CN105430228A - 一种编码分组的可逆信息隐藏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编码分组的可逆隐藏信息方法，将隐藏信息比特流中2bit作为一个单位转换为1位十进制的数字，对转换后的十进制信息进行编码分组，共有16种不同的编码，建立了每组编码的隐藏算法，得到编码组与载体信息一一对应关系。隐藏信息时，对隐藏信息编码组出现的次数进行统计并排序，将出现频数大的编码组隐藏在所需载体数较少的载体信息中，提高隐藏容量。在提取秘密信息时，可根据对应关系提取编码组，将编码组解码得到隐藏信息，并恢复载体信息，采用本发明的可逆隐藏信息方法，具有较高的隐藏容量。

Description

一种编码分组的可逆信息隐藏方法

技术领域

本发明涉及图像处理和信息安全领域，具体是一种编码分组的可逆信息隐藏方法。

背景技术

近年来，随着计算机网络的普及，信息安全问题越来越突出。加密作为传统的信息安全手段，如果加密信息在存储和传输过程中被攻击者截获，加密后的密文会引起攻击者的注意。信息隐藏作为保证信息安全的一种方法，通过信息隐藏，存储和传输的是隐藏秘密信息后的载密信息，载密信息与一般信息一样，不会引攻击者的注意。可逆信息隐藏成为近年的研究热点，在军事和医疗等信息安全保护中具有重要的应用价值。

可逆信息隐藏是接收方收到载密信息后，在载密信息中提取秘密信息并能无损的恢复出原始的载体信息。已有的可逆信息隐藏方法包括基于无损压缩方法、基于差分扩展方法和基于直方图偏移方法。基于无损压缩方法是将图像中的部分信息通过无损压缩算法压缩，得到隐藏空间隐藏秘密信息，提取秘密信息后对压缩信息解压恢复出原始图像。基于差分扩展方法中，两个相邻像素为1组隐藏1位秘密信息，修改相邻两个像素使他们差值与2的模等于秘密信息，差值与2的商为原来两个像素的差值；恢复时先计算两个相邻像素的差值，用差值恢复秘密信息，修改两个像素使他们的差等于这个差值，实现图像的恢复。直方图偏移方法中，统计载体图像的直方图，找出直方图中峰值点和最小值点，在峰值点对应像素中隐藏信息，修改图像中最小值点与峰值点之间像素的值，使他们的值不等于像素隐藏信息后的值；恢复时先根据记录的峰值提取秘密信息，再改变像素值介于峰值和最小值之间的像素，实现载体图像的恢复。在现有的几类可逆信息隐藏方法中，基于直方图的可逆信息隐藏算法应用较多，但这些算法隐藏容量都不大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种编码分组的可逆信息隐藏方法，通过对二进制隐藏信息进行编码分组，得到十进制编码组，将十进制编码隐藏在载体序列中，还设定一待隐藏值，在载体序列中选择与该隐藏值相等的元素用于隐藏编码组，将频数较大的编码组隐藏在较少载体中，提高隐藏容量，并修改与该隐藏值不相等的元素，实现可逆信息隐藏。

实现本发明目的的技术方案是：

一种编码分组的可逆信息隐藏方法，包括如下步骤：

1、对隐藏信息进行编码分组，将二进制隐藏信息转换成十进制编码，对十进制编码两两分组；

具体是将二进制隐藏信息比特流中2bit作为一个单位转换为1位十进制的数字，若二进制隐藏信息的个数为奇数，则最后一位单独转成十进制数字；设转换后的隐藏信息十进制数字编码为C＝{c₁，c₂，c₃，…，c_m}，则有0≤c_i≤3，将C两两进行分组，若m为奇数，则在C中增加一个编码c_m+1，且使c_m+1＝c_m，c_m+1与c_m构成一编码组；为了准确提取隐藏信息，设置标记信息flag，判断是否增加编码，若增加编码c_m+1，flag＝1，否则flag＝0，将flag作为密钥发送给接收方，接收方可根据flag的取值确定嵌入是否增加额外的编码，准确提取隐藏信息；设(c_k-1，c_2k)为待隐藏编码组，由于0≤c_i≤3，则(c_2k-1，c_2k)有16种组合，分别为(0，0)、(0，1)、(0，2)、(0，3)、(1，0)、(1，1)、(1，2)、(1，3)、(2，0)、(2，1)、(2，2)、(2，3)、(3，0)、(3，1)、(3，2)、(3，3)。

