CN105160694B - 一种数据隐藏方法及隐藏系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据隐藏技术领域，尤其涉及一种数据隐藏方法及隐藏系统。本发明以图像作为数据载体，发送端将秘密数据转换成比特序列后，将比特序列中每一比特位的值隐藏于图像中，得到隐藏有秘密数据的图像并发送给接收端，接收端可根据相应密钥从图像中提取出隐藏的秘密数据。隐藏数据时，每个正方形图像块可通过其两条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性隐藏两比特位的数据，这样，在图像中隐藏的数据量将是图像所拆分成的图像块数量的两倍。而且，在对正方形图像块进行像素位置调整时，由于只需调整该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上的最多两个像素的灰度值，因此，对图像的质量影响很小，保证了图像质量。

Description

一种数据隐藏方法及隐藏系统

技术领域

本发明涉及数据隐藏技术领域，尤其涉及一种数据隐藏方法及隐藏系统。

背景技术

近年来，随着移动互联网、4G等通讯技术的飞速发展，使得信息的传输变得越来越便捷，但同时也带来了数据传输的安全保密性等问题。加密传输是一种传统的解决方法，但其同时也带来了密钥管理复杂、系统效率变低、容易引起拦截者注意等问题。数据隐藏技术可以很好地解决这些问题，通过将所要传输的秘密数据隐藏于一般的文件载体内容中，再通过公共传输信道将这些隐藏有秘密数据的一般文件载体传输给接收者，接收者通过相应的数据提取方法，获得隐藏于一般文件载体的秘密数据。这种数据隐藏传输方式可以避免引起网络拦截者的注意，在不影响系统效率，同时可减少密钥管理复杂性的情况下，提高数据传输的安全保密性。

随着多媒体处理技术的快速发展，图像、视频、音频等多媒体文件作为数据隐藏传输的载体文件，一般更为容易编辑和处理。特别是随着智能手机、IPAD、数码相机等的普遍应用，图像采集变得越来越容易，利用图像作为数据载体进行数据隐藏传输已成为最常见的一种数据隐藏传输方式。然而，现有的基于图像的数据隐藏传输方式在保证隐藏数据后载体图像的质量的前提下，图像中可以隐藏的数据量还不够大，影响了基于图像的数据隐藏传输方式在数据隐藏传输中的应用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种数据隐藏方法及隐藏系统，利用图像作为数据隐藏载体，在保证图像质量的前提下提高隐藏于图像的数据量。本发明是这样实现的：

一种数据隐藏方法，包括如下步骤：

步骤A：将数据转换成比特序列；当所述比特序列的比特位数为奇数时，在所述比特序列的末尾填充一个比特位，并将其值赋为0或1；

步骤B：按所述比特序列的排列顺序从所述比特序列中每次提取两个比特位的值作为一组，得到M个比特位值组；设每个比特位值组中的前一个比特位的值为该比特位值组中的第一比特位值，后一个比特位的值为该比特位值组中的第二比特位值；

步骤C：将作为所述数据的载体的矩形图像划分成P个大小相同的正方形图像块，P≥M，并提取其中前M个正方形图像块；该M个正方形图像块中每个正方形图像块具有第一对角线和第二对角线；

步骤D：检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

步骤E：以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值，按所述M个正方形图像块与所述M个比特位值组一一对应，每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性与该正方形图像块对应的比特位值组的第一比特位值和第二比特位值分别对应的原则，检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值是否分别一致，如果否，则对该正方形图像块进行像素位置调整，使该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别一致。

进一步地，所述M不为素数。

进一步地，对正方形图像块进行像素位置调整的方法如下：

步骤E1：当该正方形图像块中仅第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值不一致时，从该第一对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

步骤E2：当该正方形图像块中仅第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第二比特位值不一致时，从该第二对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

步骤E3：当该正方形图像块中第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别不一致时，包括如下步骤：

步骤E3-1：从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素，并将这两个像素互换；

步骤E3-2：互换后，检测该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性是否都改变，如果否，则放弃该次互换并返回步骤E3-1，直到该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性都改变。

