CN103810664A - 一种信息隐藏方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信息隐藏方法，对原始图像进行加密，对加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，将秘密信息嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息的图像发出；接收嵌入有秘密信息的图像，并对嵌入有秘密信息的图像进行解密，将解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像。本发明还同时公开了一种信息隐藏装置；利用本发明，能提高秘密信息的提取正确率、原始图像的恢复正确率。

Description

一种信息隐藏方法及装置

技术领域

本发明涉及信息处理技术领域，具体涉及一种信息隐藏方法及装置。

背景技术

加密技术作为保障信息安全的最基本方法，在信息安全技术领域发挥着重要的作用。加密技术的实现思想是：在发送端利用密钥与原始数据进行某种处理或运算，使得原始数据变得不可识别；在接收端只有拥有密钥的一方才能利用密钥将加密后的数据恢复出来，进而得到原始数据。虽然，加密技术令原始数据变得不可识别，但是对于多媒体数据来说，如视频，音频以及图像等，加密后，这些多媒体数据变得不可识别，即“不可视”或者“不可听”，破坏了原始数据的价值和意义。另外，加密技术使得原始数据(明文)变成加密数据(密文)，虽然密文让人难以识别，但也正是这种密文与明文存在的巨大差异，暗示此原始数据的重要性，加大了攻击者的注意力和关注度，使得攻击者窃取密文并进行破解。

为保障信息传输的安全性，通常将信息加密技术与信息隐藏技术结合起来。信息隐藏技术是发送端将加密后的普通信息作为载体，利用嵌入运算将秘密信息嵌入到载体中进行传输；接收端利用提取运算将隐藏在普通载体中的秘密信息提取出来，进而得到秘密信息。其中，载体可以为图像，视频或音频等。这样，利用普通信息作为秘密信息的传输载体来进行信息交换，降低了关注度，提高了安全性。

现有技术中，发送端利用密钥对图像I进行加密处理，这里，加密处理具体是指密钥与图像I进行位异或，再将加密后的图像I’作为图像载体进行信息隐藏。具体的信息隐藏过程如下所述：加密后的图像I’作为秘密信息的载体图像进行信息嵌入，先将图像I’均等分割，分成多个图像块，每个图像块的像素为N×N；这里，取N＝8，需要嵌入的秘密信息比特的位数n＝1，那么，需要嵌入的秘密信息比特为0或1；对于每个图像块，利用一个随机密钥将N²像素随机且等分为2ⁿ个部分，即：两个部分S₀和S₁；

当需要嵌入的秘密信息为比特0时，将当前图像块中S₀部分的所有像素进行低三位取反，S₁部分的像素保持不变；

当需要嵌入的秘密信息为比特1时，将当前图像块中S₁部分的所有像素进行低三位取反，S₀部分的像素保持不变；

其中，每个像素由8比特组成；上述将低三位取反即是将组成每个像素的低三位比特进行取反，为原始嵌入模式；

对每个图像块都进行上述处理，便得到嵌入秘密信息后的加密载体图像I”。

在接收端，利用密钥对接收到嵌入秘密信息后的加密载体图像I”进行解密，得到解密后图像DI；先将图像DI分成多个图像块，每个图像块的像素为N×N，这里取N＝8；利用与接收端相同的随机密钥，将每个图像块进行随机且均等的划分，因为发送端嵌入的秘密信息比特位数为n＝1，所以嵌入的秘密信息比特为0或1，那么，在接收端需要提取的秘密信息比特位数仍然为1位，这里，将图像DI的每个图像块仍然划分为2ⁿ，即两个部分M₀和M₁；

将当前图像块中的M₀部分中所有像素进行低三位取反，得到M₀’；

将当前图像块中的M₁部分中所有像素进行低三位取反，得到M₁’；

M₀’和M₁组成一个新的图像块B₀，M₀和M₁’组成一个新的图像块B₁；那么，接下来就在新的图像块B₀、B₁中做出选择，依据公式(1)波动性预估公式来分别计算B₀和B₁的波动性f₀、f₁：

$f_x=\underset{u=2}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{v=2}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}|B_{x,u,v}-\frac{B_{x,u,v}+B_{x,u+1,v}+B_{x,u,v-1}+B_{x,u,v+1}}{4}|---\left(1\right)$

其中，x＝0、1，B_x，u，v表示B₀(B₁)处于位置(u，v)的像素取值；

得到B₀的波动性为f₀、B₁的波动性为f₁，并判断f₀和f₁大小，当f₀＜f₁，B₀为原始图像块，提取秘密信息比特0；当f₁＜f₀，B₁为原始图像块，提取秘密信息比特1；

