入参数为4，使用的嵌入进制系统为41；T₃′的区间范围为[48,111],T₃′的宽度为64，嵌入参数为5，使用的嵌入进制系统为61；T₄′的区间范围为[112,255],T₄′的宽度为144，嵌入参数为6，使用的嵌入进制系统为85；根据(1)计算的d_i′值，得到d_i′所属的范围T_j′，根据T_j′，得到此像素组的嵌入参数，然后利用公式B(d_i′)=2k²+2k+1得到该像素组所使用的嵌入式进制系统B(d_i′)，其中k为嵌入参数；

(3)、利用DE方法，在B(d_i′)进制里提取出秘密数据此处DE方法为一个针对提高EMD方法嵌入量的菱形编码图像隐写方法(Diamond Encoding，简称DE方法)，EMD方法是一种利用修改方向的图像隐写方法(Exploiting ModificationDirection，简称EMD方法)；

(4)、重复(2)～(3)，直到所有的秘密数据被提取完毕；

(5)、将

信息转为十进制整数，再转为二进制数据信息，得到提取出来的加密秘密信息S′，然后再进行DES解密后得到原始隐藏的信息。

通过上述提取过程和重复步骤，可以将上面例子中的数据信息提取出来。扫描载密图像，得到其中的两组像素对(70,71)和(80,91)。针对(70,71)，有|70-71|=1<15，则有k=3，且B(d_i′)=25。故由DE方法，提取出来的数据为11₂₅。对于像素对(80,91)，利用同样的方法可得秘密数据为1₂₅。最后，提取出来的信息可以表示为(1,11)_{25,25}，这是一个多进制系统的数据表示，将其转为十进制整数，可以得到1×25+11=36，再将其转为二进制，即100100₂，与嵌入时的秘密数据信息相同。

实施例二

与实施例一不同的是，所述步骤(6)中，根据如下方式选择选用方案A还是方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整：

计算 $X_A=\frac{{\log }_{2}B\left(d_i\right)}{{(x_i-{x_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;})}^2+{(y_i-{y_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;})}^2};$

计算 $X_B=\frac{{\log }_{2}B\left({d_i}^{\&prime;}\right)}{{(x_i-{x_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;\&prime;})}^2+{(y_i-{y_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;\&prime;})}^2};$

然后比较X_A和X_B的大小，如果X_A大，选用方案A对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，如果X_B大，选用方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，如果X_A＝X_B，选用方案A或方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整均可。

在实施例一举出的例子中，

当B(d₂)=25时，有 $X_A=\frac{{\log }_{2}25}{{(78-80)}^2+{(93-{91}^{\&prime;})}^2}\&ap;0.58;$

当B(d₂′)=41时，有 $X_B=\frac{{\log }_{2}41}{{(78-81)}^2+{(93-92)}^2}\&ap;0.54;$

因为X_A大于X_B，所以，仍然选择B(d₂)=25作为嵌入的进制系统。由于q=(1-1)/25=0，所以所有的数据都被隐写进像素对，载体图像的两组像素对(71,72)和(78,93)被(70,71)和(80,91)代替，整个嵌入过程完毕。

Claims (3)

1.一种图像隐写方法，用于将秘密信息S嵌入大小为N₁×N₂的载体图像I中，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、采用zigzag扫描方式，以从上到下的顺序，将大小为N₁×N₂的二维载体图像I的像素信息转换为一组连续不重叠的一维像素值数据，相邻的两个像素值为一组，并将每一组像素值用W_i表示，W_i中的一对像素值用(x_i,y_i)表示,0≤i≤N₁×N₂/2，最后由d_i=|x_i-y_i|，计算每对像素值的差值；

(2)、对秘密信息S进行DES加密，并将加密后的秘密信息S′转为十进制整数q；

(3)、将(1)计算的d_i值划分为四个区间T_j，j=1,2,3,4，其中T₁的区间范围为[0,15],T₁的宽度为16，嵌入参数为3，使用的嵌入进制系统为25；T₂的区间范围为[16,47],T₂的宽度为32，嵌入参数为4，使用的嵌入进制系统为41；T₃的区间范围为[48,111],T₃的宽度为64，嵌入参数为5，使用的嵌入进制系统为61；T₄的区间范围为[112,255],T₄的宽度为144，嵌入参数为6，使用的嵌入进制系统为85；根据(1)计算的d_i值，得到d_i所属的范围T_j，根据T_j，得到此像素组的嵌入参数，然后利用公式B(d_i)=2k²+2k+1得到该像素组所在区域所使用的嵌入式进制系统B(d_i)，其中k为嵌入参数；

(4)、由公式

计算得到利用DE方法将

嵌入到像素对(x_i,y_i)中，得到嵌入后的载密像素对(x_i′,y_i′)，设d_i′为嵌入后载密像素对(x_i′,y_i′)的差值，即d_i′=|x_i′-y_i′|，此处DE方法为一个针对提高EMD方法嵌入量的菱形编码图像隐写方法(Diamond Encoding，简称DE方法)，EMD方法是一种利用修改方向的图像隐写方法(Exploiting Modification Direction，简称EMD方法)；

(5)、检查是否溢出，如果x_i′或y_i′不在[0,255]的范围内，则对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，否则跳转到(7)；对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整的方式为：

