CN104202501A - 一种在图像中进行信息搭载传输的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在图像中进行信息搭载传输的方法，通过对原始图像进行像素值奇偶处理，形成载体图像，然后把任意信息隐藏在这个载体图像中进行传输，收端能完全恢复信息，也能完全恢复形成的载体图像。载体图像与原始图像几乎无差别，大大提高了恢复的原始图像质量。通过构造载体图像获得固定的无损隐藏容量，隐藏量达到1/8，而且还具有实现简单、原始图像恢复质量高的特点，这克服了目前大容量无损信息隐藏方法隐藏容量不固定的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像通信的方法，特别涉及一种在图像中进行信息搭载传输的方法，属于通信(如数据通信技术等)领域。
背景技术
当前的社会是个信息的社会，信息的安全问题成了日益迫切的问题，信息隐藏(数据隐藏)是信息安全的一个重要分支，其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。
随着科技的发展，图像数据的高效传输以及传输的安全变得越来越重要。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，从而实现秘密信息和图像的传输。另一方面，对于遥感图像、医学图像和法律图像等，要求在提取秘密信息后载体图像能够尽可能的恢复。在此需求下产生了可逆信息隐藏算法，也称无损信息隐藏算法。无损信息隐藏算法不仅可以正确提取秘密信息，还能无损恢复载体图像。然而目前典型的无损信息隐藏算法，多数隐藏容量小，或者隐藏量不定，或需要大量的附加信息。当隐藏容量较大、固定时(如1/8，1/16等)难于做到无损信息隐藏，也就无法实现无损信息搭载。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在图像中进行信息搭载传输的方法，解决了容量大的方法隐藏量不固定，以及隐藏容量固定的方法隐藏量不大，因而难于实现信息搭载的问题。
本发明的技术方案是：一种在图像中进行信息搭载传输的方法，步骤如下：
1)对尺寸为W×H，8bit量化的原始图像X按行或按列排列得到长度为L＝W×H的一维数组，其中W、H为正整数，对该一维数组中的像素灰度值进行十进制处理，并统计处理后的一维数组中像素值为奇数的个数和像素值为偶数的个数；如果像素值为奇数的个数小于或等于像素值为偶数的个数，则把每个奇数像素值都减1变成偶数，生成新的大小与X相同的载体图像A；如果像素值为奇数的个数大于像素值为偶数的个数，则把每个偶数像素值加1变成奇数，生成新的大小与X相同的载体图像A；
2)把待搭载的第一位为“0”的二进制信息在灰度载体图像A进行信息搭载，形成含密载体图像，具体过程如下：若待搭载的二进制信息位为“0”，则该位在载体图像A中对应的像素值不变；若待搭载的二进制信息位为“1”，则判断该位在载体图像A中的对应像素值的奇偶性，若为偶数，则该位在载体图像A中的对应像素值加1变成奇数，若为奇数，则该位在载体图像A中的对应像素值减1变成偶数；
3)对含密载体图像进行无失真传输；
4)接收端根据收到含密载体图像后进行搭载信息的恢复，得到待搭载的第一位为“0”的二进制信息，具体过程如下：若含密载体图像的第一个像素值是奇数，则搭载信息的第一位为“0”，从含密载体图像的第二个像素值开始，若含密载体图像的像素值为奇数，则搭载信息的对应位为“0”，若含密载体图像的像素值为偶数，则搭载信息的对应位为“1”；若含密载体图像的第一个像素值是偶数，则搭载信息的第一位为“0”，从含密载体图像的第二个像素值开始，若含密载体图像的像素值为偶数，则搭载信息的对应位为“0”，若含密载体图像的像素值为奇数，则搭载信息的对应位为“1”；
5)接收端根据接收到的含密载体图像进行载体图像恢复，得到载体图像A，具体过程如下：含密载体图像的第一个像素值即为恢复出的载体图像A的第一个像素；从含密载体图像的第二个像素值开始，若含密载体图像的像素值的奇、偶性与第一个像素值相同，则该像素值即为恢复出的载体图像A对应的像素值；若含密载体图像的像素值的奇、偶性与第一个像素值不同，则判断该像素值的奇偶性，若为偶数，则将该像素值加1后作为恢复出的载体图像A对应的像素值，若为奇数，则将该像素值减1后作为恢复出的载体图像A对应的像素值。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明利用信息隐藏技术将任意数据信息嵌入载体图像中进行传输，接收端可以从载体图像数据中正确提取搭载的信息，并无失真恢复载体图像。在不增加信息传输速率的情况下，能在其中传输八分之一的大数据量。利用本发明的方法提高了数传系统的利用率，可在任意图像中进行信息搭载传输。
(2)本发明中充分利用了原始图像的灰度值中奇数和偶数个数不一致的特点，对任意原始图像进行改造，得到载体图像，在该载体图像中进行信息搭载传输，就能真真正正做到：搭载信息无损，载体图像无损，隐藏容量绝对可以做到1/8。而且做到了把图像载体处理与无损信息隐藏两个过程分开。
