CN104484851A - 自适应高容量的图像信息隐藏的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应高容量的图像信息隐藏的方法其步骤如下，输入载体图像，同时对载体图像进行分块处理，并将待嵌入的秘密信息转化为比特；对载体图像分块后的子块的利用情况进行判断，子块使用完时直接结束信息隐藏过程，相反则继续对剩余的子块进行信息隐藏操作；选取载体图像分块后的第i块子块的中心元素，定为C_i，并以C_i为圆心，将该子块旋参照Z×90°转到指定的角度值，其中Z为旋转参数；将转化后的比特秘密信息嵌入到该子块中，并将该子块以C_i为圆心，反方向旋转到起始位置；判断秘密信息嵌入的情况进行判断，直至完成载密图像的输出，信息隐藏方法结束。该算法不仅有效提高了隐藏的容量,并且其算法实现简单、计算量小。

Description

自适应高容量的图像信息隐藏的方法

技术领域

本发明涉及图像隐藏领域，特别涉及一种自适应高容量的图像信息隐藏的方法。

背景技术

高容量是信息隐藏研究的主要内容之一。近年来，对自适应嵌入的研究已成为信息隐藏领域研究的又一热点。图像信息隐藏技术是通过设计的隐藏算法把秘密信息嵌入在载体图像(Cover image)中，形成载密图像(Stego image)。基于数字图像的信息隐藏技术可分为空域和变换域信息隐藏技术。一个好的图像信息隐藏算法应该包含较高的容量(bpp)和好的图像质量。通常情况下，容量与图像质量是相互制约的。即，图像容量越大，其图像的质量就越差。如何既能够提高容量，又能够减小或者保持图像的质量，这也是信息隐藏设计者必须所面临的问题。针对高容量的信息隐藏,研究者提出一些算法，取得一定成果，但有待进一步提高。其中的空域信息隐藏技术通常采用LSB替换法,算法简单、复杂度低,是一种常用的信息隐藏技术，但其隐藏数据量非常有限，抗干扰性较差。随后学者提出的数字水印方法(LDT)，进一步提高了容量，基于直方图的可逆信息隐藏方法(HMPD)，通过修改直方图来隐藏信息，利用直方图和整数变化，提出的大容量可逆的水印方法(EGIT)，以及自适应的信息隐藏方法(ARW)，虽然进一步提高隐藏的容量，而获得较低的图像失真，但其容量和图像质量仍有待于提高；虽然LCIH方法提高了的数据嵌入容量和能够获得较好的隐藏图像质量。但是，LCIH算法的嵌入数据的容量和稳定性，还有待进一步提高。

发明内容

本发明要解决的是传统方式的多种图像隐藏方法在隐藏数据量、图象精确度和嵌入数据稳定性方面有缺陷的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：提供一种自适应高容量的图像信息隐藏的方法，该方法的实现步骤如下：

步骤S1、输入载体图像，并对载体图像进行分块处理；将待嵌入的秘密信息转化为比特；

步骤S2、对载体图像分块后的子块的利用情况进行判断，子块使用完时直接结束信息隐藏过程，并在子块未使用完时进行步骤S3；

步骤S3、选取载体图像分块后的第i块子块的中心元素，定为C_i，并以C_i为圆心，将该子块旋参照Z×90°转到指定的角度值，其中Z为旋转参数；

步骤S4、将转化后的比特秘密信息嵌入到步骤S3得到的转动后的子块中，并将该子块以C_i为圆心，反方向旋转到起始位置；

步骤S5、判断秘密信息嵌入是否完成，若完成则输出载密图像，信息隐藏方法结束，否则返回步骤S2继续执行。

较优的，在上述技术方案中，对载体图像进行分块处理具体为：按照的比例分成m×n个子块，其中M×N为载体图像的像素大小。

较优的，在上述技术方案中，步骤S3中旋转参数Z的计算公式为k，其中表示取小于*的步骤S3中旋转参数Z为奇数时，子块以其中心元素C_i为圆心顺时针旋转Z×90°；Z为偶数时，子块以其中心元素C_i为圆心逆时针旋转Z×90°。

较优的，在上述技术方案中，将转化后的比特秘密信息嵌入到步骤S3得到的转动后的子块中，并将该子块以C_i为圆心，反方向旋转到起始位置具体为：

步骤S41、计算第i块中每个像素隐藏信息的量d_i，其计算公式为：

其中，|*|表示对数*取绝对值，C_(i-1)和C_(i)分别表示前后两个相邻子块的中心元素，表示取小于*的最大整数，l＝1，2，3，…；

步骤S42、将嵌入第i块中的第j个像素的二进制秘密信息bin_j转换为十进制数m_j，其计算公式为：

b_j＝(C_(j,i))mod 2^di

m_j＝bin2dec(bin_j)

其中，j＝1，2，3，4，...8。

较优的，在上述技术方案中，步骤S41中d_i的确定具体为：在i＝1时，d_i＝l；在i>1时，根据步骤S41中的d_i得到最终d_i的修正式如下：

$d_i=\left\{\begin{array}{c}5,d_i\≥5\\ d_i,\mathrm{otherwise}\end{array}\right..$

