CN105279728A - 基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法，智能移动终端选取滤噪后的外部图像作为原始载体图像，统计嵌入秘密信息中字符出现概率，根据字符出现概率对各字符重新排序形成新的字符串；将查找到的新字符串中出现概率最小的字符组合相加形成新的节点，新节点作为整体与其他未组合字符重新排序，获得最终的Huffman二叉树、Huffman码表和秘密信息的编码信息数据；以IP置换表，对编码信息数据重新排序，获得置换编码信息数据；记录载体图像各像素的LSB数据流与秘密信息比特不同的像素个数；并通过对像素的灰度值减1或加1，得到嵌入秘密信息的加密载体图像。

Description

基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法

技术领域

本发明涉及图像隐写领域，尤其涉及一种基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法。

背景技术

随着智能移动终端价格的下降及社会服务的网络化，移动互联网的用户占据越来越大的比重。移动互联网的飞速发展使得智能移动终端中图像、视频等数字多媒体信息的存储、复制与传播变得非常方便。然而，人们在享受网络时代提供的信息共享便捷通信的同时，也为私密信息的泄露埋下了隐患。

数字图像隐写术是近年发展起来的一种新型的信息安全技术，不同于传统的密码技术。传统的密码技术是将明文数据加密成无法正常识别的密文数据来隐藏通信内容，却无法隐藏秘密通信的事实；而数字图像隐写术是通过将秘密信息隐藏在公开载体图像中进行传送，不但掩盖通信内容而且掩盖了通信事实，从而弥补了传统密码技术隐蔽性的不足。

然而，由于智能移动终端的处理器能力和存储能力有限，如果将现有的各种数字图像隐写方法移植应用到针对智能移动终端的图像隐写中，则会因移植的图像隐写方法的较大复杂度导致智能移动终端的处理效率非常低下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种适于智能移动终端中图像隐写的基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

(1)智能移动终端通过内存卡或内置摄像头获取外部图像，对获取的外部图像滤除噪声，并将滤除噪声后的外部图像作为隐写信息的待选原始载体图像；

(2)选择原始载体图像C，设原始载体图像C的像素值为c×c，设定待嵌入的原始秘密信息S为一组长度为L的字符串s，记字符串s中第i个字符为s_i，1≤i≤L；

(3)统计字符串s中各字符出现的次数，并计算出各字符的出现概率，记字符s_i的出现概率为p(s_i)，0<p(s_i)≤1；

(4)根据各字符出现概率从小到大的顺序，对各字符进行重新排序，形成一组新的字符串s₁，并查找新的字符串s₁中出现概率最小的字符；

(5)以新字符串中字符从左至右的顺序查找，将查找到的出现概率最小的字符组合相加，形成新的节点，并将形成的新节点作为整体与其他未组合的字符重新排序；

(6)再次重复执行步骤(5)，以最终得到概率之和为1，获得最终的Huffman二叉树；根据Huffman二叉树，以从根到分支、左节点为0，右节点为1的原则，得到Huffman码表；

(7)根据Huffman码表中各字符对应的编码顺序，得到待嵌入原始秘密信息S的编码信息数据D，其中设定编码信息数据D的长度为l，第j个信息数据为d_j，1≤j≤l；

(8)以IP置换表，对步骤(7)中编码信息数据D进行重新排序，以获得置换编码信息数据D₀，其中，置换编码信息数据D₀由位于左侧的L₀数据组和位于右侧的R₀数据组组成，D₀＝L₀R₀，该重新排序过程包括如下步骤(8-1)至步骤(8-3)：

(8-1)将编码信息数据D中第58位信息数据d₅₈作为L₀数据组的第1位，编码信息数据D中第50位信息数据d₅₀作为L₀数据组中的第2位，依此类推，得到L₀数据组为L₀＝d₅₈d₅₀d₄₂…d₈；编码信息数据D中第57位信息数据d₅₇作为R₀数据组的第1位，编码信息数据D中第49位信息数据d₄₉作为L₀数据组中的第2位，依此类推，得到R₀数据组为R₀＝d₅₇d₄₉d₄₁…d₇；将L₀数据组和R₀数据组进行组合，得到置换编码信息数据D₁＝d₅₈d₅₀d₄₂…d₈d₅₇d₄₉d₄₁…d₇；