从上述说明可看出，比较f_x的大小，取较小的值，最后将较小取值f_x的x由十进制转化为二进制，就是需要提取的秘密信息比特。

计算所有图像块的两个部分B₀和B₁的波动性，即可得到所有原始图像块和嵌入到加密图像I’中的所有秘密信息比特。

秘密信息是否能正确提取、以及原始图像是否能正确恢复，都需要依靠波动性的正确预估，波动性的预估与嵌入运算和提取运算有着密不可分的关系，嵌入运算对图像块植入的波动性越大，则预估时能得到更好的结果；提取运算的预估方法越精密，则提取的秘密信息越准确。

现有技术中的信息隐藏技术虽然令秘密信息的安全性得到了提高，但因为嵌入运算采用的原始嵌入模式即像素低三位取反(如图3(c)所示)、以及提取运算采用的波动性预估公式都比较简单，所以，存在着秘密信息正确提取率、原始图像恢复正确率不高的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种信息隐藏方法及装置，能够提高秘密信息提取正确率和原始图像恢复正确率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种信息隐藏方法，该方法包括：

对原始图像进行加密，对加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，将秘密信息嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息的图像发出；

接收嵌入有秘密信息的图像，并对嵌入有秘密信息的图像进行解密，将解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像。

上述方案中，所述对原始图像进行加密为：利用加密密钥对原始图像进行加密，形成加密后图像；

所述将秘密信息嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息的图像发出为：利用嵌入模式一或嵌入模式二将秘密信息比特嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息比特的图像块集合成图像并发送。

上述方案中，所述对嵌入有秘密信息的图像进行解密为：利用解密密钥对嵌入有秘密信息比特的图像进行解密，形成解密后图像；

所述提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像为：利用嵌入模式一或嵌入模式二、以及改进的波动性预估公式，将秘密信息比特从图像块相应部分中提取出来，直到嵌入到所有图像块的秘密信息均被提取，原始图像被恢复。

上述方案中，所述对加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分为：

将加密图像划分为多个均等且不重叠的图像块，每个图像块有像素S×S；再利用随机密钥将每个图像块均等分为2ⁿ个部分，每个部分的像素为S²/2ⁿ；其中，S、n均为正整数。

上述方案中，所述利用嵌入模式一或嵌入模式二，将秘密信息比特嵌入到图像块的相应部分为；

依据嵌入模式一或嵌入模式二运算规则，将当前图像块分割的第一个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第二部分至分割的最后一个部分像素保持不变；

将当前图像块分割的第二个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第一部分、第三部分至分割的最后一个部分的像素保持不变；

依此类推，直至处理完当前图像块的最后一个部分。

上述方案中，所述将解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分为：

将解密后图像划分为多个均等且不重叠的图像块，每个图像块有像素Y×Y；再利用随机密钥将每个图像块均等分为2ⁿ个部分，每个部分的像素为Y²/2ⁿ；其中，Y、n均为正整数，Y与S取值相同。

上述方案中，所述利用嵌入模式一或嵌入模式二、以及改进的波动性预估公式，将秘密信息比特从图像块相应部分中提取出来，直到嵌入到所有图像块的秘密信息均被提取，原始图像被恢复为：

依据嵌入模式一或嵌入模式二运算规则，将当前图像块分割的第一个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割第二部分至最后一个部分的像素保持不变，将当前图像块已进行嵌入运算的第一个部分与当前图像块像素保持不变的第二部分至最后一个部分集合成新的图像块；

将当前图像块分割的第二个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第一部分、第三部分至最后一个部分像素保持不变，将当前图像块已进行嵌入运算的第二个部分与当前图像块像素保持不变的第一部分、第三部分至最后一个部分集合成新的图像块；

依此类推，直至处理完当前图像块的最后一个部分；

利用改进的波动性预估公式，对所有新的图像块进行波动性计算，取波动性小的新的图像块为原始图像块，并提取相应的秘密信息比特；其中，所述改进的波动性预估公式为：

$f=\underset{u=1}{\overset{Y}{\mathrm{\Σ}}}\underset{v=1}{\overset{Y/2}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{u,v\×2}\⊕C_{u,v\×2-1}$

其中，C_u，v处于位置(u，v)的图像像素取值，Y为图像块像素值的均方根。

本发明还提供了一种信息隐藏装置，该装置包括：嵌入模块和提取及恢复模块；其中，

所述嵌入模块，用于对原始图像进行加密，对加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，将秘密信息嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息的图像发送至所述提取及恢复模块；

所述提取及恢复模块，用于接收来自所述嵌入模块的嵌入有秘密信息的图像，并对嵌入有秘密信息的图像进行解密，对经解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像。

