CN104202500B - 一种载体质量可控的高容量信息隐藏传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载体质量可控的高容量信息隐藏传输方法，主要用于信息的隐藏传输。现有信息隐藏方法在恢复隐藏信息的同时，会造成载体图像质量的恶化，有时恶化程度很严重，可以说，载体质量是不受控的。本发明提出了一种信息隐藏新方法，通过门限来控制恢复载体图像的质量，不但可以保证接收端能完全无损的提取隐藏的秘密信息，而且使得发送端事先知道接收端提取信息之后恢复出的载体图像的质量，甚至可以做到秘密信息和载体图像的二者同时无失真恢复。较之于已有的信息隐藏算法具有更大的隐藏容量，相对容量优于1/4，可达1/2。

Description

一种载体质量可控的高容量信息隐藏传输方法

技术领域

本发明涉及一种图像通信的方法，特别涉及一种载体质量可控的高容量信息隐藏传输方法，属于通信(如数据通信技术等)领域。

背景技术

信息隐藏(也称数据隐藏)是利用人类的视觉冗余将秘密信息嵌入到载体中从而达到安全传输秘密信息的目的，它是信息安全的一个重要分支。

随着科技的发展，提高图像数据传输效率变得越来越重要。通过信息隐藏(也称数据隐藏)技术可以做到在不改变图像大小的情况下，在图像中嵌入秘密信息进行传输，从而实现秘密信息和图像的一体化传输。然而目前典型的信息隐藏容量最大也仅在1/8左右，且恢复载体图像质量差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种载体质量可控的高容量信息隐藏传输方法，解决现有隐藏算法容量不高、载体图像恢复质量不可控的问题。

本发明的技术方案是：一种载体质量可控的高容量信息隐藏传输方法，步骤如下：

1)根据待嵌入容量1/P对像素尺寸大小为M×N的载体图像A进行分组；P为正整数；

2)将待隐藏的秘密信息S顺序每8bit形成一个字节，顺序每m个字节分为一组，每个组的像素为s1,s2,…,sm，m为正整数；

3)在载体图像A中寻找适合信息隐藏的分组；

4)将秘密信息S隐藏在载体图像A中适合信息隐藏的分组内，形成含密图像并进行传输；

5)接收端收到含密图像后，使用和发送端信息嵌入时相同的扫描顺序和像素分组方法，进行秘密信息的提取，并恢复出载体图像A。

步骤1)对像素尺寸大小为M×N的载体图像A进行分组的具体方法为：将载体图像A的像素顺序分成不重叠的组，其中每个组的像素均为x0，x1,…,xm，所述的m/(m+1)大于等于相对容量1/P，其中m为正整数。

步骤3)中在载体图像A中寻找适合信息隐藏的分组的具体步骤如下：

31)计算获得载体图像A各分组内的像素差最大值d＝max(d1,d2,…,dm)，其中d1＝x1-x0,d2＝x2-x0,…,dm＝xm-x0；

32)查找并获取d＝0的分组及分组个数Q0，若m×Q0/(M×N)≥1/P，则不再查找，否则继续找d＝1的分组及分组个数Q1，若m×(Q0+Q1)/(M×N)≥1/P，则不再查找，否则继续找d＝2的分组及分组个数Q2；依次类推直到m×(Q0+Q1+…+QT)/(M×N)≥1/P为止，此时d＝T，T为图像质量控制门限；最终得到所有d≤T的分组，即为适合信息隐藏的分组。

步骤4)将秘密信息S隐藏在载体图像A中适合信息隐藏的分组内的步骤如下：将秘密信息S按字节替换步骤3)获得的适合信息隐藏的分组中每个分组的后m个像素值，即x1,x2…,xm；将第一个像素x0用于标记信息隐藏，即对于隐藏信息的分组，将该组第一个像素x0的最低位设置为1，对于没有隐藏信息的分组，将该组第一个像素x0的最低位设置为0。

步骤5)进行秘密信息的提取的步骤如下：

检测含密图像中每个分组的第一个像素x0的最低位，如果最低位为0，则表明没有隐藏信息，对应像素分组内像素保持不变；如果最低位为1，则表明对应的分组隐藏了信息，则提取该分组中的剩余像素x1,x2…,xm的灰度值作为嵌入的秘密信息s1,s2…,sm；最后按照原秘密信息的分组顺序恢复出原始的秘密信息S。

步骤5)进行载体图像A恢复的步骤如下：

用含密图像分组中第一个像素x0的灰度值替换分组中其它灰度值，得到恢复的分组值x0,x1,…,xm＝x0,x0,…,x0，根据恢复的全体分组值形成恢复的载体图像A。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明方法大大提高了图像信息隐藏传输的嵌入容量；相对容量优于1/4，可达1/2。