2、对两两分组的十进制编码进行可逆信息隐藏；

设隐藏载体信息一维序列为S，设定一待隐藏值K，在载体序列中求出所有值为K的元素并记录元素下标信息，设值为K的元素序列为L＝{l₁，l₂，l₃，…，l_n}，将隐藏信息编码组(c_2k-1，c_2k)隐藏在L中，由于隐藏时可能需要对L中元素加1或减1，设置一变量sig，当K≥0时，sig＝1，否则sig＝-1，l_i+sig为修改后的值；设隐藏后的元素为l'_i，根据(c_2k-1，c_2k)取值情况确定隐藏方法。

具体如下：

(1)(0，0)的隐藏

从L中取l_i，l_i+1，l_i+2连续3个元素作为载体信息，隐藏方法如下：

l'_i+j＝l_i+j(0≤j≤2)

(0，0)对应含密信息组为(K，K，K)，下一组编码从l_i+3开始隐藏；

(2)(1，1)、(2，2)和(3，3)的隐藏

从L中取l_i，l_i+1，l_i+2，l_i+3连续4个值为K的元素作为载体，隐藏方法如下：

$l_{i+j}^{\′}=\left\{\begin{array}{cc}{l}_{i+j},& j\≠c_{2k}-1\\ l_{i+j}+sig,& j=c_{2k}-1\end{array}\right.,(0\≤j\≤3)$

隐藏后编码组与信息组的对应关系为：

(1，1)对应含密信息组为(K+sig，K，K，K)；

(2，2)对应含密信息组为(K，K+sig，K，K)，

(3，3)对应含密信息组为(K，K，K+sig，K)，下一组编码从l_i+4开始隐藏；

(3)其他编码组的隐藏

设m＝max(c_2k-1，c_2k)，从L中取l_i，l_i+j，…，l_i+m+1连续m+2个元素作为载体信息，其中l_i+m+1为标志位，通过l'_i+m+1确定c_2k-1和c_2k的大小关系，令 $l_{i+m+1}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{l}_{i+m+1}& c_{2k-1}>c_{2k}\\ l_{i+m+1}+sig& c_{2k-1}<c_{2k}\end{array}\right.,$ 隐藏方法如下：

$l_{i+j}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{l}_{i+j},& j\&NotElement;\left\{c_{2k},c_{2k+1}\right\}\\ l_{i+j}+sig,& j\&Element;\left\{c_{2k},c_{2k+1}\right\}\end{array}\right.,(0\&le;j\&le;m)$

隐藏后编码组与信息组的对应关系为：

(0，1)对应含密信息组为(K+sig，K+sig，K+sig)；

(1，0)对应含密信息组为(K+sig，K+sig，K)；

(0，2)对应含密信息组为(K+sig，K，K+sig，K+sig)；

(2，0)对应含密信息组为(K+sig，K，K+sig，K)；

(1，2)对应含密信息组为(K，K+sig，K+sig，K+sig)；

(2，1)对应含密信息组为(K，K+sig，K+sig，K)；

(0，3)对应含密信息组为(K+sig，K，K，K+sig，K+sig)；

(3，0)对应含密信息组为(K+sig，K，K，K+sig，K)；

(1，3)对应含密信息组为(K，K+sig，K，K+sig，K+sig)；

(3，1)对应含密信息组为(K，K+sig，K，K+sig，K)；

(2，3)对应含密信息组为(K，K，K+sig，K+sig，K+sig)；

(3，2)对应含密信息组为(K，K，K+sig，K+sig，K)；

下一组编码从l_i+m+2开始隐藏。

从上可得到编码组与隐藏载体的一一对应关系，按需要载体数从小到大进行排序，当载体数相同时按修改载体信息量从小到大排序，排序后的对应关系如下：

(0，0)f(K，K，K)(在3个载体数据隐藏4位信息并且不修改原始载体信息)；

(1，0)f(K+sig，K+sig，K)(在3个载体数据隐藏4位信息修改2个原始载体信息)；

(0，1)f(K+sig，K+sig，K+sig)(在3个载体数据隐藏4位信息修改3个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{cc}\left(1,1\right)f& \left(K+sig,K,K,K\right)\\ (2,2)f& (K,K+sig,K,K)\\ \left(3,3\right)f& \left(K,K,K+sig,K\right)\end{array}\right\}$ (在4个载体数据隐藏4位信息修改1个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{cc}\left(2,0\right)f& \left(K+sig,K,K+sig,K\right)\\ (2,1)f& (K,K+sig,K+sig,K)\end{array}\right\}$ (在4个载体数据隐藏4位信息修改2个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{cc}\left(0,2\right)f& \left(K+sig,K,K+sig,K+sig\right)\\ (1,2)f& (K,K+sig,K+sig,K+sig)\end{array}\right\}$ (在4个载体数据隐藏4位信息修改3个原始载体信息)；