上述方案中，所述嵌入模块包括：加密子模块、第一图像分割子模块、信息嵌入子模块；其中，

所述加密子模块，用于利用加密密钥对原始图像进行加密；

所述第一图像分割子模块，用于对加密后图像进行分割，形成图像块，再将每个图像块分割成两个以上部分；

所述信息嵌入子模块，用于利用嵌入模式一或嵌入模式二将秘密信息比特嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息比特的图像发送至所述提取及恢复模块。

上述方案中，所述提取及恢复模块包括：解密子模块、第二图像分割子模块、信息提取及图像恢复子模块；其中，

所述解密子模块，用于接收来自所述嵌入模块的嵌入有秘密信息比特的图像，并利用解密密钥对嵌入有秘密信息比特的图像进行解密；

所述第二图像分割子模块，用于对经解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分；

所述信息提取及图像恢复子模块，利用嵌入模式一或嵌入模式二、改进的波动性预估公式，提取嵌入的秘密信息比特，恢复原始图像。

本发明提供的信息隐藏方法及装置，在嵌入秘密信息时，利用嵌入模式一运算规则或嵌入模式二运算规则，对图像块中部分像素保持不变、部分像素进行低三位异或低四位异或，从而加大了图像像素之间的波动性；在提取秘密信息和恢复图像时，依据嵌入秘密信息时选取的嵌入模式进行图像块像素恢复，部分像素保持不变、部分像素进行低三位或低四位异或的运算，同时利用改进的波动性预估公式对嵌入的秘密信息进行提取和原始图像恢复；如此，能使秘密信息提取正确率、原始图像恢复正确率得到提高。

附图说明

图1为本发明的信息隐藏方法的流程示意图；

图2为本发明的信息隐藏方法的具体流程示意图；

图3(a)为本发明的嵌入模式一运算原理示意图；

图3(b)为本发明的嵌入模式二运算原理示意图；

图3(c)为原始嵌入模式运算原理示意图；

图4为本发明的图像块均等划分示意图；

图5为本发明的信息隐藏装置组成结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种信息隐藏方法，如图1所示，该方法包括：

步骤10：对原始图像进行加密，将加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，将秘密信息嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息的图像发出；

这里，可以利用嵌入模式一或嵌入模式二将秘密信息嵌入到图像块的相应部分；所述嵌入到图像块的相应部分是指嵌入到每个图像块分割的两个以上部分中，有的嵌入秘密信息，有的不嵌入秘密信息，具体哪些部分嵌入秘密信息可以是随机的；

步骤11：接收嵌入有秘密信息的图像，并对嵌入有秘密信息的图像进行解密，将解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像；

这里，可以利用嵌入模式一或嵌入模式二、以及改进的波动性预估公式提取嵌入的秘密信息，所采用的嵌入模式与步骤10中相同。

进一步的，如图2所示，步骤10包括：

步骤100：利用加密密钥对原始图像I进行加密，形成加密图像I’；

这里，原始图像为I，用I(i，j)表示原始图像I中位置(i，j)处的像素值，用b_i，j，0，b_i，j，1...，b_i，j，7表示每个像素的8比特位，每个像素的8个比特取值公式(2)所示：

如公式(3)所示，将原始图像I的像素与伪随机(比特)序列r_i，j，k进行位异或，将位异或后的比特进行如公式(4)的运算得到加密后的像素I’_i，j，由像素I’_i，j组成的图像为加密图像I’。

${b^{\′}}_{i,j,k}=b_{i,j,k}\⊕r_{i,j,k}---\left(3\right)$

${I^{\′}}_{i,j}=\underset{k=0}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{b^{\′}}_{i,j,k}\×2^k,0\≤k\≤7---\left(4\right)$

这里的伪随机(比特)序列r_i，j，k为加密密钥。

步骤101：对加密图像I’进行分割，形成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分；

这里，可以利用随机密钥将每个图像块划分为2ⁿ个均等部分；

具体的，本步骤可以为：将加密图像I’划分为A个均等且不重叠的图像块，每个图像块有像素S×S；再利用随机密钥将每个图像块均等分为2ⁿ个部分

这样，每个部分的像素为S²/2ⁿ；

其中，n为需要嵌入秘密信息比特的比特位数，n为正整数；虽然选择的n不同，即：需要嵌入秘密信息比特的比特位数不同令图像块划分的部分个数也有所不同，但是由图像块划分到部分的过程都是类似的；只要原始图像像素和每个图像块像素S×S已知，即可计算出A，A为正整数；后续方案中的随机密钥与这里的随机密钥相同。

步骤102：利用嵌入模式一或嵌入模式二，将秘密信息比特嵌入到图像块的相应部分；

这里，本发明中嵌入模式一、嵌入模式二的运算原理分别如图3(a)、图3(b)所示，图中为一个图像块有64个方格，每个方格代表一个像素；其中，

在采用嵌入模式一和嵌入模式二的图像像素模型中，填“0”的方格表示此像素保持不变；填“1”的方格表示此像素将与其相邻(左右和/或上下)保持不变的像素进行低三位异或；填“2”的方格表示此像素将与其相邻(左右和/或上下)保持不变的像素进行低四位异或；图3(c)为现有技术中原始嵌入模式的运算原理，填“1”的方格表示此像素进行低三位取反。