(2)本发明是一种计算复杂度很低的信息隐藏方法，易于硬件实现和星上应用。

(3)本发明方法载体图像恢复质量好(40dB左右)，优于经典算法LSB。

(4)本发明方法在T＝0时是一种无损的信息隐藏算法，秘密信息可以无损的提取，载体图像也可以高保真的恢复。

(5)本发明方法是一种载体图像恢复质量可控的方法，根据门限T设置不同的值，可以取得不同载体恢复质量。

(6)本发明方法是一种隐藏容量也可控的方法，根据门限T设置不同的值，可以取得不同的隐藏容量，门限T可以根据需求设置相应的值。

(7)本发明信息的提取不需要任何附加信息，可以实现信息的盲提取。

附图说明

图1为原始图像(Lena)；

图2为恢复载体图像(嵌入容量为1/18时)；

图3为恢复载体图像(嵌入容量为1/7时)；

图4为恢复载体图像(嵌入容量为1/5时)；

图5为恢复载体图像(嵌入容量为1/4时)；

图6为恢复载体图像(嵌入容量为1/2时)；

图7为本发明信息隐藏过程框图；

图8为本发明信息提取过程框图。

具体实施方式

如图7所示，本发明方法一种载体质量可控的高容量信息隐藏传输方法，步骤如下：

1)根据待嵌入容量1/P对像素尺寸大小为M×N的载体图像A进行分组；P为正整数；具体过程为：将载体图像A的像素顺序分成不重叠的组，其中每个组的像素均为x0，x1,…,xm，所述的m/(m+1)大于等于相对容量1/P，其中m为正整数；

2)将待隐藏的秘密信息S顺序每8bit形成一个字节，顺序每m个字节分为一组，每个组的像素为s1,s2,…,sm，m为正整数；

3)在载体图像A中寻找适合信息隐藏的分组；具体过程为：

31)计算获得载体图像A各分组内的像素差最大值d＝max(d1,d2,…,dm)，其中d1＝x1-x0,d2＝x2-x0,…,dm＝xm-x0；

32)查找并获取d＝0的分组及分组个数Q0，若m×Q0/(M×N)≥1/P，则不再查找，否则继续找d＝1的分组及分组个数Q1，若m×(Q0+Q1)/(M×N)≥1/P，则不再查找，否则继续找d＝2的分组及分组个数Q2；依次类推直到m×(Q0+Q1+…+QT)/(M×N)≥1/P为止，此时d＝T，T为图像质量控制门限；最终得到所有d≤T的分组，即为适合信息隐藏的分组；

4)将秘密信息S按字节替换步骤3)获得的适合信息隐藏的分组中每个分组的后m个像素值，即x1,x2…,xm；将第一个像素x0用于标记信息隐藏，即对于隐藏信息的分组，将该组第一个像素x0的最低位设置为1，对于没有隐藏信息的分组，将该组第一个像素x0的最低位设置为0，最终形成含密图像并进行传输；

5)接收端收到含密图像后，首先使用和发送端信息嵌入时相同的扫描顺序和像素分组方法，进行秘密信息的提取，具体过程为：检测含密图像中每个分组的第一个像素x0的最低位，如果最低位为0，则表明没有隐藏信息，对应像素分组内像素保持不变；如果最低位为1，则表明对应的分组隐藏了信息，则提取该分组中的剩余像素x1,x2…,xm的灰度值作为嵌入的秘密信息s1,s2…,sm；最后按照原秘密信息的分组顺序恢复出原始的秘密信息S；

其次，用含密图像分组中第一个像素x0的灰度值替换分组中其它灰度值，得到恢复的分组值x0,x1,…,xm＝x0,x0,…,x0，根据恢复的全体分组值形成恢复的载体图像A。

为了验证本文提出的算法的性能，采用了8比特灰度图像进行了仿真。其中，m+1表示分组中的像素的个数，T表示恢复图像质量控制门限，在不同的T取值下进行实验，获取不同的恢复图像质量。T＝0时可以达到无失真的隐藏；随着T的增加，载体图像质量逐渐降低，不同的T值对应不同的载体图像质量。嵌入容量(相对值)为1/P，嵌入容量(字节数)为：将(M*N/P)向下取整的数值，例如，P＝18时，M*N/P＝14563.56，因此，嵌入容量(字节数)为14563，测试图像为标准库中的图像，下面仅以Lena图像为例来说明，如图1所示；仿真结果如下：