(8-2)对步骤(8-1)所得L₀数据组和R₀数据组中数据按照IP置换表进行IP置换和异或运算，并进行16次循环迭代，得到迭代后的L'₀数据组和R'₀数据组，并令L'₀(t)＝L₀(t)，R'₀＝R₀(t)，其中，迭代公式如下：

$L_0\left(t\right)=R_0(t-1);R_0\left(t\right)=L_0\left(t\right)\&CirclePlus;f(R_0(t-1),k_t),t=\mathrm{1,2},...,16;$

其中，L₀(t)表示L₀数据组中第t个信息数据，R₀(t)表示R₀数据组中第t个信息数据，表示异或运算，f(,)表示由S盒决定的置换算法，k_t表示由密钥编排产生的数据块；

IP置换表如下：

58	50	42	34	26	18	10	2	60	52	44	36	28	20	12	4
																62	54	46	38	30	22	14	6	64	56	48	40	32	24	16	8
57	49	41	33	25	17	9	1	59	51	43	35	27	19	3	3
																61	53	45	37	29	21	13	5	63	55	47	39	31	23	15	7

(8-3)对步骤(8-2)所得迭代后的L'₀数据组和R'₀数据组中的数据按照IP^-1逆置换表进行置换，得到密文数据D'；其中，IP^-1逆置换表如下：

40	8	48	16	56	24	64	32	39	7	47	15	55	23	63	31
																38	6	46	14	54	22	62	30	37	5	45	13	53	21	61	29
36	4	44	12	52	20	60	28	35	3	43	11	51	19	59	27
																34	2	42	10	50	18	58	26	33	1	41	9	49	17	57	25

(9)将预处理后的秘密信息中每个比特按zigzag扫描的方式对应于载体图像C的各个像素值，并记录像素的LSB数据流；

(10)统计每个像素的LSB与欲嵌入的秘密信息比特不同的像素个数，记不同的像素构成向量g，并计算、获取最优组合x₀,x₁,x₂,…,x₂₅₅；其中，最优组合x₀,x₁,x₂,…,x₂₅₅的求解公式如下：

$\underset{j=2i}{\&Sigma;}{x}_j+\underset{j=2i+1}{\&Sigma;}(g_j-x_j)=\underset{j=2i}{\&Sigma;}(g_j-x_j)+\underset{j=2i+1}{\&Sigma;}{x}_j$

g'＝Mx+g_s，g'表示图像隐写后的像素矩阵；

$d=\left|\right|g^{,}-g\left|\right|=\sqrt{\underset{j=0}{\overset{255}{\&Sigma;}}{\left(g_j^{,}-g_j\right)}^2};$

(11)对于灰度值为g_j的像素点集合(g₀,g₁,g₂,…,g₂₅₅)，选择x_j个像素将其灰度值减1，并将剩余的(g_j-x_j)个像素的灰度值加1，从而得到嵌入秘密信息S的加密载体图像C'，其中，加密载体图像C'的像素矩阵为g'。

与现有技术相比，本发明的优点在于：智能移动终端选取滤噪后的外部图像作为原始载体图像，统计嵌入秘密信息中字符出现概率，根据字符出现概率对各字符重新排序形成新的字符串；将查找到的新字符串中出现概率最小的字符组合相加形成新的节点，新节点作为整体与其他未组合字符重新排序，获得最终的Huffman二叉树、Huffman码表和秘密信息的编码信息数据；以IP置换表，对编码信息数据重新排序，获得置换编码信息数据；记录载体图像各像素的LSB数据流与秘密信息比特不同的像素个数；并通过对像素的灰度值减1或加1，得到嵌入秘密信息的加密载体图像。本发明中的图像隐写方法不仅适用于智能移动终端中的图像隐写，而且隐写后的加密载体图像具有良好的视觉隐蔽性，从而保证了所嵌入秘密信息的安全。

附图说明

图1为本发明实施例中基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法流程示意图；

图2为本发明实施例中选择的四幅原始载体图像；其中，图2(a)至图2(d)分别为原始载体图像“Lena”、“Baboon”、“Peppers”和“Boats”；

图3为本发明实施例中嵌入秘密信息后的加密载体图像；其中，图3(a)至图3(d)分别为嵌入秘密信息后的加密载体图像“Lena”、“Baboon”、“Peppers”和“Boats”。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

在本实施例中，智能移动终端具有内存卡和内置摄像头，其中，智能移动终端中的图像可以通过内存卡从外部终端导入，例如通过SD卡导入，也可以通过内置摄像头拍摄照片后，以获取外部图像。

