CN107147915A - 多位无损图像信息隐藏方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种多位无损图像信息隐藏方法。旨在提高隐藏信息量和载体图像质量。首先，根据一个像素与左右像素之间的相关程度将其设定为可嵌入像素EP或不可嵌入像素NEP。然后将EP直接用一个由标志位、偏移量和信息嵌入位三部分构成的新像素替换，整个嵌入过程无需差分统计和扩展过程。利用标志位和偏移量就可将嵌入信息提取出来，同时复原原始载体图像像素EP。同最新图像信息隐藏方法比较，本发明具有隐藏容量大、抗压缩能力强和实现复杂度低的优点，最大相对隐藏容量可达1.1bpp。

Description

多位无损图像信息隐藏方法
技术领域
本发明涉及一种图像信息隐藏方法，特别涉及一种具有鲁棒性的高容量的图像信息隐藏的方法。属于信息安全，保密通信与多媒体应用领域。
背景技术
在信息安全领域，存在一种需求：将某种特殊信息隐藏在图像中，该特殊信息用来作为所有权或认证的标志，或作为保密通信数据。采用现有的加密技术处理图像产生的是不可读的文件，而在信息安全、保密通信与多媒体应用领域要求原图像必须是可读和可见的, 因此现有的加密技术不适合以图像为载体的信息隐藏。采用现有的方法，以图像为载体的信息隐藏存在3个问题：1、隐藏信息量不够，2、隐藏信息使图像载体失真，3、隐藏信息使图像载体数据量发生变化。
如何既能够提高嵌入容量，又能够减小或者保持图像的质量，这也是信息隐藏设计者所面临的问题。研究者提出一些高容量的图像信息隐藏算法，取得一定成果，但嵌入量和载图图像的复原有待进一步提高。最高有效位（MSB）方法是一种无法使用的信息隐藏方法，它用待隐藏的信息比特直接替换载体图像的最高有效位，不考虑载体质量则隐藏容量可以达到1/8，且具有一定的抗压缩能力，但是该方法完全破坏了载体图像，即使不经过数据压缩等处理，也无法恢复载体图像。最低有效位（LSB）隐藏方法是最简单的一种信息隐藏方法，它用待隐藏的信息比特直接替换载体图像的最低有效位，隐藏容量可以达到1/8，但是没有抗压缩能力，经过数据压缩后，隐藏的秘密信息无法正确恢复。基于直方图的峰值位于零值左边的这种假设，有学者通过改进直方图产生模式，在不同的差分值区间按照不同的比例来形成直方图。从而提出一种值扩展优化方案，然而该方法并没有提出一种搜索最优峰值和零值的有效措施。另有学者提出一种基于直方图的策略来寻找合适的峰值和零值对的策略，对给定载荷来说，可以最小化直方图的修改，该方法使用一对起始和终止阈值来确定峰值与零值之间的区间，但该方法不能保证找到最优峰值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：1、隐藏信息使图像载体数据量发生变化， 2、隐藏信息不具有抗干扰或攻击能力。
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多位无损图像信息隐藏方法。该方法的信息隐藏实现步骤如下：
(1)扫描图像，按下式计算像素p(i,2j)差分:
，其中i,j分别为像素的行和列；
(2)给定阈值T，按下是判断像素p(i,2j)是EP或NEP：
(3)如果p(i,2j)为NEP，则该像素不变，返回(1),继续计算下一像素，否则继续下一步；
(4)按照下式计算局部最大值与最小值：
，；
(5)按下式计算像素p(i,2j)的偏移量：；
(6) 按下式计算像素p(i,2j)的标志位：
(7)如果 F(i,2j)=11，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
(7.1)如果 Q(i,2j)=111，含密图像像素p'(i,2j)的左三位表示按下式计算的偏移量：
(7.2) 如果 Q(i,2j)≠111，嵌入三位秘密信息位在含密图像像素p'(i,2j)中，然后转向执行(10)；
(8) 如果F(i,2j)=10或 F(i,2j)=01，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
，然后左边再嵌入3位秘密信息在含密图像像素p'(i,2j)中，再转向执行(10)；
(9) 如果F(i,2j)=00，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
，然后左边再嵌入2位秘密信息在含密图像像素p'(i,2j)中；
(10)按下式计算含密图像像素p'(i,2j)的值：
(11)如果p(i,2j)不是最后一个计算像素，返回(1)继续计算下一像素，否则退出执行。
该方法的信息隐藏实现步骤如下：
(0) 按照下式初始化密码信息位集合SD：
(1) 扫描含密图像，按下式计算像素p(i,2j)差分:
，其中i,j分别为像素的行和列；
(2) 给定阈值T，按下是判断像素p(i,2j)是EP或NEP：
(3) 如果p(i,2j)为NEP，则该像素不变，返回(1),继续计算下一像素，否则继续下一步；
(4) 按照下式计算局部最大值与最小值：
，；
(5)按照下式将p(i,2j)转换成8位二进制：
(6)按照下式提取出2位标志位：
(7)如果F(i,2j)=11，按照下式提取中间三位：
(7.1)如果Q(i,2j)=111，载体图像像素按照下式复原：
(7.2)如果Q(i,2j)≠111，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(8)如果F(i,2j)=10，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(9) 如果F(i,2j)=11，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(10) 如果F(i,2j)=00，左2位信息位和载体图像像素按照下式复原：
(11) 如果p(i,2j)不是最后一个计算像素，返回(1)继续计算下一像素，否则终止执行。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
（1）本发明突破了常规信息隐藏算法的局限性，突破了国内外公认的无法一次嵌入多位信息的方法，将多位信息嵌入在EP中，嵌入量较大；
（2）本发明在嵌入过程中不需要平移或扩展直方图，NEP像素不会受到任何修改，具有高质量和抗攻击能力，时间复杂度较低；
（3）本发明技术方案独特，实现方式简单，实现复杂度远远低于常规空域、变换域信息隐藏方法，实用性大大提高；
（4）本发明的隐藏方法可根据需要来设置隐藏容量，且可选择范围较大，具有容量可控、调节灵活、使用方便等优点。
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多位无损图像信息隐藏方法。该方法的信息提取实现步骤信息隐藏步骤的逆序步骤进行。
附图说明
图1 为本发明流程图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
如图1 所示，本发明一种多位无损图像信息隐藏方法，其信息隐藏步骤如下：
(1)扫描图像，按下式计算像素p(i,2j)差分:
，其中i,j分别为像素的行和列；
(2)给定阈值T，按下是判断像素p(i,2j)是EP或NEP：
(3)如果p(i,2j)为NEP，则该像素不变，返回(1),继续计算下一像素，否则继续下一步；
(4)按照下式计算局部最大值与最小值：
，；
(5)按下式计算像素p(i,2j)的偏移量：；
(6) 按下式计算像素p(i,2j)的标志位：
(7)如果 F(i,2j)=11，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
(7.1)如果 Q(i,2j)=111，含密图像像素p'(i,2j)的左三位表示按下式计算的偏移量：
(7.2) 如果 Q(i,2j)≠111，嵌入三位秘密信息位在含密图像像素p'(i,2j)中，然后转向执行(10)；
(8) 如果F(i,2j)=10或 F(i,2j)=01，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
，然后左边再嵌入3位秘密信息在含密图像像素p'(i,2j)中，再转向执行(10)；
(9) 如果F(i,2j)=00，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
，然后左边再嵌入2位秘密信息在含密图像像素p'(i,2j)中；
(10)按下式计算含密图像像素p'(i,2j)的值：
(11)如果p(i,2j)不是最后一个计算像素，返回(1)继续计算下一像素，否则退出执行。
如图1 所示，本发明信息提取和载体图像复原步骤如下：
(0) 按照下式初始化密码信息位集合SD：
(1) 扫描含密图像，按下式计算像素p(i,2j)差分:
，其中i,j分别为像素的行和列；
(2) 给定阈值T，按下是判断像素p(i,2j)是EP或NEP：
(3) 如果p(i,2j)为NEP，则该像素不变，返回(1),继续计算下一像素，否则继续下一步；
(4) 按照下式计算局部最大值与最小值：
，；
(5)按照下式将p(i,2j)转换成8位二进制：
(6)按照下式提取出2位标志位：
(7)如果F(i,2j)=11，按照下式提取中间三位：
(7.1)如果Q(i,2j)=111，载体图像像素按照下式复原：
(7.2)如果Q(i,2j)≠111，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(8)如果F(i,2j)=10，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(9) 如果F(i,2j)=11，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(10) 如果F(i,2j)=00，左2位信息位和载体图像像素按照下式复原：
(11) 如果p(i,2j)不是最后一个计算像素，返回(1)继续计算下一像素，否则终止执行。