进一步地，从正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个像素的原则为：按所提取的两个像素的灰度值之差由小到大的顺序，从灰度值之差最小的两个像素开始提取。

进一步地，设所述正方形图像块的大小为W×W，则W为偶数，且W≥4。

一种以图像为数据载体的数据发送方法，包括如上所述的任意一种数据隐藏方法所包含的步骤，在所述数据隐藏方法所包含的步骤之后，还包括如下步骤：

步骤F：将作为所述数据的载体的矩形图像及其密钥发送出去；所述密钥包括如权利要求1中所述的大小和比特位数。

一种以上述数据发送方法发送的数据的提取方法，包括如下步骤：

步骤1：读取接收到的作为数据的载体的矩形图像及其密钥；所述密钥包括如权利要求1中所述的大小和比特位数，设所述比特位数为N；

步骤2：将所述矩形图像划分为P个具有所述大小的正方形图像块，并从中提取前M个正方形图像块，M为取整；

步骤3：检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

步骤4：以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值的原则，将所述M个正方形图像块中各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的比特位值按各正方形图像块的顺序排列，得到比特序列；当所述比特位数为奇数时，去掉所得到的比特序列的最后一个比特位；

步骤5：将所得到的比特序列还原为数据。

一种数据隐藏系统，包括：

数据转换模块，用于将数据转换成比特序列；当所述比特序列的比特位数为奇数时，在所述比特序列的末尾填充一个比特位，并将其值赋为0或1；

比特位分组模块，用于按所述比特序列的排列顺序从所述比特序列中每次提取两个比特位的值作为一组，得到M个比特位值组；设每个比特位值组中的前一个比特位的值为该比特位值组中的第一比特位值，后一个比特位的值为该比特位值组中的第二比特位值；

图像划分模块，用于将作为所述数据的载体的矩形图像划分成P个大小相同的正方形图像块，P≥M，并提取其中前M个正方形图像块；该M个正方形图像块中每个正方形图像块具有第一对角线和第二对角线；

图像块检测模块，用于检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

图像块调整模块，用于以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值，按所述M个正方形图像块与所述M个比特位值组一一对应，每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性与该正方形图像块对应的比特位值组的第一比特位值和第二比特位值分别对应的原则，检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值是否分别一致，如果否，则对该正方形图像块进行像素位置调整，使该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别一致。

进一步地，所述图像块调整模块对正方形图像块进行像素位置调整时：

当该正方形图像块中仅第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值不一致时，从该第一对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

当该正方形图像块中仅第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第二比特位值不一致时，从该第二对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

当该正方形图像块中第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别不一致时，包括如下步骤：

从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素，并将这两个像素互换；

互换后，检测该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性是否都改变，如果否，则放弃该次互换并再次从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素进行互换，直到该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性都改变。

进一步地，所述图像块调整模块从正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个像素的原则为：按所提取的两个像素的灰度值之差由小到大的顺序，从灰度值之差最小的两个像素开始提取。

与现有技术相比，利用本发明，每个正方形图像块可通过其两条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性隐藏两比特位的数据，这样，在图像中隐藏的数据量将是图像所拆分成的图像块数量的两倍。而且，在对正方形图像块进行像素位置调整时，由于只需调整该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上的最多两个像素的灰度值，因此，对图像的质量影响很小，保证了图像质量。

附图说明

图1：本发明提供的数据隐藏方法流程示意图；

图2：本发明提供的数据隐藏方法中比特位分组示意图；

图3：本发明提供的数据隐藏方法中图像划分示意图；

图4：正方形图像块及其对角线示意图；

图5：本发明提供的以上述数据发送方法发送的数据的提取方法流程示意图；

图6：本发明提供的数据隐藏系统组成示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

为了解决现有的基于图像的数据隐藏传输方式存在的隐藏数据容量小等问题，本发明提出的数据隐藏方法是以图像作为数据载体，发送端将秘密数据转换成比特序列后，将比特序列中每一比特位的值隐藏于图像中，得到隐藏有秘密数据的图像并发送给接收端，接收端可根据相应密钥从图像中提取出隐藏的秘密数据。