5个载体数据隐藏4位信息修改2个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{cc}\left(1,3\right)f& \left(K,K+sig,K,K+sig,K+sig\right)\\ \left(0,3\right)f& \left(K+sig,K,K,K+sig,K+sig\right)\\ (2,3)f& (K,K,K+sig,K+sig,K+sig\end{array}\right\}$ (在5个载体数据隐藏4位信息修改3个原始载体信息)；

隐藏相同位数的信息，若需要的载体信息数量越少，则隐藏容量越大；当载体数量相同时，载体修改量越小，则对载体图像改变越小。

为了得到较大的隐藏容量和较好的隐藏效果，统计隐藏信息编码组的频数并按编码组频数进行排序，设频数降序排列16个编码组为m₁，m₂，…，m₁₆，将频数降序排列16个编码组作为密钥发送给接受方；将编码组进行变换，使频数大编码组隐藏所需的载体信息少，提高隐藏容量和质量。

编码组变换及对应载体隐藏后的关系如下：

$\begin{array}{cc}{m}_1\&LeftRightArrow;(0,0)f& (K,K,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_2\&LeftRightArrow;(1,0)f& (K+sig,K+sig,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_3\&LeftRightArrow;(0,1)f& (K+sig,K+sig,K+sig)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_4\&LeftRightArrow;(1,1)f& (K+sig,K,K,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_5\&LeftRightArrow;(2,2)f& (K,K+sig,K,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_6\&LeftRightArrow;(3,3)f& (K,K,K+sig,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_7\&LeftRightArrow;(2,0)f& (K+sig,K,K+sig,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_8\&LeftRightArrow;(2,1)f& (K,K+sig,K+sig,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_9\&LeftRightArrow;(0,2)f& (K+sig,K,K+sig,K+sig)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_{10}\&LeftRightArrow;(1,2)f& (K,K+sig,K+sig,K+sig)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_{11}\&LeftRightArrow;(3,0)f& (K+sig,K,K,K+sig,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_{12}\&LeftRightArrow;(3,1)f& (K,K+sig,K,K+sig,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_{13}\&LeftRightArrow;(3,2)f& (K,K,K+sig,K+sig,K)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_{14}\&LeftRightArrow;(1,3)f& (K,K+sig,K,K+sig,K+sig);\end{array}$

$\begin{array}{cc}{m}_{15}\&LeftRightArrow;(0,3)f& (K+sig,K,K,K+sig,K+sig)\end{array};$

$\begin{array}{cc}{m}_{16}\&LeftRightArrow;(2,3)f& (K,K,K+sig,K+sig,K+sig)\end{array};$

通过上述方法将编码组隐藏在L中，若L剩余元素个数小于5时，则剩余元素不隐藏信息。编码组隐藏在值为K的元素中得到含有编码组信息序列L′，L′中元素的值为K或K+sig，为实现可逆隐藏需对S中值不为K的元素进行修改，使含有隐藏信息的元素与不含有隐藏信息的元素不重叠，根据L′中的元素值对S中隐藏信息位进行修改，设S中没有隐藏信息位修改后的值为s'_i，修改方法如下：

通过以上处理可实现可逆信息隐藏。

3、提取隐藏信息恢复载体信息

设载密序列为S′，由隐藏方法可知，值为K或K+sig的元素中含有秘密信息，在S′中求出所有值为K或K+sig的元素，在这些元素中根据隐藏算法提取隐藏信息；设元素序列为L′＝{l'₁，l'₂，…，l'_n}，在L′中从l₁'开始，取连续的3个元素l'_i，l'_i+1，l'_i+2，根据下面4种情况提取编码组；

(1)若e＝0，可知在l'_i，l'_i+1，l'_i+2中没有元素被修改，则提取编码组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=0\\ c_{2k}=0\end{array}\right.$

下一组编码提取从l'_i+3开始提取；

(2)若e＝1，则在l'_i，l'_i+1，l'_i+2中修改了1个元素，需根据d_i+3的取值情况提取编码组：

①d_i+3＝0，说明隐藏时在l'_i，l'_i+1，l'_i+2，l'_i+3中修改了1个元素，则c_2k-1＝c_2k≠0，若d_i+j＝1(0≤j≤2)，则提取编码组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=j+1\\ c_{2k}=j+1\end{array}\right.$

下一组编码提取从l'_i+4开始；

②若d_i+3＝1，说明隐藏时在l'_i，l'_i+1，l'_i+2，l'_i+3中修改了2个元素，在这4个元素中，必存在a，b(0≤a,b≤3)使得l'_i+a＝1，l'_i+b＝1，然后根据元素大小标记位l'_i+4取值提取编码组；

当d_i+4＝0，则c_2k-1>c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=max(a,b)\\ c_{2k}=min(a,b)\end{array}\right.$

当d_i+4＝1，则c_2k-1<c_2k，提取编码组为:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=min(a,b)\\ c_{2k}=max(a,b)\end{array}\right.$