本发明中，嵌入模式一涉及到像素比特间的低三位异或；嵌入模式二既涉及到像素间的低三位异或也涉及到像素间的低四位异或，虽然选取的嵌入模式不同，但是嵌入运算过程是类似的。

举个例子来说，本例中选取嵌入模式一，选取S＝8，n＝1，说明此时每个图像块有像素64，需要嵌入秘密信息比特的比特位数为1位，即：需要嵌入的秘密信息比特为0或1，那么，此时每个图像块可均等分为2ⁿ＝2¹＝2个部分，当前图像块为B，那么，B可划分为均等的两个部分S₀和S₁，如图4所示，图4中白色方格为S₀、灰色方格为S₁，S₀和S₁的像素各为S₂/2ⁿ＝32个。

当嵌入秘密信息比特为0时，利用嵌入模式一运算规则，S₀部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位异或，如公式(5)或公式(6)所示，S₁部分的所有像素保持不变；

这里，所述嵌入模式一运算规则为：填“0”的方格表示此像素保持不变，填“1”的方格表示此像素将与其相邻(左右和/或上下)保持不变的像素进行低三位异或；

${S^{\′}}_{0,i,j,k}=B_{i,j,k}\⊕B_{i,j-1,k},(i,j)\∈s_{0}k=\mathrm{0,1,2}---\left(5\right)$

${S^{\′}}_{0,i,j,k}=B_{i,j,k}\⊕B_{i,j+1,k},(i,j)\∈s_{0}k=\mathrm{0,1,2}---\left(6\right)$

其中，B_i，j，k表示S₀部分在当前图像块B中位置(i，j)像素的第k位比特；

当嵌入秘密信息比特为1时，利用嵌入模式一运算规则，S₁部分的部分像素保持不变，部分像素进行低三位异或，如公式(7)或公式(8)所示，S₀部分的所有像素保持不变；

${S^{\′}}_{1,i,j,k}=B_{i,j,k}\⊕B_{i,j-1,k},(i,j)\∈s_{1}k=\mathrm{0,1,2}---\left(7\right)$

${S^{\′}}_{1,i,j,k}=B_{i,j,k}\⊕B_{i,j+1,k},(i,j)\∈s_{1}k=\mathrm{0,1,2}---\left(8\right)$

其中，B_i，j，k表示S₁部分在当前图像块B中位置(i，j)像素的第k位比特；利用上述方案，将A个均等且不重叠的图像块进行秘密信息比特的嵌入。这里，由于选取需要嵌入的秘密信息比特的比特位数n不同，导致图像块划分的部分个数2ⁿ也不同，但是由图像块划分到部分的过程都是类似的，均可利用嵌入模式一或者嵌入模式二进行秘密信息比特的嵌入。

这里，在进行说明时设置n＝1；当n取大于1的其它正整数时，所述的步骤102可以为：

依据嵌入模式一或嵌入模式二运算规则，将当前图像块分割的第一个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第二部分至分割的最后一个部分像素保持不变；

将当前图像块分割的第二个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第一部分、第三部分至分割的最后一个部分的像素保持不变；

依此类推，直至处理完当前图像块的最后一个部分。

步骤103：将嵌入有秘密信息比特的图像块集合成图像D’并发出。

进一步的，如图2所示，步骤11可以包括：

步骤110：接收嵌入有秘密信息比特的图像D’，利用解密密钥对嵌入有秘密信息比特的图像D’进行解密，形成解密图像DI；

具体的，本步骤利用前面所述的伪随机(比特)序列与图像D’进行一次位异或运算，如公式(9)所示，再利用公式(10)得到解密图像DI；

${d^{\′}}_{i,j,k}={d^{\′}}_{i,j,k}\⊕r_{i,j,k},0\≤k\≤7---\left(9\right)$

${\mathrm{DI}}_{i,j}=\underset{k=0}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{i,j,k}\×2^k---\left(10\right)$

其中，d_i，j，k为解密图像DI位置(i，j)的像素比特取值，d′_i，j，k为图像D’位置(i，j)的像素比特取值；DI_i，j为解密图像DI位置(i，j)的像素；这里，伪随机比特序列r_i，j，k为解密密钥，解密密钥和加密密钥可取相同值；