如图1所示，本发明提供了一种数据隐藏方法，包括如下步骤：

步骤A：将数据转换成比特序列；当所述比特序列的比特位数为奇数时，在所述比特序列的末尾填充一个比特位，并将其值赋为0或1。

步骤B：按所述比特序列的排列顺序从所述比特序列中每次提取两个比特位的值作为一组，得到M个比特位值组；设每个比特位值组中的前一个比特位的值为该比特位值组中的第一比特位值，后一个比特位的值为该比特位值组中的第二比特位值。

比特位是计算机最小的存储单位，以0或1来表示比特位的值，计算机通过比特序列来表示数据。本发明拟通过将矩形图像划分为若干正方形图像块，每个正方形图像块隐藏两个比特位的数据的方式来隐藏数据。因此，将比特序列中的各比特位按上述方式分组，每组包含两个比特位的值。如图2所示，第1个比特位值组中包含第1比特位和第2比特位的值，分别为1和1，其中第1比特位的值为第1个比特位值组中的第一比特位值，第2个比特位的值为第1个比特位值组中的第二比特位值；第2个比特位值组中包含第3比特位和第4比特位的值，分别为0和1，其中，第3比特位的值为第2个比特位值组中的第一比特位值，第4比特位的值为第2个比特位值组中的第二比特位值；后续各比特位值组以此类推。当比特位数为奇数时，由于最后一组只包含一个比特位的值，因此，在这种情况下，为方便计算，在比特序列的末尾填充一个比特位，并将该填充的比特位的值设为0或1，使最后一个比特位值组包含两个比特位值，在从图像中提取隐藏的数据时，只需要将填充的比特位的值去除即可。

步骤C：将作为所述数据的载体的矩形图像划分成P个大小相同的正方形图像块，P≥M，并提取其中前M个正方形图像块；该M个正方形图像块中每个正方形图像块具有第一对角线和第二对角线。如图3所示，将矩形图像划分成P个正方形图像块，即该P个正方形图像块组成一副完整的前述矩形图像。如前所述，本发明拟将矩形图像划分为若干正方形图像块，每个正方形图像块隐藏两个比特位的数据，即每个正方形图像块隐藏一个比特位值组的数据，因此，所划分的正方形图像块的数量至少应该达到步骤B中所分成的比特位值组的数量，即P≥M。由于只需要M个正方形图像块即可隐藏该M个比特位值组的数据，因此，只需提取前M个正方形图像块。一般而言，可如图3所示，从矩形图像的起始位置(如右上角)开始，按顺序提取前M个正方形图像块。图3所示是一种较为理想的划分结果，矩形图像的长度和宽度都是正方形图像块的宽度的整数倍，该矩形图像刚好划分成P个正方形图像块。但是在很多情况下，确定了正方形图像块的大小后，如果矩形图像的长度和/或宽度不是正方形图像块宽度的整数倍时，对矩形图像进行划分时，在其长度和/或宽度方向的末端就会留下一部分不足以形成该大小的正方形图像的区域，这不会对数据的隐藏和提取产生实质影响。

步骤D：检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性。如图4所示为一个正方形图像块的示意图。图中，由左上角到右下角的对角线定义为该正方形图像块的第一对角线，由右上角到左下角的对角线定义为该正方形图像块的第二对角线。通过检测第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列。每条对角线的像素灰度值序列都有其奇偶性，由于比特位的值要么为1，要么为0，而序列的逆序数奇偶性要么为奇，要么为偶，因此，一条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性可表示一个比特位的值，每个正方形图像块有两条对角线，可表示两个比特位的值。因此，需将每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性检测出，以便后续确定当前情况下该M个正方形图像块中的每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的比特位的值。