Claims (2)

1.多位无损图像信息隐藏方法，其特征在于信息隐藏步骤如下：
(1)扫描图像，按下式计算像素p(i,2j)差分:
，其中i, j分别为像素的行和列；
(2)给定阈值T，按下是判断像素p(i,2j)是EP或NEP：
(3)如果p(i,2j)为NEP，则该像素不变，返回(1),继续计算下一像素，否则继续下一步；
(4)按照下式计算局部最大值与最小值：
，；
(5)按下式计算像素p(i,2j)的偏移量：；
(6) 按下式计算像素p(i,2j)的标志位：
(7)如果 F(i,2j)=11，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
(7.1)如果 Q(i,2j)=111，含密图像像素p'(i,2j)的左三位表示按下式计算的偏移量：
(7.2) 如果 Q(i,2j)≠111，嵌入三位秘密信息位在含密图像像素p'(i,2j)中，然后转向执行(10)；
(8) 如果F(i,2j)=10或 F(i,2j)=01，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
，然后左边再嵌入3位秘密信息在含密图像像素p'(i,2j)中，再转向执行(10)；
(9) 如果F(i,2j)=00，含密图像像素p'(i,2j)的中间三位表示为：
，然后左边再嵌入2位秘密信息在含密图像像素p'(i,2j)中；
(10)按下式计算含密图像像素p'(i,2j)的值：
(11)如果p(i,2j)不是最后一个计算像素，返回(1)继续计算下一像素，否则终止执行。
2.根据权利要求1 所述的多位无损图像信息隐藏方法，其特征在于信息提取步骤如下：
(0) 按照下式初始化密码信息位集合SD：
(1) 扫描含密图像，按下式计算像素p(i,2j)差分:
，其中i,j分别为像素的行和列；
(2) 给定阈值T，按下是判断像素p(i,2j)是EP或NEP：
(3) 如果p(i,2j)为NEP，则该像素不变，返回(1),继续计算下一像素，否则继续下一步；
(4) 按照下式计算局部最大值与最小值：
，；
(5)按照下式将p(i,2j)转换成8位二进制：
(6)按照下式提取出2位标志位：
(7)如果F(i,2j)=11，按照下式提取中间三位：
(7.1)如果Q(i,2j)=111，载体图像像素按照下式复原：
(7.2)如果Q(i,2j)≠111，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(8)如果F(i,2j)=10，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(9) 如果F(i,2j)=11，左3位信息位和载体图像像素按照下式复原：
,然后转向执行(11)；
(10) 如果F(i,2j)=00，左2位信息位和载体图像像素按照下式复原：
(11) 如果p(i,2j)不是最后一个计算像素，返回(1)继续计算下一像素，否则终止执行。
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