以下结合图1，对本实施例中基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法作出具体说明。该智能移动终端图像隐写方法依次包括如下步骤：

(1)智能移动终端通过内存卡或内置摄像头获取外部图像，对获取的外部图像滤除噪声，并将滤除噪声后的外部图像作为隐写信息的待选原始载体图像；其中，滤除外部图像的噪声后，可以减少噪声对嵌入秘密信心过程的干扰，以提高嵌入效率；

(2)在待选择的原始载体图像中，根据需要，选择原始载体图像C，设原始载体图像C的像素值为c×c，待嵌入的原始秘密信息S为一组长度为L的字符串s，记字符串s中第i个字符为s_i，1≤i≤L；

(3)统计字符串s中各字符出现的次数，并计算出各字符的出现概率，记字符s_i的出现概率为p(s_i)，0<p(s_i)≤1；

设待嵌入的原始秘密信息S为字符串“cabcedeacacdeddaaabaababaaabbacdebaceada”，该字符串的长度为40，则字符“a”的出现概率为0.4，字符“b”的出现概率为0.175，字符“c”的出现概率为0.15，字符“d”的出现概率为0.15，字符“e”的出现概率为0.125；

(4)根据各字符出现概率从小到大的顺序，对各字符进行重新排序，形成一组新的字符串s₁，并查找新的字符串s₁中出现概率最小的字符；

例如，在字符串“cabcedeacacdeddaaabaababaaabbacdebaceada”中，根据各字符出现概率从小到大重新排序后为e(0.125)、c(0.15)、d(0.15)、b(0.175)、a(0.4)，其中，e(0.125)表示字符“e”的出现概率为0.125；得到重新排序后的新字符串为“ecdba”；

(5)以新字符串中字符从左至右的顺序查找，将查找到的出现概率最小的字符组合相加，形成新的节点，并将形成的新节点作为整体与其他未组合的字符重新排序；

在新字符串“ecdba”中，从左至右出现概率最小的字符为d(0.15)、b(0.175)、(e+c)(0.275)、a(0.4)；

(6)再次重复执行步骤(5)，以最终得到概率之和为1，获得最终的Huffman二叉树；根据Huffman二叉树，以从根到分支、左节点为0，右节点为1的原则，得到Huffman码表；

根据此步骤的说明，可以得到各字符及对应的编码为a(0)、b(111)、c(101)、d(110)、e(100)，从而得到字符串“cabcedeacacdeddaaabaababaaabbacdebaceada”的信息编码为1010111101100……01100；

(7)根据Huffman码表中各字符对应的编码顺序，得到待嵌入原始秘密信息S的编码信息数据D，其中设定编码信息数据D的长度为l，第j个信息数据为d_j，1≤j≤l；例如，本实施例中字符串“cabcedeacacdeddaaabaababaaabbacdebaceada”的编码信息数据D为1010111101100……01100，编码信息数据的第4个信息数据为0，第5个信息数据为1；

(8)以IP置换表，对步骤(7)中编码信息数据D进行重新排序，以获得置换编码信息数据D₀，其中，置换编码信息数据D₀由位于左侧的L₀数据组和位于右侧的R₀数据组组成，D₀＝L₀R₀，该重新排序过程包括如下步骤(8-1)至步骤(8-3)：

(8-1)将编码信息数据D中第58位信息数据d₅₈作为L₀数据组的第1位，编码信息数据D中第50位信息数据d₅₀作为L₀数据组中的第2位，依此类推，得到L₀数据组为L₀＝d₅₈d₅₀d₄₂…d₈；编码信息数据D中第57位信息数据d₅₇作为R₀数据组的第1位，编码信息数据D中第49位信息数据d₄₉作为L₀数据组中的第2位，依此类推，得到R₀数据组为R₀＝d₅₇d₄₉d₄₁…d₇；将L₀数据组和R₀数据组进行组合，得到置换编码信息数据D₁＝d₅₈d₅₀d₄₂…d₈d₅₇d₄₉d₄₁…d₇；

(8-2)对步骤(8-1)所得L₀数据组和R₀数据组中数据按照IP置换表进行IP置换和异或运算，并进行16次循环迭代，得到迭代后的L'₀数据组和R'₀数据组，并令L'₀(t)＝L₀(t)，R'₀＝R₀(t)，其中，迭代公式如下：