较优的，在上述技术方案中，步骤S4中秘密信息嵌入的公式如下：

$S_{(j,i)}=\left\{\begin{array}{cc}{C}_{(j,i)}-(b_j-m_j),& b_j\≥m_j\\ C_{(j,i)}+(m_j-b_j),& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

其中，j＝1，2，3，4，...8。

较优的，在上述技术方案中，还包括秘密信息的提取算法，其步骤如下：

步骤S10、将载密图像按照步骤S1中的方式进行分块，并计算其旋转参数Z；

步骤S20、选取载密图像分块后的第i块像素子块，并选取其中心元素S_(i)，并根据Z×90°将该像素子块旋转到制定角度；

步骤S30、计算第j块中每个像素隐藏信息的量d_i，并根据S_(j,i)、S_(i)和d_i计算出m_j，最终依据d_i将将m_j转为成二进制数bin_j，其中，S_(j,i)是第i块中的第j个像素；

步骤S40、重复上述步骤S30，直到全部恢复秘密信息比特流，最终从比特流中恢复秘密信息。

本发明提供的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，结合了相邻子块的特性，以及自适应的和高容量的信息隐藏算法特点，通过子块的中心元以及子块随机旋转和自适应的嵌入信息，其相关参数作为密钥的一部分,提高了秘密信息隐藏的安全性。该方法具有较大的数据嵌入容量，同时隐藏图像具有较好的图像质量；并且该隐藏图像在不需要额外的信息的条件下，还能够从中正确提取嵌入数据，适用于多领域保密通讯信息的隐藏。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明提供的自适应高容量的图像信息隐藏的方法的流程。

具体实施方式

本发明提供的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，该方法的实现步骤如下：

步骤S1、输入载体图像，并对载体图像进行分块处理；将待嵌入的秘密信息转化为比特；

步骤S2、对载体图像分块后的子块的利用情况进行判断，子块使用完时直接结束信息隐藏过程，并在子块未使用完时进行步骤S3；

步骤S3、选取载体图像分块后的第i块子块的中心元素，定为C_i，并以C_i为圆心，将该子块旋参照Z×90°转到指定的角度值，其中Z为旋转参数；

步骤S4、将转化后的比特秘密信息嵌入到步骤S3得到的转动后的子块中，并将该子块以C_i为圆心，反方向旋转到起始位置；

步骤S5、判断秘密信息嵌入是否完成，若完成则输出载密图像，信息隐藏方法结束，否则返回步骤S2继续执行。

作为一种可实施方式，对载体图像进行分块处理具体为：按照的比例分成m×n个子块，其中M×N为载体图像的像素大小。

作为一种可实施方式，步骤S3中旋转参数Z的计算公式为其中表示取小于*的步骤S3中旋转参数Z为奇数时，子块以其中心元素C_i为圆心顺时针旋转Z×90°；Z为偶数时，子块以其中心元素C_i为圆心逆时针旋转Z×90°。

作为一种可实施方式，将转化后的比特秘密信息嵌入到步骤S3得到的转动后的子块中，并将该子块以C_i为圆心，反方向旋转到起始位置具体为：

步骤S41、计算第i块中每个像素隐藏信息的量d_i，其计算公式为：

其中，|*|表示对数*取绝对值，C_(i-1)和C_(i)分别表示前后两个相邻子块的中心元素，表示取小于*的最大整数，l＝1，2，3，…；

步骤S42、将嵌入第i块中的第j个像素的二进制秘密信息bin_j转换为十进制数m_j，其计算公式为：

b_j＝(C_(j,i))mod 2^di

m_j＝bin2dec(bin_j)

其中，j＝1，2，3，4，...8。

作为一种可实施方式，步骤S41中d_i的确定具体为：在i＝1时，d_i＝l；在i>1时，根据步骤S41中的d_i得到最终d_i的修正式如下：

$d_i=\left\{\begin{array}{c}5,d_i\≥5\\ d_i,\mathrm{otherwise}\end{array}\right..$

作为一种可实施方式，步骤S4中秘密信息嵌入的公式如下：

$S_{(j,i)}=\left\{\begin{array}{cc}{C}_{(j,i)}-(b_j-m_j),& b_j\≥m_j\\ C_{(j,i)}+(m_j-b_j),& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

其中，j＝1，2，3，4，...8。

作为一种可实施方式，还包括秘密信息的提取算法，其步骤如下：

步骤S10、将载密图像按照步骤S1中的方式进行分块，并计算其旋转参数Z；

步骤S20、选取载密图像分块后的第i块像素子块，并选取其中心元素S_(i)，并根据Z×90°将该像素子块旋转到制定角度；

步骤S30、计算第j块中每个像素隐藏信息的量d_i，并根据S_(j,i)、S_(i)和d_i计算出m_j，最终依据d_i将将m_j转为成二进制数bin_j，其中，S_(j,i)是第i块中的第j个像素；