(3)通过本发明的奇数与偶数处理过程，载体图像与原始图像差异更小，两个极端情况：如原始图像灰度值都是奇数，则得到的载体图像灰度值也都是奇数，载体图像与原始图像一致；如原始图像灰度值都是偶数，则得到的载体图像灰度值也都是偶数，载体图像与原始图像也一致；如原始图像灰度值大部分是奇数，则得到的载体图像灰度值大部分也都是奇数，载体图像与原始图像只有少部分差异，而且这少部分差异只有1个灰度值；
(4)目前大容量的无损隐藏算法大都是通过多层嵌入的方法实现，需要记录每次嵌入时需要的附加信息，而本发明所提出的方法无需任何附加信息。
(5)目前的隐藏算法，载体恢复质量(如PSNR)往往不理想，但本发明方法经过预先处理后，信息搭载对载体图像没有任何损伤。恢复的原始图像质量明显提高，峰值信噪比PSNR从51dB到无穷大。
(6)本发明技术方案独特，性能和实现复杂度低于目前的常规空域、变换域信息隐藏方法，总优于最低有效位隐藏算法，实用性大大提高。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
为了验证本文提出的算法的性能，实验采用了多幅大小为512×512的8比特灰度图像进行了仿真，验证了方法的优良性能。
这里以一组数据为例介绍本发明的具体实施方式：
假设原始图像X(尺寸为16×16，8bit量化)进行排列后(按行或按列)，变为一维数组，形成十进制数如下所示：
163,151,101,117,131,132,129,127,129,121,139,157,167,154,121,92,159,147,99,114,127,129,139,154,136,117,130,155,147,177,95,47,129,143,95,111,120,121,141,181,97,136,127,130,141,121,50,79,101,145,97,113,119,127,145,184,203,200,145,105,154,69,61,147,108,149,95,121,121,127,159,177,184,189,184,188,192,62,121,161,111,153,93,125,143,130,133,120,121,173,194,181,111,76,159,156,112,155,94,114,147,113,74,69,141,189,158,105,52,118,167,156,107,153,97,116,117,67,57,133,149,181,155,71,64,157,157,147,100,155,103,112,83,61,97,147,122,156,107,73,93,157,149,156,85,153,108,89,66,81,105,135,162,157,126,75,123,151,159,201,85,157,99,81,93,103,71,127,143,155,97,81,147,145,189,213,77,161,90,83,121,75,54,98,139,131,54,92,155,143,199,201,93,155,79,74,107,76,51,85,141,165,121,94,134,129,185,103,101,155,73,57,89,97,61,101,149,165,203,133,139,167,151,93,103,157,69,51,79,67,75,121,145,149,195,169,103,161,109,87,123,157,65,67,77,65,103,135,143,145,177,184,103,113,87,80
(1)首先，分别计算该组数据中奇数及偶数的数目，其中奇数201个，偶数55个；
(2)由于奇数数目大于偶数数目，将所有偶数值加1，形成新奇数灰度载体图像A，该图像形成的十进制数如下所示：
163,151,101,117,131,133,129,127,129,121,139,157,167,155,121,93,159,147,99,115,127,129,139,155,137,117,131,155,147,177,95,47,129,143,95,111,121,121,141,181,97,137,127,131,141,121,51,79,101,145,97,113,119,127,145,185,203,201,145,105,155,69,61,147,109,149,95,121,121,127,159,177,185,189,185,189,193,63,121,161,111,153,93,125,143,131,133,121,121,173,195,181,111,77,159,157,113,155,95,115,147,113,75,69,141,189,159,105,53,119,167,157,107,153,97,117,117,67,57,133,149