步骤111：对解密图像DI进行分割，形成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分；

这里，可以利用随机密钥将每个图像块划分为2ⁿ个均等部分；

具体的，本步骤为：将解密图像DI划分为P个均等且不重叠的图像块，每个图像块有像素Y×Y；利用与步骤10中相同的随机密钥，将每个图像块均等分为2ⁿ个部分M₀、M₁...M₂ ⁿ _-1，这样，每个部分的像素为Y₂/2ⁿ。

这里，因为步骤10中嵌入秘密信息比特的比特位数为n，所以需要提取的秘密信息比特的比特位数仍旧为n，对图像块的划分仍为2ⁿ个部分；其中，只要原始图像像素和每个图像块像素Y×Y已知，即可计算出P，P正整数；

此步骤与步骤10相对应，通常P的取值与A相同，Y的取值与S相同。

步骤112：利用嵌入模式一或嵌入模式二、以及改进的波动性预估公式，将秘密信息比特从图像块相应部分中提取出来，直到嵌入到所有图像块的秘密信息比特均被提取，原始图像被恢复；

具体的，步骤10中嵌入秘密信息比特的比特位数为n＝1、S＝8，选择嵌入模式一；相应的，本步骤也选择嵌入模式一，提取的比特位数n＝1、Y＝8，那么，利用与步骤10中相同的随机密钥，将解密图像DI的当前图像块C划分为均等的两个部分M₀和M₁，M₀和M₁的像素分别为Y×Y/2ⁿ＝32；

利用嵌入模式一的运算规则，M₀部分的部分像素保持不变，部分像素进行低三位异或如公式(11)或公式(12)，形成M₀’，M₁部分所有像素保持不变；

${M^{\′}}_{0,i,j,k}=C_{i,j,k}\⊕C_{i,j-1,k},(i,j)\∈M_{0}k=\mathrm{0,1,2}---\left(11\right)$

${M^{\′}}_{0,i,j,k}=C_{i,j,k}\⊕C_{i,j+1,k},(i,j)\∈M_{0}k=\mathrm{0,1,2}---\left(12\right)$

其中，C_i，j，k表示M₀部分在当前图像块C中位置(i，j)像素的第k位比特；将M₀’部分和M₁部分集合成一个新的图像块C₀；

利用嵌入模式一的运算规则，M₁部分的部分像素保持不变，部分像素进行低三位异或如公式(13)或公式(14)所示，形成M₁’部分，M₀部分的所有像素保持不变；

${M^{\′}}_{1,i,j,k}=C_{i,j,k}\⊕C_{i,j-1,k},(i,j)\∈M_{1}k=\mathrm{0,1,2}---\left(13\right)$

${M^{\′}}_{1,i,j,k}=C_{i,j,k}\⊕C_{i,j+1,k},(i,j)\∈M_{1}k=\mathrm{0,1,2}---\left(14\right)$

其中，C_i，j，k表示M₁部分在当前图像块C中位置(i，j)像素的第k位比特；M₁’部分和M₀部分集合成一个新的图像块C₁；

接下来，利用公式(15)改进的波动性预估公式，分别计算新的图像块C₀和C₁的波动性f₀、f₁：

$f_x=\underset{u=1}{\overset{Y}{\mathrm{\Σ}}}\underset{v=1}{\overset{Y/2}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{x,u,v\×2}\⊕C_{x,u,v\×2-1}---\left(15\right)$

其中，x＝0、1，Y＝8；C_x，u，v表示C₀(C₁)处于位置(u，v)的像素取值；

比较f₀和f₁的大小，当f₀＜f₁时，取C₀为原始图像块，提取秘密信息比特0；当f₁＜f₀时，取C₁为原始图像块，提取秘密信息比特1；

由此可看出，比较f_x的大小，取较小的值，最后将较小取值f_x的x由十进制转化为二进制就是需要提取的秘密信息比特，C_x就是当前图像块C的原始图像块。

将P个均等且不重叠的图像块均依据上述技术方案进行秘密信息比特的提取和原始图像块的恢复，原始图像块的集合便是原始图像。

上面仅以n＝1为例，当然n还可以为其他大于1的正整数，x取值是随着n的取值而变化的，x＝0～2ⁿ-1。

当步骤10选取的n为大于1的其它正整数时，所述步骤112取与步骤10相同的n值，这时所述步骤112可以为：

依据嵌入模式一或嵌入模式二运算规则，将当前图像块分割的第一个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第二部分至最后一个部分的像素保持不变，将当前图像块已进行嵌入运算的第一个部分与当前图像块像素保持不变的第二部分至最后一个部分集合成新的图像块；

将当前图像块分割的第二个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第一部分、第三部分至最后一个部分像素保持不变，将当前图像块已进行嵌入运算的第二个部分与当前图像块像素保持不变的第一部分、第三部分至最后一个部分集合成新的图像块；