步骤E：以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值，按所述M个正方形图像块与所述M个比特位值组一一对应，每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性与该正方形图像块对应的比特位值组的第一比特位值和第二比特位值分别对应的原则，检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值是否分别一致，如果否，则对该正方形图像块进行像素位置调整，使该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别一致。假设定义一条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性为奇时，表示的比特位的值为1，奇偶性为偶时，表示的比特位的值为0。以图4为例，假设该正方形图像块对应图2所示的第2个比特位值组，则该正方形图像块的第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性应为偶，第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性应为奇。如果经检测，该正方形图像块的第一、二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性分别为偶和奇，则表示该正方形图像块的第一、二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别一致，则该正方形图像块无需调整，否则，表示该正方形图像块需要进行调整。在对该正方形图像块进行调整时，只需对该正方形图像块进行像素位置调整，使该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别一致即可。具体来说，对正方形图像块进行像素位置调整的方法如下：

步骤E1：当该正方形图像块中仅第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值不一致时，从该第一对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性。

步骤E2：当该正方形图像块中仅第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第二比特位值不一致时，从该第二对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性。

步骤E1和步骤E2中，由于只需在第一对角线或第二对角线上提取两个像素进行互换，且提取两个像素时遵循了最小失真原则(即提取的是灰度值之差最小的那两个像素)，这样，在互换后最大限度地控制了失真，对调整后的图像质量影响最小。

步骤E3：当该正方形图像块中第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别不一致时，包括如下步骤：

步骤E3-1：从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素，并将这两个像素互换；

步骤E3-2：互换后，检测该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性是否都改变，如果否，则放弃该次互换并返回步骤E3-1，直到该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性都改变。

在步骤E3中，由于只需在第一对角线和第二对角线上各取一个像素进行互换，相当于每条对角线上只需改变一个像素的灰度即可，从而控制了调整后整个矩形图像的失真，保证了调整后的图像质量。为进一步降低对调整后的矩形图像的质量的影响，在从正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个像素进行互换时需遵循一定原则，即：按所提取的两个像素的灰度值之差由小到大的顺序，从灰度值之差最小的两个像素开始提取。灰度值之差是指该正方形图像块中的第一对角线上的像素与第二对角线上的像素的灰度值之差。一个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上均有若干像素，两条对角线上肯定各存在一个像素，使得这两个像素的灰度值之差小于从这两条对角线上的其他像素的灰度值之差。应从这两个像素开始，将这两个像素进行互换，并检测互换后该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值是否分别一致，如果一致，则完成对该正方形图像块的调整，如果还不一致，则按前述原则所定义的顺序，继续从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线提取像素进行互换，直到一致。由于是从灰度值最为接近的两个像素开始进行互换的，因此，第一次互换后对图像质量的影响将是最小的，以后的每次互换对图像质量的影响将逐渐增大。由此可见，通过这种对图像质量影响由小到大的像素互换方式有利于最大限度地降低对调整后图像质量的影响。

当M个正方形图像块中的所有正方形图像块都调整符合上述条件后，就完成了数据隐藏过程。

本发明还提供了一种以图像为数据载体的数据发送方法，包括上述任意一种数据隐藏方法所包含的步骤，在数据隐藏方法所包含的步骤之后，还包括步骤F：将作为数据的载体的矩形图像及其密钥发送出去。其中的密钥包括了矩形图像所划分成的正方形图像块的大小以及数据所转换成的比特序列的比特位数。

密钥是用于接收端接收到矩形图像后进行数据提取时使用的。密钥中的大小用于确定如何对接收到的矩形图像进行划分，即根据该大小进行划分，将矩形图像划分为若干具有该大小的正方形图像块，划分成的若干正方形图像块可共同组成前述的矩形图像。而比特位数是用于确定在隐藏数据时，是否对比特序列进行了填充，如果比特序列的比特位数为奇数，则表示有填充，需将还原后的比特序列的末尾的比特位去掉。

如图5所示，本发明还提供了一种以上述数据发送方法发送的数据的提取方法，包括如下步骤：

步骤1：读取接收到的作为数据的载体的矩形图像及其密钥；其中的密钥包括了矩形图像所划分成的正方形图像块的大小以及数据所转换成的比特序列的比特位数，设比特位数为N。

步骤2：将所述矩形图像划分为P个具有所述大小的正方形图像块，并从中提取前M个正方形图像块，M为取整。根据前述的数据隐藏方法中的原理描述，根据该大小划分矩形图像的话，得到的正方形图像块的数量P将是不小于的整数部分的，而该整数部分将正好是在数据隐藏方法的步骤中比特位值组的数量，因此，根据数据隐藏方法的步骤C，只有前M个正方形图像块才隐藏有数据，因此只需提取前M个正方形图像块。