步骤S40、重复上述步骤S30，直到全部恢复秘密信息比特流，最终从比特流中恢复秘密信息。

针对传统方式的图像隐藏方法，以Lena图像为例，3×3分块为标准，对LDT、HMPD、EGIT、ARW、LCIH和本申请的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，(此处缩写为AHCA)，各方法的容量及隐藏图像的质量进行比较，其中bpp为容量，其对比结果如下：

从表中可以看出，本申请的自适应高容量的图像信息隐藏的方法AHCA，在图像隐藏的容量及隐藏图像的质量方面具有更高的优越性，很好的解决了传统方式的图像隐藏信息的方法在隐藏数据量、图像精确度和嵌入数据稳定性方面有缺陷的技术问题。

本发明提供的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，结合了相邻子块的特性，以及自适应的和高容量的信息隐藏算法特点，通过子块的中心元以及子块随机旋转和自适应的嵌入信息，其相关参数作为密钥的一部分,提高了秘密信息隐藏的安全性。该方法具有较大的数据嵌入容量，同时隐藏图像具有较好的图像质量；并且该隐藏图像在不需要额外的信息的条件下，还能够从中正确提取嵌入数据，适用于多领域保密通讯信息的隐藏。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自适应高容量的图像信息隐藏的方法，其特征在于，该方法的实现步骤如下：

步骤S1、输入载体图像，并对所述载体图像进行分块处理；将待嵌入的秘密信息转化为比特；

步骤S2、对所述载体图像分块后的子块的利用情况进行判断，所述子块使用完时直接结束信息隐藏过程，并在所述子块未使用完时进行步骤S3；

步骤S3、选取所述载体图像分块后的第i块子块的中心元素，定为C_i，并以C_i为圆心，将该子块旋参照Z×90°转到指定的角度值，其中Z为旋转参数；

步骤S4、将转化后的比特秘密信息嵌入到步骤S3得到的转动后的子块中，并将该子块以C_i为圆心，反方向旋转到起始位置；

步骤S5、判断所述秘密信息嵌入是否完成，若完成则输出所述载密图像，信息隐藏方法结束，否则返回步骤S2继续执行。

2.根据权利要求1所述的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，其特征在于，所述对所述载体图像进行分块处理具体为：按照的比例分成m×n个子块，其中M×N为所述载体图像的像素大小。

3.根据权利要求1所述的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，其特征在于，步骤S3中旋转参数Z的计算公式为其中表示取小于*的最大整数，k＝2,3,4。

4.根据权利要求1至3任一项所述的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，其特征在于，步骤S3中旋转参数Z为奇数时，所述子块以其中心元素C_i为圆心顺时针旋转Z×90°；Z为偶数时，所述子块以其中心元素C_i为圆心逆时针旋转Z×90°。

5.根据权利要求1所述的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，其特征在于，所述将转化后的比特秘密信息嵌入到步骤S3得到的转动后的子块中，并将该子块以C_i为圆心，反方向旋转到起始位置具体为：

步骤S41、计算第i块中每个像素隐藏信息的量d_i，其计算公式为：

其中，|*|表示对数*取绝对值，C_(i-1)和C_(i)分别表示前后两个相邻子块的中心元素，表示取小于*的最大整数，l＝1，2，3，…；

步骤S42、将嵌入第i块中的第j个像素的二进制秘密信息bin_j转换为十进制数m_j，其计算公式为：

b_j＝(C_(j,i))mod 2^di

m_j＝bin2dec(bin_j)

其中，b_j为平衡因子，j＝1，2，3，4，...8。

6.根据权利要求5所述的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，其特征在于，步骤S41中d_i的确定具体为：在i＝1时，d_i＝l；在i>1时，根据步骤S41中的d_i得到最终d_i的修正式如下：

$d_i=\left\{\begin{array}{c}5,d_i\≥5\\ d_i,\mathrm{otherwise}\end{array}\right..$

7.根据权利要求5所述的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，其特征在于，步骤S4中秘密信息嵌入的公式如下：

$S_{(j,i)}=\left\{\begin{array}{cc}{C}_{(j,i)}-(b_j-m_j),& b_j\≥m_j\\ C_{(j,i)}+(m_i-b_j),& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

其中，j＝1，2，3，4，...8。

8.根据权利要求6所述的自适应高容量的图像信息隐藏的方法，其特征在于，还包括秘密信息的提取算法，其步骤如下：

步骤S10、将所述载密图像按照步骤S1中的方式进行分块，并计算其旋转参数Z；

步骤S20、选取所述载密图像分块后的第i块像素子块，并选取其中心元素S_(i)，并根据Z×90°将该像素子块旋转到制定角度；

步骤S30、计算第j块中每个像素隐藏信息的量d_i，并根据S_(j,i)、S_(i)和d_i计算出m_j，最终依据d_i将将m_j转为成二进制数bin_j，其中，S_(j,i)是第i块中的第j个像素；

步骤S40、重复上述步骤S30，直到全部恢复秘密信息比特流，最终从比特流中恢复秘密信息。