依此类推，直至处理完当前图像块的最后一个部分；

利用改进的波动性预估公式(15)，对所有新的图像块进行波动性计算，取波动性小的新的图像块为原始图像块，并提取相应的秘密信息比特。

基于上述信息隐藏方法，本发明还提供了一种信息隐藏装置，如图5所示，该装置包括：

嵌入模块50，用于对原始图像进行加密，将加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，将秘密信息嵌入到图像块的相应部分中，并将嵌入有秘密信息的图像发送至提取及恢复模块51；

这里，可以利用嵌入模式一或嵌入模式二将秘密信息嵌入到图像块的相应部分；所述嵌入到图像块的相应部分是指嵌入到每个图像块分割的两个以上部分中，有的嵌入秘密信息，有的不嵌入秘密信息，具体哪些部分嵌入秘密信息可以是随机的；

提取及恢复模块51，用于接收来自所述嵌入模块50的嵌入有秘密信息的图像，并对嵌入有秘密信息的图像进行解密，将解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像；

这里，可以利用嵌入模式一或嵌入模式二、以及改进的波动性预估公式提取嵌入的秘密信息，所采用的嵌入模式与所述嵌入模块50采用的嵌入模式相同。

进一步的，所述嵌入模块50包括加密子模块500、第一图像分割子模块501、信息嵌入子模块502；

所述加密子模块500，用于利用加密密钥对原始图像进行加密；

所述第一图像分割子模块501，用于对加密后图像进行分割，形成图像块，再将每个图像块分割成两个以上部分；

所述信息嵌入子模块502，用于利用嵌入模式一或嵌入模式二将秘密信息比特嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息比特的图像发送至所述提取及恢复模块51；

具体的，所述加密子模块500利用加密密钥对原始图像I进行加密，形成加密图像I’；这里，加密密钥可为伪随机(比特)序列；原始图像I处于位置(i，j)处的像素值为I_i，j，b_i，j，0，b_i，j，1...，b_i，j，7表示每个像素的8比特位；原始图像像素I_i，j与b_i，j，0，b_i，j，1…，b_i，j，7之间的关系如公式(2)所示，如公式(3)所示将原始图像像素I_i，j与伪随机(比特)序列r_i，j，k进行位异或，得出的结果为加密后的像素I’_i，j，如公式(4)所示；其中，所述的进行位异或实质上就是组成原始图像像素I_i，j的比特b_i，j，k与伪随机(比特)序列r_i，j，k之间进行的位异或(k为1～8正整数)，由加密后的像素I’_i，j组成的图像为加密图像I’；

所述第一图像分割子模块501，将加密图像I’划分为A个均等且不重叠的图像块，利用随机密钥将每个图像块均等分为2ⁿ个部分S₀，S₁，S₂...S₂ ⁿ _-1；当每个图像块有像素S×S时，均等分的2ⁿ个部分的每个部分有像素S²/2ⁿ；其中，n为需要嵌入的秘密信息比特的比特位数，取值为正整数；只要原始图像像素和每个图像块像素S×S已知，即可计算出A，A为正整数；

所述n为预先设置的，只要所述嵌入模块50和所述提取及恢复模块51达到一致即可；A与S为在所述嵌入模块50中预先设置的，具体是在所述第一图像分割子模块501预先设置的；在所述提取及恢复模块51中预先设置的P、Y可与这里的A、S取值相同。

将所述嵌入模块50预先设置为n＝1、S＝8，具体是所述第一图像分割子模块501预先设置n＝1、S＝8，即将加密图像I’分割的每个均等图像块的像素为S×S＝64，每个图像块均等划分为2ⁿ＝2¹＝2个部分；当前图像块为B，利用随机密钥将B分割成均等的两个部分为S₀和S₁，如图4所示；

以所述信息嵌入子模块502选取嵌入模式一，嵌入秘密信息比特为0、1为例：

当信息嵌入子模块502嵌入秘密信息比特为0时，利用嵌入模式一的运算规则决定当前图像块B的S₀部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位异或，如公式(5)或(6)所示，S₁部分的所有像素保持不变；这里，所述嵌入模式一运算规则为：填“0”的方格表示此像素保持不变，填“1”的方格表示此像素将与其相邻(左右和/或上下)保持不变的像素进行低三位异或；

当信息嵌入子模块502嵌入秘密信息比特为1时，利用嵌入模式一的运算规则决定当前图像块B的S₁部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位异或，如公式(7)或(8)所示，S₀部分的所有像素保持不变；