$L_0\left(t\right)=R_0(t-1);R_0\left(t\right)=L_0\left(t\right)\&CirclePlus;f(R_0(t-1),k_t),t=\mathrm{1,2},...,16;$

其中，L₀(t)表示L₀数据组中第t个信息数据，R₀(t)表示R₀数据组中第t个信息数据，表示异或运算，f(,)表示由S盒决定的置换算法，k_t表示由密钥编排产生的数据块；

IP置换表如下：

58	50	42	34	26	18	10	2	60	52	44	36	28	20	12	4
																62	54	46	38	30	22	14	6	64	56	48	40	32	24	16	8

57	49	41	33	25	17	9	1	59	51	43	35	27	19	3	3
																61	53	45	37	29	21	13	5	63	55	47	39	31	23	15	7

(8-3)对步骤(8-2)所得迭代后的L'₀数据组和R'₀数据组中的数据按照IP^-1逆置换表进行置换，得到密文数据D'；其中，IP^-1逆置换表如下：

40	8	48	16	56	24	64	32	39	7	47	15	55	23	63	31
																38	6	46	14	54	22	62	30	37	5	45	13	53	21	61	29
36	4	44	12	52	20	60	28	35	3	43	11	51	19	59	27
																34	2	42	10	50	18	58	26	33	1	41	9	49	17	57	25

(9)将预处理后的秘密信息中每个比特按zigzag扫描的方式对应于载体图像C的各个像素值，并记录像素的LSB数据流；

(10)统计每个像素的LSB与欲嵌入的秘密信息比特不同的像素个数，记不同的像素构成向量g，并计算、获取最优组合x₀,x₁,x₂,…,x₂₅₅；其中，最优组合x₀,x₁,x₂,…,x₂₅₅的求解公式如下：

$\underset{j=2i}{\&Sigma;}{x}_j+\underset{j=2i+1}{\&Sigma;}(g_j-x_j)=\underset{j=2i}{\&Sigma;}(g_j-x_j)+\underset{j=2i+1}{\&Sigma;}{x}_j$

g'＝Mx+g_s，g'表示图像隐写后的像素矩阵；

$d=\left|\right|g^{,}-g\left|\right|=\sqrt{\underset{j=0}{\overset{255}{\&Sigma;}}{\left(g_j^{,}-g_j\right)}^2};$

(11)对于灰度值为g_j的像素点集合(g₀,g₁,g₂,…,g₂₅₅)，选择x_j个像素将其灰度值减1，并将剩余的(g_j-x_j)个像素的灰度值加1，从而得到嵌入秘密信息S的加密载体图像C'，其中，加密载体图像C'的像素矩阵为g'。

利用步骤(1)至步骤(11)，即可实现将秘密信息嵌入到智能移动终端获取的外部图像中，从而实现了利用智能移动终端隐写秘密信息搭到图像中的目的。

为了解本发明所提出的智能移动终端图像隐写方法的隐写性能，本实施例中对该图像隐写方法做了仿真：本方法选择大小512×512的BMP格式标准灰度图像作为仿真的载体图像，待嵌入秘密信息为“cabcedeacacdeddaaabaababaaabbacdebaceada”。其中，

如图2中所示，四幅原始载体图像分别为“Lena”、“Baboon”、“Peppers”和“Boats”；利用本发明提出的智能移动终端图像隐写方法对上面四幅原始载体图像满嵌入秘密信息后得到如图3中的四幅嵌密图像。

按照对应比较的原则，由图2和图3可以看出，原始载体图像和嵌入秘密信息后的加密图像在主观视觉上是分辨不出差异的。这说明在智能移动终端中，本发明中的图像隐写方法具有良好的视觉隐蔽性，极大地提高了秘密信息嵌入载体图像的隐写性能。

Claims (1)

1.基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

(1)智能移动终端通过内存卡或内置摄像头获取外部图像，对获取的外部图像滤除噪声，并将滤除噪声后的外部图像作为隐写信息的待选原始载体图像；

(2)选择原始载体图像C，设原始载体图像C的像素值为c×c，设定待嵌入的原始秘密信息S为一组长度为L的字符串s，记字符串s中第i个字符为s_i，1≤i≤L；

(3)统计字符串s中各字符出现的次数，并计算出各字符的出现概率，记字符s_i的出现概率为p(s_i)，0<p(s_i)≤1；

(4)根据各字符出现概率从小到大的顺序，对各字符进行重新排序，形成一组新的字符串s₁，并查找新的字符串s₁中出现概率最小的字符；

(5)以新字符串中字符从左至右的顺序查找，将查找到的出现概率最小的字符组合相加，形成新的节点，并将形成的新节点作为整体与其他未组合的字符重新排序；

(6)再次重复执行步骤(5)，以最终得到概率之和为1，获得最终的Huffman二叉树；根据Huffman二叉树，以从根到分支、左节点为0，右节点为1的原则，得到Huffman码表；