1)m＝1时，对应(x0,x1)两个像素一组

①嵌入容量(相对值)为1/18，门限参数T＝0，相当于无损信息隐藏，载体图像和嵌入的信息都可以无失真的恢复；嵌入容量＝14563Byte，嵌入容量(相对值)＝18分之一；恢复图像如图2所示，恢复图像质量PSNR：Inf dB；Inf表示无穷大，说明图像无失真。

②嵌入容量(相对值)为1/7，门限参数T＝1，嵌入的信息可以无失真恢复，载体图像近无损恢复；嵌入容量＝37449Byte，嵌入容量(相对值)＝7分之一；恢复图像如图3所示，恢复图像质量PSNR：58.59dB。

③嵌入容量(相对值)为1/5，门限参数T＝2，嵌入的信息可以无失真恢复，载体图像近无损恢复；嵌入容量＝52428Byte，嵌入容量(相对值)＝5分之一；恢复图像如图4所示，恢复图像质量PSNR：52.12dB。

④嵌入容量(相对值)为1/4，门限参数T＝3，嵌入的信息可以无失真恢复，载体图像近无损恢复；嵌入容量＝65536Byte，嵌入容量(相对值)＝4分之一；恢复图像如图5所示，恢复图像质量PSNR：48.26dB。

2)m＝3时，对应(x0,x1，x2,x3)四个像素一组

①嵌入容量(相对值)为1/2，门限参数T＝5；嵌入容量＝131072Byte，嵌入容量(相对值)＝2.00分之一，恢复图像如图6所示，恢复图像质量PSNR：39.39dB。

本发明隐藏容量为1/4时，对标准Lena图像，恢复图像质量为PSNR＝44.70dB；本发明隐藏容量为1/2时，对标准Lena图像，恢复图像质量为PSNR＝39.39dB；实验结果验证了本发明的优越性。

本发明提出的一种高容量信息隐藏传输的方法，在涉及图像传输的场合都可以应用。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种载体质量可控的高容量信息隐藏传输方法，其特征在于步骤如下：

1)根据待嵌入容量1/P对像素尺寸大小为M×N的载体图像A进行分组；P为正整数；具体方法为：将载体图像A的像素顺序分成不重叠的组，其中每个组的像素均为x0，x1,…,xm，m/(m+1)大于等于相对容量1/P，其中m为正整数；

2)将待隐藏的秘密信息S顺序每8bit形成一个字节，顺序每m个字节分为一组，每个组的字节数据为s1,s2,…,sm，m为正整数；

3)在载体图像A中寻找适合信息隐藏的分组；具体步骤如下：

31)计算获得载体图像A各分组内的像素差最大值d＝max(d1,d2,…,dm)，其中d1＝x1-x0,d2＝x2-x0,…,dm＝xm-x0；

32)查找并获取d＝0的分组及分组个数Q0，若m×Q0/(M×N)≥1/P，则不再查找，否则继续找d＝1的分组及分组个数Q1，若m×(Q0+Q1)/(M×N)≥1/P，则不再查找，否则继续找d＝2的分组及分组个数Q2；依次类推直到m×(Q0+Q1+…+QT)/(M×N)≥1/P为止，此时d＝T，T为图像质量控制门限；最终得到所有d≤T的分组，即为适合信息隐藏的分组；

4)将秘密信息S隐藏在载体图像A中适合信息隐藏的分组内，形成含密图像并进行传输；具体步骤如下：将秘密信息S按字节替换步骤3)获得的适合信息隐藏的分组中每个分组的后m个像素值，即x1,x2…,xm；将第一个像素x0用于标记信息隐藏，即对于隐藏信息的分组，将该组第一个像素x0的最低位设置为1，对于没有隐藏信息的分组，将该组第一个像素x0的最低位设置为0；

5)接收端收到含密图像后，使用和发送端信息嵌入时相同的扫描顺序和像素分组方法，进行秘密信息的提取，并恢复出载体图像A；所述进行秘密信息的提取的步骤如下：

检测含密图像中每个分组的第一个像素x0的最低位，如果最低位为0，则表明没有隐藏信息，对应像素分组内像素保持不变；如果最低位为1，则表明对应的分组隐藏了信息，则提取该分组中的剩余像素x1,x2…,xm的灰度值作为嵌入的秘密信息s1,s2…,sm；最后按照原秘密信息的分组顺序恢复出原始的秘密信息S；

所述进行载体图像A恢复的具体方法为：用含密图像分组中第一个像素x0的灰度值替换分组中其它灰度值，得到恢复的分组值x0,x1,…,xm＝x0,x0,…,x0，根据恢复的全体分组值形成恢复的载体图像A。