定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\&prime;\&prime;},{y_i}^{\&prime;\&prime;})=((2k+1){x_i}^{\&prime;\&prime;}+{y_i}^{\&prime;\&prime;})\mathrm{mod}B\left(d_i\right)=S_{B\left(d_i\right)}$ 和d_i=d_i″条件的坐标(x_i″,y_i″)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i″=|x_i″-y_i″|，0≤x_i″,y_i″≤255，然后将x_i″赋值给x_i，y_i″赋值给y_i，即使x_i=x_i″,y_i=y_i″；

(6)、在(5)基础上，对载密像素对(x_i′,y_i′)进行区间检查，若d_i′=|x_i′-y_i′|不在d_i=|x_i-y_i|内，同样需要对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，否则跳转到(7)；对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整的方式选用方案A或方案B：

方案A：根据d_i=|x_i-y_i|，由（3）中定义的方式确定使用的嵌入的进制系统B(d_i)，同样定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;},{y_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;})=((2k+1){x_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;}+{y_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;})\mathrm{mod}B\left(d_i\right)=S_{B\left(d_i\right)}$ 和d_i=d_i″′条件的坐标(x_i″′,y_i″′)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i″′=|x_i″′-y_i″′|，0≤x_i″′,y_i″′≤255，然后将x_i″′赋值给x_i，y_i″′赋值给y_i，即使x_i=x_i″′,y_i=y_i″′；

方案B：根据d_i′=|x_i′-y_i′|，由(3)中定义的方式确定使用的嵌入的进制系统B(d_i′)，同样定义一个正方形区域Ψ_R，大小为2R+1，且设定R=3k，通过计算，找到满足 $f({x_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;\&prime;},{y_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;\&prime;})=((2k+1){x_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;\&prime;}+{y_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;\&prime;})\mathrm{mod}B\left({d_i}^{\&prime;}\right)=S_{B\left({d_i}^{\&prime;}\right)}$ 和d_i=d_i″″条件的坐标(x_i″″,y_i″″)，其中k为嵌入参数，k由原始图像(x_i,y_i)通过(3)中定义的方式确定，d_i=|x_i-y_i|，d_i″″=|x_i″″-y_i″″|，

0≤x_i″″,y_i″″≤255，然后将x_i″″赋值给x_i，y_i″″赋值给y_i，即使x_i=x_i″″,y_i=y_i″″；

(7)、将

赋值给q，然后重复步骤(3)～(6)直到q=0，则得到载密图像I′。

2.根据权利要求1所述的图像隐写方法，其特征在于：所述步骤(6)中，根据如下方式选择选用方案A还是方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整：

计算 $X_A=\frac{{\log }_{2}B\left(d_i\right)}{{(x_i-{x_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;})}^2+{(y_i-{y_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;})}^2};$

计算 $X_B=\frac{{\log }_{2}B\left({d_i}^{\&prime;}\right)}{{(x_i-{x_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;\&prime;})}^2+{(y_i-{y_i}^{\&prime;\&prime;\&prime;\&prime;})}^2};$

然后比较X_A和X_B的大小，如果X_A大，选用方案A对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，如果X_B大，选用方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整，如果X_A＝X_B，选用方案A或方案B对载密像素对(x_i′,y_i′)进行调整均可。

3.一种秘密信息提取方法，用于将秘密信息S从载密图像I′中提取出来，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、采用zigzag扫描方式，以从上到下的顺序，将大小为N₁×N₂的二维载密图像I′的像素信息转换为一组连续不重叠的一维像素值数据，相邻的两个像素值为一组，并将每一组像素值用W_i′表示，W_i′中的一对像素值用(x_i′,y_i′)表示,0≤i≤N₁×N₂/2；

(2)、根据d_i′=|x_i′-y_i′|，计算每对像素值的差值d_i′；将计算的d_i′值划分为四个区间T_j′，j=1,2,3,4，其中T₁′的区间范围为[0,15],T₁′的宽度为16，嵌入参数为3，使用的嵌入进制系统为25；T₂′的区间范围为[16,47],T₂′的宽度为32，嵌入参数为4，使用的嵌入进制系统为41；T₃′的区间范围为[48,111],T₃′的宽度为64，嵌入参数为5，使用的嵌入进制系统为61；T₄′的区间范围为[112,255],T₄′的宽度为144，嵌入参数为6，使用的嵌入进制系统为85；根据(1)计算的d_i′值，得到d_i′所属的范围T_j′，根据T_j′，得到此像素组的嵌入参数，然后利用公式B(d_i′)=2k²+2k+1得到该像素组所使用的嵌入式进制系统B(d_i′)；

(3)、利用DE方法，在B(d_i′)进制里提取出秘密数据

此处DE方法为一个针对提高EMD方法嵌入量的菱形编码图像隐写方法(Diamond Encoding，简称DE方法)，EMD方法是一种利用修改方向的图像隐写方法(Exploiting ModificationDirection，简称EMD方法)；

(4)、重复(2)～(3)，直到所有的秘密数据被提取完毕；

(5)、将

信息转为十进制整数，再转为二进制数据信息，得到提取出来的秘密信息S′，最后再对秘密信息S′进行DES解密得到原始隐藏的秘密信息S。

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