步骤3：检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性。

步骤4：以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值的原则，将所述M个正方形图像块中各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的比特位值按各正方形图像块的顺序排列，得到比特序列；当所述比特位数为奇数时，去掉所得到的比特序列的最后一个比特位。以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值的原则需与数据隐藏方法的步骤E中所述的对应原则一致。由于密钥中的比特位数只是为了确定数据隐藏时是否有填充位，而确定是否有填充位只需确定比特位数的奇偶性即可，而无需确定比特位数的具体数值，因此，密钥中的比特位数也可以替换为比特位数的奇偶性，两者具有等同作用。

步骤5：将所得到的比特序列还原为数据。

如图6所示，本发明还提供了一种数据隐藏系统，包括：

数据转换模块1，用于将数据转换成比特序列；当所述比特序列的比特位数为奇数时，在所述比特序列的末尾填充一个比特位，并将其值赋为0或1；

比特位分组模块2，用于按所述比特序列的排列顺序从所述比特序列中每次提取两个比特位的值作为一组，得到M个比特位值组；设每个比特位值组中的前一个比特位的值为该比特位值组中的第一比特位值，后一个比特位的值为该比特位值组中的第二比特位值；

图像划分模块3，用于将作为所述数据的载体的矩形图像划分成P个大小相同的正方形图像块，P≥M，并提取其中前M个正方形图像块；该M个正方形图像块中每个正方形图像块具有第一对角线和第二对角线；

图像块检测模块4，用于检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

图像块调整模块5，用于以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值，按所述M个正方形图像块与所述M个比特位值组一一对应，每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性与该正方形图像块对应的比特位值组的第一比特位值和第二比特位值分别对应的原则，检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值是否分别一致，如果否，则对该正方形图像块进行像素位置调整，使该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别一致。

图像块调整模块5对正方形图像块进行像素位置调整时：

当该正方形图像块中仅第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值不一致时，从该第一对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

当该正方形图像块中仅第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第二比特位值不一致时，从该第二对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

当该正方形图像块中第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别不一致时，包括如下步骤：

从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素，并将这两个像素互换；

互换后，检测该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性是否都改变，如果否，则放弃该次互换并再次从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素进行互换，直到该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性都改变。

图像块调整模块5从正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个像素的原则为：按所提取的两个像素的灰度值之差由小到大的顺序，从灰度值之差最小的两个像素开始提取。

以下以二值图像数据为例，举例说明本发明数据隐藏、发送、接收及提取过程。

假设需要发送的数据为二值图像，该二值图像的大小为320×240。如前所述，首先，需要将该二值图像转换为比特序列。可通过光栅扫描的方式扫描该二值图像，将该二值图像中各像素的灰度转化为比特位值，并按序组成比特序列。该比特序列包含76800个比特位值。然后，将比特序列按排列顺序每次提取两个比特位值作为一组，从而分成按序排列的38400组比特位值。对于作为该二值图像的载体的矩形图像，需要根据该矩形图像的大小和二值图像的比特序列的位数，将矩形图像划分为适合数量的大小相同的正方形图像块。根据前述原理，正方形图像块的数量应当不小于38400组。将比特序列分组和矩形图像分块后。从矩形图像中提取前38400个正方形图像块，这38400个正方形图像块按从左到右、从上到下的顺序排列。该38400个正方形图像块与前述38400个比特位值组按排列顺序一一对应，即第一个正方形图像块(左上角的正方形图像块)对应第一个比特位值组，第二个正方形图像块对应第二个比特位值组，第38400个正方形图像块对应第38400个比特位值组。同时，每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性与该正方形图像块对应的比特位值组的第一比特位值和第二比特位值分别对应。