下一组编码提取从l'_i+5开始；

(3)若e＝2，说明隐藏时在l'_i，l'_i+1，l'_i+2中修改了2个元素，可由下述两种情况提取编码组：

①若 $\left\{\begin{array}{c}{d}_i=1\\ d_{i+1}=1\\ d_{i+2}=0\end{array}\right.,$ l'_i+2为编码组两个元素大小标记位，由于d_i+2＝0，可知c_2k-1>c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=1\\ c_{2k}=0\end{array}\right.$

下一组编码提取从l'_i+3开始；

②若 $\left\{\begin{array}{c}{d}_i=1\\ d_{i+1}=0\\ d_{i+2}=1\end{array}\right.$ 或 $\left\{\begin{array}{c}{d}_i=0\\ d_{i+1}=1\\ d_{i+2}=1\end{array}\right.$ 则需根据元素大小标记位l'_i+3取值提取编码组，隐藏时修改了2个元素，必存在a，b(0≤a，b≤2)使得l'_i+a＝1，l'_i+b＝1。当d_i+3＝0，说明c_2k-1>c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=max(a,b)\\ c_{2k}=min(a,b)\end{array}\right.$

当d_i+3＝1，说明c_2k-1<c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=min(a,b)\\ c_{2k}=max(a,b)\end{array}\right.$

下一组编码提取从l'_i+4开始；

(4)若e＝3，可知 $\left\{\begin{array}{c}{d}_i=1\\ d_{i+1}=1\\ d_{i+2}=1\end{array}\right.,$ l'_i+2为编码组两个元素大小标记位，由于d_i+2＝1，可知c_2k-1<c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=0\\ c_{2k}=1\end{array}\right.$

下一组编码提取从l'_i+3开始；若L′剩余元素少于5个，则结束提取；

根据编码组变换关系恢复原始隐藏编码如下：

$m_1\&LeftRightArrow;(0,0);m_2\&LeftRightArrow;(1,0);m_3\&LeftRightArrow;(0,1);m_4\&LeftRightArrow;(1,1);m_5\&LeftRightArrow;(2,2);m_6\&LeftRightArrow;(3,3);m_7\&LeftRightArrow;(2,$ $0);m_8\&LeftRightArrow;(2,1);m_9\&LeftRightArrow;(0,2);m_{10}\&LeftRightArrow;(1,2);m_{11}\&LeftRightArrow;(3,0);m_{12}\&LeftRightArrow;(3,1);m_{13}\&LeftRightArrow;(3,2);$ 最后将提取的编码组转化成二进制隐藏信息，对S'中元素进行修改恢复载体信息，修改方法如下：

通过修改可恢复载体信息。

本发明的优点：本发明提供一种编码分组的可逆信息隐藏方法，可将频数较大的编码组隐藏在较少数量的载体信息，具有较高的隐藏容量。且本方法可应用于各种基于直方图的可逆信息隐藏算法中，具有较好的适用性。

附图说明

图1是隐藏图像；

图2是载体图像；

图3是隐藏信息；

图4是载密图像；

图5是提取后的秘密信息；

图6恢复的原始图像。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的详细说明，但不是对本发明的限定。

实施例

假设隐藏信息为{1011101100010000010110111011}，首先将二进制隐藏信息转换成十进制编码，对十进制编码两两分组；

统计编码组的频数并按频数从大到小排序如下；

编码组	频数
		(2，3)	4
(0，1)	2
		(0，0)	1

统计结果：(2，3)出现4次，(0，1)出现2次，(0，0)出现1次。

根据编码组的隐藏方法：

(2，3)隐藏后的载体信息为(K，K，K+sig，K+sig，K+sig)：

(0，1)隐藏后的载体信息为(K+sig，K+sig，K+sig)；

(0，0)隐藏后的载体信息为(K，K，K)；但(2，3)出现的频数最大，(0，1)出现的频数次之，(0，0)出现的频数最少，需对编码进行变换，频数大的编码需要的载体少，变换关系为 $(2,3)\&LeftRightArrow;(0,0);(0,1)\&LeftRightArrow;(1,0);(0,0)\&LeftRightArrow;(0,1),$ 最后可得到如下的编码组与载体隐藏后对应关系

编码组	隐藏后信息
		(2，3)	(K，K，K)
(0，1)	(K+sig，K+sig，K)；
		(0，0)	(K+sig，K+sig，K+sig)