,181,155,71,65,157,157,147,101,155,103,113,83,61,97,147,123,157,107,73,93,157,149,157,85,153,109,89,67,81,105,135,163,157,127,75,123,151,159,201,85,157,99,81,93,103,71,127,143,155,97,81,147,145,189,213,77,161,91,83,121,75,55,99,139,131,55,93,155,143,199,201,93,155,79,75,107,77,51,85,141,165,121,95,135,129,185,103,101,155,73,57,89,97,61,101,149,165,203,133,139,167,151,93,103,157,69,51,79,67,75,121,145,149,195,169,103,161,109,87,123,157,65,67,77,65,103,135,143,145,177,185,103,113,87,81
(3)在奇数灰度载体图像A的每个像素中搭载信息，形成含密载体图像。其中图像A的第一个像素值固定搭载信息“0”，从第二像素开始将拟搭载的信息逐比特搭载在后续像素值中，具体搭载方法为：
如搭载信息位为0，则相应像素值不变，如搭载信息位为1，则把相应像素值减去1。按照上述原则形成含密载体图像。
如搭载信息(以前8个信息位为例)为01001101，则载体图像(以前8个像素为例)为163,151,101,117,131,133,129,127，处理后得到的含密载体图像(以前8个像素为例)变为：163,150,101,117,130,132,129,128。
(4)对含密载体图像进行正常的无失真传输。
(5)收到含密载体图像后，判断第一个像素值(如163)为奇数值，那么后续像素值若为奇数，则搭载了信息“0”，若为偶数，则搭载了信息“1”。按照该原则从第二个像素值开始，逐比特无失真恢复出搭载信息(以前8个像素为例)为01001101；同时将所有偶数像素值加1恢复出载体图像A(以前8个像素为例)：163,151,101,117,131,133,129,127，该图像与原始图像(以前8个像素为例)163,151,101,117,131,132,129,127几乎没有差异。如原始图像灰度值全为奇数，则没有任何差异。
第一个像素值为偶数时同样道理。至此，完成了在图像中信息搭载传输及恢复。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种在图像中进行信息搭载传输的方法，其特征在于步骤如下：
1)对尺寸为W×H，8bit量化的原始图像X按行或按列排列得到长度为L＝W×H的一维数组，其中W、H为正整数，对该一维数组中的像素灰度值进行十进制处理，并统计处理后的一维数组中像素值为奇数的个数和像素值为偶数的个数；如果像素值为奇数的个数小于或等于像素值为偶数的个数，则把每个奇数像素值都减1变成偶数，生成新的大小与X相同的载体图像A；如果像素值为奇数的个数大于像素值为偶数的个数，则把每个偶数像素值加1变成奇数，生成新的大小与X相同的载体图像A；
2)把待搭载的第一位为“0”的二进制信息在灰度载体图像A进行信息搭载，形成含密载体图像，具体过程如下：若待搭载的二进制信息位为“0”，则该位在载体图像A中对应的像素值不变；若待搭载的二进制信息位为“1”，则判断该位在载体图像A中的对应像素值的奇偶性，若为偶数，则该位在载体图像A中的对应像素值加1变成奇数，若为奇数，则该位在载体图像A中的对应像素值减1变成偶数；
3)对含密载体图像进行无失真传输；
4)接收端根据收到含密载体图像后进行搭载信息的恢复，得到待搭载的第一位为“0”的二进制信息，具体过程如下：若含密载体图像的第一个像素值是奇数，则搭载信息的第一位为“0”，从含密载体图像的第二个像素值开始，若含密载体图像的像素值为奇数，则搭载信息的对应位为“0”，若含密载体图像的像素值为偶数，则搭载信息的对应位为“1”；若含密载体图像的第一个像素值是偶数，则搭载信息的第一位为“0”，从含密载体图像的第二个像素值开始，若含密载体图像的像素值为偶数，则搭载信息的对应位为“0”，若含密载体图像的像素值为奇数，则搭载信息的对应位为“1”；
5)接收端根据接收到的含密载体图像进行载体图像恢复，得到载体图像A，具体过程如下：含密载体图像的第一个像素值即为恢复出的载体图像A的第一个像素；从含密载体图像的第二个像素值开始，若含密载体图像的像素值的奇、偶性与第一个像素值相同，则该像素值即为恢复出的载体图像A对应的像素值；若含密载体图像的像素值的奇、偶性与第一个像素值不同，则判断该像素值的奇偶性，若为偶数，则将该像素值加1后作为恢复出的载体图像A对应的像素值，若为奇数，则将该像素值减1后作为恢复出的载体图像A对应的像素值。
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