将比特序列分组以及将矩形图像分块完成后，分别检测各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性。定义灰度值序列的逆序数奇偶性为奇的对角线表示比特位值1，灰度值序列的逆序数奇偶性为偶的对角线表示的比特位值为0。根据前述原则检测每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性与该正方形图像块所对应的比特位值组的第一比特位值和第二比特位值是否分别对应，如不是分别对应，则根据前述调整方法调整相应正方形图像块，使其分别对应，直到所有正方形图像块调整完毕。

假设图4所示正方形图像块为与图2所示的比特序列中第2个比特位值组对应的正方形图像块，即图3中的第2正方形图像块。该正方形图像块的大小为16×16，由左上角到右下角的对角线为该正方形图像块的第一对角线，右上角到左下角的对角线为该正方形图像块的第二对角线。结合图2、图3、图4所示，第2个比特位值组的第一比特位值为0，第二比特位值为1。则该正方形图像块中的第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性应该为0，第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性应该为1。该正方形图像块有如下四种情况：一、如果该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性分别为偶和奇，则该正方形图像块不需要进行调整。二、如果该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性分别为偶和偶，则需要调整该正方形图像块的第二对角线上的像素排列顺序，使得第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性变为奇。调整时，可将该第二对角线上的任意两个灰度值不相等的像素互换即可改变其像素灰度值序列的逆序数奇偶性，但是为最大程度控制调整后的图像失真，应将该对角线上的灰度值不相等且差值最小的两个像素进行互换。三、如果该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性分别为奇和奇，则需要调整该正方形图像块的第一对角线上的像素排列顺序，使得第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性变为偶，调整方法与第二种情况所述同理，不再赘述。四、如果该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性分别为奇和偶，则从第一对角线和第二对角线上分别提取一个像素并互换，提取时，按所提取的两个像素的灰度值之差由小到大的顺序，从灰度值之差最小的两个像素开始提取，直到该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性分别为偶和奇。

将数据隐藏到矩形图像中后，发送端就可将隐藏有数据的矩形图像及密钥发送出去。密钥中包含由二值图像数据所转换成的比特序列的比特位数，以及该矩形图像所划分成的正方形图像块的大小，还可进一步包括转换时的相关参数，如二值图像的大小。接收端接收到矩形图像后，根据密钥中的大小将矩形图像分块，并根据划分所得的各正方形图像块的排列顺序提取前38400个正方形图像块。然后检测这38400个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性，并根据在隐藏数据时的对应原则，确定出各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值，然后将各值按顺序排列，得到比特序列。同时，根据密钥中的比特位数的奇偶性判断在将数据转换为比特序列时是否有填充位。如为奇数，则有填充位，将排列得到的比特序列的最后一位去除。该二值图像的大小为320×240，即像素总数为76800，因此密钥中的比特位数为76800，为偶数，因此，没有填充位，得到的比特序列就为原二值图像转换所得的比特序列，该比特序列中的每一个值都代表二值图像中的一个相应像素的值，这样，根据密钥中的二值图像的大小320×240，很容易将该比特序列再还原为二值图像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据隐藏方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：将数据转换成比特序列；当所述比特序列的比特位数为奇数时，在所述比特序列的末尾填充一个比特位，并将其值赋为0或1；

步骤B：按所述比特序列的排列顺序从所述比特序列中每次提取两个比特位的值作为一组，得到M个比特位值组；设每个比特位值组中的前一个比特位的值为该比特位值组中的第一比特位值，后一个比特位的值为该比特位值组中的第二比特位值；

步骤C：将作为所述数据的载体的矩形图像划分成P个大小相同的正方形图像块，P≥M，并提取其中前M个正方形图像块；该M个正方形图像块中每个正方形图像块具有第一对角线和第二对角线；

步骤D：检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

步骤E：以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值，按所述M个正方形图像块与所述M个比特位值组一一对应，每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性与该正方形图像块对应的比特位值组的第一比特位值和第二比特位值分别对应的原则，检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值是否分别一致，如果否，则对该正方形图像块进行像素位置调整，使该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别一致。

2.如权利要求1所述的数据隐藏方法，其特征在于，对正方形图像块进行像素位置调整的方法如下：

步骤E1：当该正方形图像块中仅第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值不一致时，从该第一对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