假设载体序列如下：

0

1

2

0

0

3

4

0

0

0

0

5

0

0

0

0

2

0

0

0

0

0

0

2

0

0

0

0

1

1

其中，待隐藏值为K＝0，从载体序列中选出所有值为K的元素如下：

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

根据对应关系将编码组逐一隐藏在值为K的元素中，隐藏结果如下表所示：

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

由于隐藏后元素为K或K+sig，需对载体序列中值不为K的元素进行修改，大于K的元素都加sig，最后可得到载密序列如下表所示(其中黑体的元素含有秘密信息)：

0

2

3

0

0

4

5

0

0

0

1

6

1

0

1

1

3

1

1

1

0

0

0

3

0

0

0

0

2

2

由上述例子可知21个载体信息可以隐藏28位隐藏信息，1个载体信息平均可以隐藏1.3位隐藏信息。

提取隐藏信息时，可根据载密序列和嵌入方法提取秘密信息，恢复原始载体序列。

载密序列如下(其中黑体的元素含有秘密信息)：

0

2

3

0

0

4

5

0

0

0

1

6

1

0

1

1

3

1

1

1

0

0

0

3

0

0

0

0

2

2

由嵌入方法可知，载密序列中值为0或1的元素含有隐藏信息，提取含密元素如下表所示：

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

设上述含密元素序列为L′，从L′顺序提取若干个元素提取编码组， $\left\{\begin{array}{c}{L}_1^{\&prime;}=0\\ L_2^{\&prime;}=0\\ L_3^{\&prime;}=0\end{array}\right.$ 可知这3个元素嵌入时没有被修改，可提取编码组(0,0)， $\left\{\begin{array}{c}{L}_4^{\&prime;}=0\\ L_5^{\&prime;}=0\\ L_6^{\&prime;}=0\end{array}\right.,$ 可提取编码组(0,0), $\left\{\begin{array}{c}{L}_7^{\&prime;}=1\\ L_8^{\&prime;}=1\\ L_9^{\&prime;}=0\end{array}\right.,$ 其中L'₉为标志位，可提取编码组(1,0)， $\left\{\begin{array}{c}{L}_{10}^{\&prime;}=1\\ L_{11}^{\&prime;}=1\\ L_{12}^{\&prime;}=1\end{array}\right.,$ 其中L'₁₂为标志位，可提取编码组(0,1)， $\left\{\begin{array}{c}{L}_{13}^{\&prime;}=1\\ L_{14}^{\&prime;}=1\\ L_{15}^{\&prime;}=0\end{array}\right.,$ 可提取编码组(1,0)， $\left\{\begin{array}{c}{L}_{16}^{\&prime;}=0\\ L_{17}^{\&prime;}=0\\ L_{18}^{\&prime;}=0\end{array}\right.,$ 可提取编码组(0,0)， $\left\{\begin{array}{c}{L}_{19}^{\&prime;}=0\\ L_{20}^{\&prime;}=0\\ L_{21}^{\&prime;}=0\end{array}\right.,$ 可提取编码组(0,0)。对编码组进行变换， $(0,0)\&LeftRightArrow;(2,3);(1,0)\&LeftRightArrow;(0,1);(0,1)\&LeftRightArrow;(0,0),$ 得到编码组信息(2，3)(2，3)(0，1)(0，0)(0，1)(2，3)(2，3)，最后将编码组解码得到二进制隐藏信息。

由于隐藏时，对值为K元素加一或不变，对值大于K的元素加一，恢复原始载体序列时，需对大于K的元素减一，得到载体序列如下：

0

1

2

0

0

3

4

0

0

0

0

5

0

0

0

0

2

0

0

0

0

0

0

2

0

0

0

0

1

1

与原始载体序列相同。

参照图1，为位图格式的隐藏信息，分别为100×100的cameraman图、159×271的logo图、256×256的finger图、256×256的brain图，将图像转换成二进制隐藏信息的大小分别为80000bits、334712bits、524288bits和524288bits。

表1隐藏相同容量本发明与直方图所需载体数对比

隐藏图像	隐藏容量	直方图方法需载体数	本发明需载体数
				cameraman.bmp	80000bits	80000	77380
logo.bmp	334712bits	334712	296697
				finger.bmp	524288bits	524288	504198
brain.bmp	524288bits	524288	459849

隐藏容量是将隐藏图像转换成二进制信息的比特数，直方图方法中一个载体只能隐藏1位比特，而本发明的方法一个载体平均可隐藏的比特数大于1，表1为本发明与直方图方法所需载体个数的对比，从表1中可以看出隐藏相同容量的信息本发明需要的载体个数比直方图少，本发明具有较高的隐藏容量。

参照图2为载体图像，其中像素值168用于隐藏信息，K＝168。

参照图3为文本形式的隐藏信息。

参照图4为载密图像，同样具有较好的视觉效果。

参照图5为提取出的秘密信息，与隐藏的秘密信息是相同的。

参照图6为无损恢复出的原始图像。

Claims (1)