利用上述技术方案，直到将均等且不重叠的A个图像块都进行了秘密信息比特的嵌入，然后将嵌入有秘密信息比特的所有图像块集合成图像D’，并发送给所述提取及恢复模块51；

所述提取及恢复模块51包括解密子模块510、第二图像分割子模块511、信息提取及图像恢复子模块512；

所述解密子模块510，用于接收来自所述嵌入模块50的嵌入有秘密信息比特的图像，并利用解密密钥对嵌入有秘密信息比特的图像进行解密；

这里，所述解密子模块510具体接收来自所述信息嵌入子模块502的嵌入有秘密信息比特的图像；

所述第二图像分割子模块511，用于将解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分；

所述信息提取及图像恢复子模块512，利用嵌入模式一或嵌入模式二、改进的波动性预估公式，提取嵌入的秘密信息比特，恢复原始图像；

具体的，所述提取及恢复模块51接收图像D’，具体可以是所述解密子模块510接收图像D’，利用解密密钥对图像D’进行解密；这里，解密密钥与加密密钥可取相同值，均为伪随机(比特)序列r_i，j，k；将伪随机(比特)序列r_i，j，k与图像D’进行一次位异或运算，如公式(9)所示，再利用公式(10)得到解密图像DI；

所述第二图像分割子模块511将解密图像DI划分为P个均等且不重叠的图像块，利用与所述第一图像分割子模块501相同的随机密钥将每个图像块均等分为2ⁿ个部分M₀、M₁...M₂ ⁿ _-1；每个图像块有像素Y×Y，那么每个图像块的每个部分的像素为Y²/2ⁿ；

这里，因为所述嵌入模块50中设置嵌入秘密信息比特的比特位数为n＝1，所以，所述提取及恢复模块51中需要提取的秘密信息比特的比特位数仍旧为n＝1；那么，所述第二图像分割子模块511对图像块的划分仍为2ⁿ＝2个部分；其中，只要原始图像像素和每个图像块像素Y×Y已知，即可计算出P，P正整数；Y与P的取值可与所述嵌入模块50中的S与A取值相同，所以，此处可选取Y＝8；

所述嵌入模块50选取的是嵌入模式一，相应的，所述提取及恢复模块51与所述嵌入模块50选取的嵌入模式相同，也为嵌入模式一；

所述信息提取及图像恢复子模块512，利用嵌入模式一的运算规则，将当前图像块C的M₀部分的部分像素保持不变，部分像素进行低三位异或如公式(11)或公式(12)所示，形成M₀’，M₁部分所有像素保持不变，将M₀’部分和M₁部分集合成一个新的图像块C₀；

所述信息提取及图像恢复子模块512，利用嵌入模式一的运算规则，将当前图像块C的M₁部分的部分像素保持不变，部分像素进行低三位异或如公式(13)或公式(14)所示，形成M₁’，M₀部分所有像素保持不变，将M₁’部分和M₀部分集合成一个新的图像块C₁；

最后利用公式(15)改进的波动性预估公式，分别计算新的图像块C₀和C₁的波动性f₀、f₁，并比较f₀和f₁的大小；当f₀＜f₁时，取C₀为原始图像块，提取秘密信息比特0；当f₁＜f₀时，取C₁为原始图像块，提取秘密信息比特1；

由此可看出，比较f_x大小，取较小值，最后将较小取值f_x的x由十进制转化为二进制就是需要提取的秘密信息比特，C_x就是当前图像块C的原始图像块。

将P个均等且不重叠的图像块依据上述技术方案均进行秘密信息比特的提取和原始图像块的恢复，原始图像块的集合便是原始图像。

在上述技术方案中，选取嵌入模式一，秘密信息比特位数n＝1，伪随机(比特)序列作为加密密钥和解密密钥，实际上还可以选取嵌入模式二、选取其他序列作为加密密钥和解密密钥，n还可取其他任何正整数，秘密信息比特x由0～2ⁿ-1。

本发明提供的信息隐藏方法及装置，由嵌入模式一运算规则或嵌入模式二运算规则来决定图像块中哪些像素不变、哪些像素进行低三位或低四位异或；并且，在嵌入侧，给图像块之间植入了较大的波动性；在提取及恢复侧，依据选取的嵌入模式决定对图像块中的哪些像素进行低三位或低四位异或、哪些像素保持不变，并结合改进的波动性预估公式，对秘密信息进行提取，对原始图像进行恢复；本发明减少了秘密信息提取的出错率和原始图像恢复的差错率。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种信息隐藏方法，其特征在于，该方法包括：

对原始图像进行加密，对加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，将秘密信息嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息的图像发出；

接收嵌入有秘密信息的图像，并对嵌入有秘密信息的图像进行解密，将解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像。

2.根据权利要求1所述的信息隐藏方法，其特征在于，所述对原始图像进行加密为：利用加密密钥对原始图像进行加密，形成加密后图像；

所述将秘密信息嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息的图像发出为：利用嵌入模式一或嵌入模式二将秘密信息比特嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息比特的图像块集合成图像并发送。