步骤E2：当该正方形图像块中仅第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第二比特位值不一致时，从该第二对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

步骤E3：当该正方形图像块中第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别不一致时，包括如下步骤：

步骤E3-1：从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素，并将这两个像素互换；

步骤E3-2：互换后，检测该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性是否都改变，如果否，则放弃该次互换并返回步骤E3-1，直到该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性都改变。

3.如权利要求2所述的数据隐藏方法，其特征在于，从正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个像素的原则为：按所提取的两个像素的灰度值之差由小到大的顺序，从灰度值之差最小的两个像素开始提取。

4.如权利要求1所述的数据隐藏方法，其特征在于，设所述正方形图像块的大小为W×W，则W为偶数，且W≥4。

5.一种以图像为数据载体的数据发送方法，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一所述的数据隐藏方法所包含的步骤，在所述数据隐藏方法所包含的步骤之后，还包括如下步骤：

步骤F：将作为所述数据的载体的矩形图像及其密钥发送出去；所述密钥包括如权利要求1中所述的大小和比特位数。

6.一种以权利要求5所述的数据发送方法发送的数据的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：读取接收到的作为数据的载体的矩形图像及其密钥；所述密钥包括如权利要求1中所述的大小和比特位数，设所述比特位数为N；

步骤2：将所述矩形图像划分为P个具有所述大小的正方形图像块，并从中提取前M个正方形图像块，M为取整；

步骤3：检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

步骤4：以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值的原则，将所述M个正方形图像块中各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的比特位值按各正方形图像块的顺序排列，得到比特序列；当所述比特位数为奇数时，去掉所得到的比特序列的最后一个比特位；

步骤5：将所得到的比特序列还原为数据。

7.一种数据隐藏系统，其特征在于，包括：

数据转换模块，用于将数据转换成比特序列；当所述比特序列的比特位数为奇数时，在所述比特序列的末尾填充一个比特位，并将其值赋为0或1；

比特位分组模块，用于按所述比特序列的排列顺序从所述比特序列中每次提取两个比特位的值作为一组，得到M个比特位值组；设每个比特位值组中的前一个比特位的值为该比特位值组中的第一比特位值，后一个比特位的值为该比特位值组中的第二比特位值；

图像划分模块，用于将作为所述数据的载体的矩形图像划分成P个大小相同的正方形图像块，P≥M，并提取其中前M个正方形图像块；该M个正方形图像块中每个正方形图像块具有第一对角线和第二对角线；

图像块检测模块，用于检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各像素的灰度值，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列，并检测每个像素灰度值序列的逆序数奇偶性，得到各正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

图像块调整模块，用于以每条对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性表示一个比特位的值，按所述M个正方形图像块与所述M个比特位值组一一对应，每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性与该正方形图像块对应的比特位值组的第一比特位值和第二比特位值分别对应的原则，检测所述M个正方形图像块中每个正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值是否分别一致，如果否，则对该正方形图像块进行像素位置调整，使该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别一致。

8.如权利要求7所述的数据隐藏系统，其特征在于，所述图像块调整模块对正方形图像块进行像素位置调整时：

当该正方形图像块中仅第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值不一致时，从该第一对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第一对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

当该正方形图像块中仅第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第二比特位值不一致时，从该第二对角线上提取灰度值不相等且差值最小的两个像素，并将这两个像素互换，以改变该第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性；

当该正方形图像块中第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性所表示的值与该正方形图像块对应的比特位值组中的第一比特位值和第二比特位值分别不一致时，包括如下步骤：

从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素，并将这两个像素互换；

互换后，检测该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性是否都改变，如果否，则放弃该次互换并再次从该正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个未被提取过的像素进行互换，直到该正方形图像块的第一对角线和第二对角线的像素灰度值序列的逆序数奇偶性都改变。

9.如权利要求7所述的数据隐藏系统，其特征在于，所述图像块调整模块从正方形图像块的第一对角线和第二对角线上各提取一个像素的原则为：按所提取的两个像素的灰度值之差由小到大的顺序，从灰度值之差最小的两个像素开始提取。