1.一种编码分组的可逆信息隐藏方法，其特征是包括如下步骤：

步骤一：对隐藏信息进行编码分组，将二进制隐藏信息转换成十进制编码，对十进制编码两两分组；

具体是将二进制隐藏信息比特流中2bit作为一个单位转换为1位十进制的数字，若二进制隐藏信息的个数为奇数，则最后一位单独转成十进制数字；设转换后的隐藏信息十进制数字编码为C＝{c₁，c₂，c₃，…，c_m}，则有0≤c_i≤3，将C两两进行分组，若m为奇数，则在C中增加一个编码c_m+1，且使c_m+1＝c_m，c_m+1与c_m构成一编码组；为了准确提取隐藏信息，设置标记信息flag，判断是否增加编码，若增加编码c_m+1，flag＝1，否则flag＝0，将flag作为密钥发送给接收方，接收方可根据flag的取值确定嵌入是否增加额外的编码，准确提取隐藏信息；设(c_k-1，c_2k)为待隐藏编码组，由于0≤c_i≤3，则(c_2k-1，c_2k)有16种组合，分别为(0，0)、(0，1)、(0，2)、(0，3)、(1，0)、(1，1)、(1，2)、(1，3)、(2，0)、(2，1)、(2，2)、(2，3)、(3，0)、(3，1)、(3，2)、(3，3)；

步骤二：对两两分组的十进制编码进行可逆信息隐藏；

设隐藏载体信息一维序列为S，设定一待隐藏值K，在载体序列中求出所有值为K的元素并记录元素下标信息，设值为K的元素序列为L＝{l₁，l₂，l₃，…，l_n}，将隐藏信息编码组(c_2k-1，c_2k)隐藏在L中，由于隐藏时可能需要对L中元素加1或减1，设置一变量sig，当K≥0时，sig＝1，否则sig＝-1，l_i+sig为修改后的值；设隐藏后的元素为l′_i，根据(c_2k-1，c_2k)取值情况确定隐藏方法；

具体如下：

(1)(0，0)的隐藏

从L中取l_i，l_i+1，l_i+2连续3个元素作为载体信息，隐藏方法如下：

l′_i+j＝l_i+j(0≤j≤2)

(0，0)对应含密信息组为(K，K，K)，下一组编码从l_i+3开始隐藏；

(2)(1，1)、(2，2)和(3，3)的隐藏

从L中取l_i，l_i+1，l_i+2，l_i+3连续4个值为K的元素作为载体，隐藏方法如下：

$l_{i+j}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{l}_{i+j},& j\&NotEqual;c_{2k}-1\\ l_{i+j}+sig,& j=c_{2k}-1\end{array}\right.,(0\&le;j\&le;3)$

隐藏后编码组与信息组的对应关系为：

(1，1)对应含密信息组为(K+sig，K，K，K)；

(2，2)对应含密信息组为(K，K+sig，K，K)，

(3，3)对应含密信息组为(K，K，K+sig，K)，下一组编码从l_i+4开始隐藏；

(3)其他编码组的隐藏

设m＝max(c_2k-1，c_2k)，从L中取l_i，l_i+j，…，l_i+m+1连续m+2个元素作为载体信息，其中l_i+m+1为标志位，通过l′_i+m+1确定c_2k-1和c_2k的大小关系，令 $l_{i+m+1}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{l}_{i+m+1}& c_{2k-1}>c_{2k}\\ l_{i+m+1}+sig& c_{2k-1}<c_{2k}\end{array}\right.,$ 隐藏方法如下：

$l_{i+j}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{l}_{i+j},& j\&NotElement;\{c_{2k},c_{2k+1}\}\\ l_{i+j}+sig,& j\&Element;\{c_{2k},c_{2k+1}\}\end{array}\right.,(0\&le;j\&le;m)$