(7)根据Huffman码表中各字符对应的编码顺序，得到待嵌入原始秘密信息S的编码信息数据D，其中设定编码信息数据D的长度为l，第j个信息数据为d_j，1≤j≤l；

(8)以IP置换表，对步骤(7)中编码信息数据D进行重新排序，以获得置换编码信息数据D₀，其中，置换编码信息数据D₀由位于左侧的L₀数据组和位于右侧的R₀数据组组成，D₀＝L₀R₀，该重新排序过程包括如下步骤(8-1)至步骤(8-3)：

(8-1)将编码信息数据D中第58位信息数据d₅₈作为L₀数据组的第1位，编码信息数据D中第50位信息数据d₅₀作为L₀数据组中的第2位，依此类推，得到L₀数据组为L₀＝d₅₈d₅₀d₄₂…d₈；编码信息数据D中第57位信息数据d₅₇作为R₀数据组的第1位，编码信息数据D中第49位信息数据d₄₉作为L₀数据组中的第2位，依此类推，得到R₀数据组为R₀＝d₅₇d₄₉d₄₁…d₇；将L₀数据组和R₀数据组进行组合，得到置换编码信息数据D₁＝d₅₈d₅₀d₄₂…d₈d₅₇d₄₉d₄₁…d₇；

(8-2)对步骤(8-1)所得L₀数据组和R₀数据组中数据按照IP置换表进行IP置换和异或运算，并进行16次循环迭代，得到迭代后的L'₀数据组和R'₀数据组，并令L'₀(t)＝L₀(t)，R'₀＝R₀(t)，其中，迭代公式如下：

L₀(t)＝R₀(t-1)； $R_0\left(t\right)=L_0\left(t\right)\&CirclePlus;f\left(R_0\right(t-1),k_t),$ t＝1,2,×××,16；

其中，L₀(t)表示L₀数据组中第t个信息数据，R₀(t)表示R₀数据组中第t个信息数据，表示异或运算，f(,)表示由S盒决定的置换算法，k_t表示由密钥编排产生的数据块；

IP置换表如下：

58 50 42 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 1 59 51 43 35 27 19 3 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7

(8-3)对步骤(8-2)所得迭代后的L'₀数据组和R'₀数据组中的数据按照IP^-1逆置换表进行置换，得到密文数据D'；其中，IP^-1逆置换表如下：

40 8 48 16 56 24 64 32 39 7 47 15 55 23 63 31 38 6 46 14 54 22 62 30 37 5 45 13 53 21 61 29 36 4 44 12 52 20 60 28 35 3 43 11 51 19 59 27 34 2 42 10 50 18 58 26 33 1 41 9 49 17 57 25

(9)将预处理后的秘密信息中每个比特按zigzag扫描的方式对应于载体图像C的各个像素值，并记录像素的LSB数据流；

(10)统计每个像素的LSB与欲嵌入的秘密信息比特不同的像素个数，记不同的像素构成向量g，并计算、获取最优组合x₀,x₁,x₂,…,x₂₅₅；其中，最优组合x₀,x₁,x₂,…,x₂₅₅的求解公式如下：

$\underset{j=2i}{\&Sigma;}{x}_j+\underset{j=2i+1}{\&Sigma;}(g_j-x_j)=\underset{j=2i}{\&Sigma;}(g_j-x_j)+\underset{j=2i+1}{\&Sigma;}{x}_j$

g'＝Mx+g_s，g'表示图像隐写后的像素矩阵；

$d=\left|\right|g^{,}-g\left|\right|=\sqrt{\underset{j=0}{\overset{255}{\&Sigma;}}{(g_j^{,}-g_j)}^2};$

(11)对于灰度值为g_j的像素点集合(g₀,g₁,g₂,…,g₂₅₅)，选择x_j个像素将其灰度值减1，并将剩余的(g_j-x_j)个像素的灰度值加1，从而得到嵌入秘密信息S的加密载体图像C'，其中，加密载体图像C'的像素矩阵为g'。