3.根据权利要求1或2所述的信息隐藏方法，其特征在于，所述对嵌入有秘密信息的图像进行解密为：利用解密密钥对嵌入有秘密信息比特的图像进行解密，形成解密后图像；

所述提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像为：利用嵌入模式一或嵌入模式二、以及改进的波动性预估公式，将秘密信息比特从图像块相应部分中提取出来，直到嵌入到所有图像块的秘密信息均被提取，原始图像被恢复。

4.根据权利要求1或2所述的信息隐藏方法，其特征在于，所述对加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分为：

将加密图像划分为多个均等且不重叠的图像块，每个图像块有像素S×S；再利用随机密钥将每个图像块均等分为2ⁿ个部分，每个部分的像素为S²/2ⁿ；其中，S、n均为正整数。

5.根据权利要求4所述的信息隐藏方法，其特征在于，所述利用嵌入模式一或嵌入模式二，将秘密信息比特嵌入到图像块的相应部分为；

依据嵌入模式一或嵌入模式二运算规则，将当前图像块分割的第一个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第二部分至分割的最后一个部分像素保持不变；

将当前图像块分割的第二个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第一部分、第三部分至分割的最后一个部分的像素保持不变；

依此类推，直至处理完当前图像块的最后一个部分。

6.根据权利要求3所述的信息隐藏方法，其特征在于，所述将解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分为：

将解密后图像划分为多个均等且不重叠的图像块，每个图像块有像素Y×Y；再利用随机密钥将每个图像块均等分为2ⁿ个部分，每个部分的像素为Y²/2ⁿ；其中，Y、n均为正整数，Y与S取值相同。

7.根据权利要求6所述的信息隐藏方法，其特征在于，所述利用嵌入模式一或嵌入模式二、以及改进的波动性预估公式，将秘密信息比特从图像块相应部分中提取出来，直到嵌入到所有图像块的秘密信息均被提取，原始图像被恢复为：

依据嵌入模式一或嵌入模式二运算规则，将当前图像块分割的第一个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第二部分至最后一个部分的像素保持不变，将当前图像块已进行嵌入运算的第一个部分与当前图像块像素保持不变的第二部分至最后一个部分集合成新的图像块；

将当前图像块分割的第二个部分的部分像素保持不变，部分像素之间进行低三位或低四位异或，令当前图像块分割的第一部分、第三部分至最后一个部分像素保持不变，将当前图像块已进行嵌入运算的第二个部分与当前图像块像素保持不变的第一部分、第三部分至最后一个部分集合成新的图像块；

依此类推，直至处理完当前图像块的最后一个部分；

利用改进的波动性预估公式，对所有新的图像块进行波动性计算，取波动性小的新的图像块为原始图像块，并提取相应的秘密信息比特；其中，所述改进的波动性预估公式为：

$f=\underset{u=1}{\overset{Y}{\mathrm{\Σ}}}\underset{v=1}{\overset{Y/2}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{u,v\×2}\⊕C_{u,v\×2-1}$

其中，C_u，v处于位置(u，v)的图像像素取值，Y为图像块像素值的均方根。

8.一种信息隐藏装置，其特征在于，该装置包括：嵌入模块和提取及恢复模块；其中，

所述嵌入模块，用于对原始图像进行加密，对加密后图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，将秘密信息嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息的图像发送至所述提取及恢复模块；

所述提取及恢复模块，用于接收来自所述嵌入模块的嵌入有秘密信息的图像，并对嵌入有秘密信息的图像进行解密，对经解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分，提取嵌入的秘密信息，恢复原始图像。

9.根据权利要求8所述的信息隐藏装置，其特征在于，所述嵌入模块包括：加密子模块、第一图像分割子模块、信息嵌入子模块；其中，

所述加密子模块，用于利用加密密钥对原始图像进行加密；

所述第一图像分割子模块，用于对加密后图像进行分割，形成图像块，再将每个图像块分割成两个以上部分；

所述信息嵌入子模块，用于利用嵌入模式一或嵌入模式二将秘密信息比特嵌入到图像块的相应部分，并将嵌入有秘密信息比特的图像发送至所述提取及恢复模块。

10.根据权利要求8或9所述的信息隐藏装置，其特征在于，所述提取及恢复模块包括：解密子模块、第二图像分割子模块、信息提取及图像恢复子模块；其中，

所述解密子模块，用于接收来自所述嵌入模块的嵌入有秘密信息比特的图像，并利用解密密钥对嵌入有秘密信息比特的图像进行解密；

所述第二图像分割子模块，用于对经解密后的图像分割成图像块，并将每个图像块分割成两个以上部分；

所述信息提取及图像恢复子模块，利用嵌入模式一或嵌入模式二、改进的波动性预估公式，提取嵌入的秘密信息比特，恢复原始图像。

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