隐藏后编码组与信息组的对应关系为：

(0，1)对应含密信息组为(K+sig，K+sig，K+sig)；

(1，0)对应含密信息组为(K+sig，K+sig，K)；

(0，2)对应含密信息组为(K+sig，K，K+sig，K+sig)；

(2，0)对应含密信息组为(K+sig，K，K+sig，K)；

(1，2)对应含密信息组为(K，K+sig，K+sig，K+sig)；

(2，1)对应含密信息组为(K，K+sig，K+sig，K)；

(0，3)对应含密信息组为(K+sig，K，K，K+sig，K+sig)；

(3，0)对应含密信息组为(K+sig，K，K，K+sig，K)；

(1，3)对应含密信息组为(K，K+sig，K，K+sig，K+sig)；

(3，1)对应含密信息组为(K，K+sig，K，K+sig，K)；

(2，3)对应含密信息组为(K，K，K+sig，K+sig，K+sig)；

(3，2)对应含密信息组为(K，K，K+sig，K+sig，K)；

下一组编码从l_i+m+2开始隐藏；

从上可得到编码组与隐藏载体的一一对应关系，按需要载体数从小到大进行排序，当载体数相同时按修改载体信息量从小到大排序，排序后的对应关系如下：

(0，0)f(K，K，K)(在3个载体数据隐藏4位信息并且不修改原始载体信息)；

(1，0)f(K+sig，K+sig，K)(在3个载体数据隐藏4位信息修改2个原始载体信息)；

(0，1)f(K+sig，K+sig，K+sig)(在3个载体数据隐藏4位信息修改3个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{c}\left(1,1\right)f\left(K+sig,K,K,K\right)\\ \left(2,2\right)f\left(K,K+sig,K,K\right)\\ \left(3,3\right)f\left(K,K,K+sig,K\right)\end{array}\right\}$ (在4个载体数据隐藏4位信息修改1个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{c}\left(2,0\right)f\left(K+sig,K,K+sig,K\right)\\ \left(2,1\right)f\left(K,K+sig,K+sig,K\right)\end{array}\right\}$ (在4个载体数据隐藏4位信息修改2个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{c}\left(0,2\right)f\left(K+sig,K,K+sig,K+sig\right)\\ \left(1,2\right)f\left(K,K+sig,K+sig,K+sig\right)\end{array}\right\}$ (在4个载体数据隐藏4位信息修改3个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{c}\left(3,0\right)f\left(K+sig,K,K,K+sig,K\right)\\ \left(3,1\right)f\left(K,K+sig,K,K+sig,K\right)\\ \left(3,2\right)f\left(K,K,K+sig,K+sig,K\right)\end{array}\right\}$ (在5个载体数据隐藏4位信息修改2个原始载体信息)；

$\left.\begin{array}{c}\left(1,3\right)f\left(K,K+sig,K,K+sig,K+sig\right)\\ \left(0,3\right)f\left(K+sig,K,K,K+sig,K+sig\right)\\ \left(2,3\right)f\left(K,K,K+sig,K+sig,K+sig\right)\end{array}\right\}$ (在5个载体数据隐藏4位信息修改3个原始载体信息)；

隐藏相同位数的信息，若需要的载体信息数量越少，则隐藏容量越大；当载体数量相同时，载体修改量越小，则对载体图像改变越小；为了得到较大的隐藏容量和较好的隐藏效果，统计隐藏信息编码组的频数并按编码组频数进行排序，设频数降序排列16个编码组为m₁，m₂，…，m₁₆，将频数降序排列16个编码组作为密钥发送给接受方；将编码组进行变换，使频数大编码组隐藏所需的载体信息少，提高隐藏容量和质量；

编码组变换及对应载体隐藏后的关系如下：

$m_1\&LeftRightArrow;(0,0)f(K,K,K);$

$m_2\&LeftRightArrow;(1,0)f(K+sig,K+sig,K);$

$m_3\&LeftRightArrow;(0,1)f(K+sig,K+sig,K+sig);$

$m_4\&LeftRightArrow;(1,1)f(K+sig,K,K,K);$

$m_5\&LeftRightArrow;(2,2)f(K,K+sig,K,K);$

$m_6\&LeftRightArrow;(3,3)f(K,K,K+sig,K);$

$m_7\&LeftRightArrow;(2,0)f(K+sig,K,K+sig,K);$

$m_8\&LeftRightArrow;(2,1)f(K,K+sig,K+sig,K);$

$m_9\&LeftRightArrow;(0,2)f(K+sig,K,K+sig,K+sig);$

$m_{10}\&LeftRightArrow;(1,2)f(K,K+sig,K+sig,K+sig);$

$m_{11}\&LeftRightArrow;(3,0)f(K+sig,K,K,K+sig,K);$

$m_{12}\&LeftRightArrow;(3,1)f(K,K+sig,K,K+sig,K);$

$m_{13}\&LeftRightArrow;(3,2)f(K,K,K+sig,K+sig,K);$

$m_{14}\&LeftRightArrow;(1,3)f(K,K+sig,K,K+sig,K+sig);$

$m_{15}\&LeftRightArrow;(0,3)f(K+sig,K,K,K+sig,K+sig);$

$m_{16}\&LeftRightArrow;(2,3)f(K,K,K+sig,K+sig,K+sig);$

通过上述方法将编码组隐藏在L中，若L剩余元素个数小于5时，则剩余元素不隐藏信息；编码组隐藏在值为K的元素中得到含有编码组信息序列L′，L′中元素的值为K或K+sig，为实现可逆隐藏需对S中值不为K的元素进行修改，使含有隐藏信息的元素与不含有隐藏信息的元素不重叠，根据L′中的元素值对S中隐藏信息的位进行修改，设S中没有隐藏信息位修改后的值为s′_i，修改方法如下：

通过以上处理可实现可逆信息隐藏；

步骤三：提取隐藏信息恢复载体信息

设载密序列为S′，由隐藏方法可知，值为K或K+sig的元素中含有秘密信息，在S′中求出所有值为K或K+sig的元素，在这些元素中根据隐藏算法提取隐藏信息；设元素序列为L′＝{l′₁，l′₂，…，l′_n}， 在L′中从l′₁开始，取连续的3个元素l′_i，l′_i+1，l′_i+2，根据下面4种情况提取编码组；

(1)若e＝0，可知在l′_i，l′_i+1，l′_i+2中没有元素被修改，则提取编码组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=0\\ c_{2k}=0\end{array}\right.$

下一组编码提取从l′_i+3开始提取；

(2)若e＝1，则在l′_i，l′_i+1，l′_i+2中修改了1个元素，需根据d_i+3的取值情况提取编码组：

①d_i+3＝0，说明隐藏时在l′_i，l′_i+1，l′_i+2，l′_i+3中修改了1个元素，则c_2k-1＝c_2k≠0，若d_i+j＝1(0≤j≤2)，则提取编码组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=j+1\\ c_{2k}=j+1\end{array}\right.$

下一组编码提取从l′_i+4开始；

②若d_i+3＝1，说明隐藏时在l′_i，l′_i+1，l′_i+2，l′_i+3中修改了2个元素，在这4个元素中，必存在a，b(0≤a,b≤3)使得l′_i+a＝1，l′_i+b＝1，然后根据元素大小标记位l′_i+4取值提取编码组；

当d_i+4＝0，则c_2k-1>c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=max(a,b)\\ c_{2k}=min(a,b)\end{array}\right.$

当d_i+4＝1，则c_2k-1<c_2k，提取编码组为:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=min(a,b)\\ c_{2k}=max(a,b)\end{array}\right.$

下一组编码提取从l′_i+5开始；

(3)若e＝2，说明隐藏时在l′_i，l′_i+1，l′_i+2中修改了2个元素，可由下述两种情况提取编码组：

①若 $\left\{\begin{array}{c}{d}_i=1\\ d_{i+1}=1\\ d_{i+2}=0\end{array}\right.,$ l′_i+2为编码组两个元素大小标记位，由于d_i+2＝0，可知c_2k-1>c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=1\\ c_{2k}=0\end{array}\right.$

下一组编码提取从l′_i+3开始；

②若 $\left\{\begin{array}{c}{d}_i=1\\ d_{i+1}=0\\ d_{i+2}=1\end{array}\right.$ 或 $\left\{\begin{array}{c}{d}_i=0\\ d_{i+1}=1\\ d_{i+2}=1\end{array}\right.$ 则需根据元素大小标记位l′_i+3取值提取编码组，隐藏时修改了2个元素，必存在a，b(0≤a，b≤2)使得l′_i+a＝1，l′_i+b＝1。当d_i+3＝0，说明c_2k-1>c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=max(a,b)\\ c_{2k}=min(a,b)\end{array}\right.$

当d_i+3＝1，说明c_2k-1<c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=min(a,b)\\ c_{2k}=max(a,b)\end{array}\right.$

下一组编码提取从l′_i+4开始；

(4)若e＝3，可知 $\left\{\begin{array}{c}{d}_i=1\\ d_{i+1}=1\\ d_{i+2}=1\end{array}\right.,$ l′_i+2为编码组两个元素大小标记位，由于d_i+2＝1，可知c_2k-1<c_2k，提取编码组如下:

$\left\{\begin{array}{c}{c}_{2k-1}=0\\ c_{2k}=1\end{array}\right.$

下一组编码提取从l′_i+3开始；若L′剩余元素少于5个，则结束提取；

根据编码组变换关系恢复原始隐藏编码如下：

$m_1\&LeftRightArrow;(0,0);m_2\&LeftRightArrow;(1,0);m_3\&LeftRightArrow;(0,1);m_4\&LeftRightArrow;(1,1);m_5\&LeftRightArrow;(2,2);m_6\&LeftRightArrow;(3,3);m_7\&LeftRightArrow;(2,$ $0);m_8\&LeftRightArrow;(2,1);m_9\&LeftRightArrow;(0,2);m_{10}\&LeftRightArrow;(1,2);m_{11}\&LeftRightArrow;(3,0);m_{12}\&LeftRightArrow;(3,1);m_{13}\&LeftRightArrow;(3,2);$ $m_{14}\&LeftRightArrow;(1,3);m_{15}\&LeftRightArrow;(0,3);m_{16}\&LeftRightArrow;(2,3);$ 最后将提取的编码组转化成二进制隐藏信息，对S'中元素进行修改恢复载体信息，修改方法如下：

通过修改可恢复载体信息。