CN108521535B - 一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，通过把原图像预先处理成空域‑变换域混合图像，分块优选，混合处理，对优选的空域数据直接进行大容量信息隐藏，从而提高了图像隐藏容量和隐藏恢复图像质量，具有高性能和低复杂度、易于软硬件实现的特点，在各种图像信息隐藏传输系统中具有实用价值。

Description

一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输的方法，特别涉及一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，属于通信(如数据通信技术等)领域。

背景技术

数据传输和图像处理是目前通信领域的重要研究课题。随着科技的发展，人们对高分辨率图像的需求越来越大，数据压缩势在必行。

信息隐藏分为有损隐藏与无损隐藏方法，有损隐藏方法隐藏容量比较大，但隐藏后恢复图像与原图像存在一定的信息损失，只要主客观评价指标符合要求，在实际中对应用没有多大影响。无损隐藏方法隐藏后恢复图像与原图像不存在信息损失，但隐藏容量特别小，使用场合受限，不便于进行数据传输。一般高速数据传输系统采用的隐藏方法大都是有损隐藏方法，对图像来说，一般峰值信噪比(PSNR)应该达到30dB，30dB以上效果才比较理想。

目前图像信息隐藏方法有许多，代表性的有空域隐藏方法以及变换域隐藏方法。由于隐藏方法功能比较多，方法与图像本身特性有关，不是什么情况下都有好结果。在许多实际应用情况下，空域隐藏容量一般比较大，可达十分之一；变换域隐藏容量相对较小，但具有一定抗压缩能力，容量为百分之一左右。

如果能把空域和变换域隐藏相结合，那么就有可能提出更好的隐藏方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：把空域和变换域隐藏相结合，引入了全新的空域变换域混合的图像信息隐藏传输方法，在其中隐藏秘密信息，并能完全提取出秘密信息，既能得到载体性能更好的隐藏方法，又能满足一般用户要求的载体图像质量。

本发明的技术方案是：一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，步骤如下：

1)将图像尺寸大小为M*N的原图像A进行分块，得到N个大小为K1*K2的不重叠块，计算每个不重叠块中的每个像素值的灰度变化参数，即每个像素值的灰度与该不重叠块平均灰度值的差的绝对值S0，找出各像素值中最大的S0作为该不重叠块的参数S；N为正整数；

2)设置门限T>0,如果S小于等于T，则该块标记为0，否则标记为1；把该不重叠块的任意第J个固定位置的灰度值用该不重叠平均灰度值代替，并把标记0或1放在该平均灰度值的最低有效位，形成载体图像A1；

3)按灰度值判断每个不重叠块中第J个固定位置最低有效位w，若w＝0，则该块进行块内空域隐藏处理，得到含密图像；若w＝1，则该块进行块内变换域隐藏处理，得到含密图像；

4)接收端得到含密图像，对该图像进行分块，得到N个大小为K1*K2的块；根据固定位置最低有效位w判断属于空域隐藏还是变换域隐藏，w＝0得到空域部分和w＝1得到变换域部分，按照步骤3)的逆过程进行信息恢复，提取出秘密信息X和Y；

5)对于为w＝0对应的块，用每块第J个固定位置的灰度平均值，代替整个块的空域灰度值，得到空域图像块；对w＝1对应的块，变换到变换域，保留前L个数值，把后面K1*K2-L的数值设置为0，再进行逆变换，得到逆变换后图像块；空域块和逆变换后图像块结合就得到总的恢复图像A；其中L≤K1*K2；

所述步骤3)的具体过程如下：

按灰度值判断每个K1*K2块中第J个固定位置最低有效位w，若w＝0，则该块进行块内空域隐藏处理，具体为：该块第J个灰度值不变，其余K1*K2-1个灰度值从低到高p个位置用秘密信息X的前K1*K2-1个替换，得到空域隐藏后的含密图像数据，p＝1～8；

按灰度值判断每个K1*K2的块中一个固定位置最低有效位w，若w＝1，则该块进行块内变换处理，具体为：变换采用DCT变换或小波变换，得到变换域的K1*K2个数值，把前面L个数值保留，其余数值全部用秘密信息Y的K1*K2-L个数据进行替换，对隐藏后变换数据进行逆变换，K1*K2的块固定位置灰度最低有效位设置为w＝1，得到变换域隐藏后的含密图像数据。

所述步骤4)的具体过程如下：

若w＝0，则该块进行块内空域逆隐藏处理方式为：该块第J个灰度值不变，每块把其余K1*K2-1个灰度值从低到高p个位置的比特提取出来，形成秘密信息X；p＝1～8；

若w＝1，则该块进行块内变换处理的方式为：变换采用DCT变换或小波变换，得到变换域的K1*K2个数值，把前面大的L个数值保留，其余K1*K2-L个数据全部提取出来作为秘密信息序列Y。

所述K1*K2典型值为8*8。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

本发明在不改变图像大小和传输体制情况下，通过数据压缩与信息隐藏进行联合处理，达到了信息安全传输的效果。

本发明与目前背景技术相比有下面几点实质性不同及进步：

(1)该方法基于混合域处理提高性能，首先根据原图像分块特性进行优选，得到不需要进行变换的图像块，该块比较适合信息隐藏模块；

(2)该方法把不适合空域隐藏的块变到变换域，信息隐藏后变换回原来的图像，得到混合图像，该图像比原图隐藏效果好。

(3)T值可以优化，从而有利于调整空域变换域比，控制信息隐藏容量以及载体质量，T值小则空域隐藏容量小，T值大则空域隐藏容量大；

(4)为了提高载体图像质量，可以通过从低到高的p个位置进行，减少p则提高载体质量，如p＝1对应最高载体质量；变换域隐藏信息尽量少；

(5)为了提高抗噪声能力，秘密信息可以事先进行纠错编码；J可以取大于1的值，从K1*K2中的J个没隐藏信息的灰度值的平均值恢复其余值，得到较高质量的恢复载体。

附图说明

图1测试图像(512×512，8比特)。

具体实施方式

如图1所示，为了验证本文提出的压缩隐藏结合方法的性能，仿真实验中首先采用了4幅大小为512×512的8比特灰度图像数据进行仿真。

使用峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio，PSNR)，隐藏容量C等指标来衡量隐藏算法的性能。对于一幅大小为H×W的8bit数字图像，PSNR定义如下：

式中，MSE为原图像与含密图像之间的均方误差。

具体步骤如下：

1、一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，步骤如下：

1)图像按条件分块：

将原图像A(大小为512*512)进行分块，得到大小为8*8的不重叠块，计算每块像素值的灰度变化参数，典型参数为灰度与块平均灰度值的差的绝对值S，每个8*8的块对应一个元素0或1，K＝8*8＝64

2)符合条件的块信息产生：

设置门限T＝10如果S小于等于T，则该块标记为0，否则标记为1，把该0或1信息写入位置矩阵B中，填满矩阵；把每个8*8块的第1个位置的灰度用块平均灰度值代替，并把元素0或1放在该平均灰度(8比特)的最低有效位，形成载体图像A1；

3)把秘密信息进行混合隐藏处理：

按灰度值判断每个8*8块中第1个位置最低有效位w，若w＝0，则该块进行块内空域隐藏处理：该块第1个位置灰度值不变，其余63个灰度值(8比特)从低到高p个位置用秘密信息(设为X)前63个替换，得到空域隐藏后的含密数据，其中p＝8；

按灰度值判断每个K1*K2的块中第1个位置最低有效位w，若w＝1，则该块进行块内变换处理：变换采用DCT变换或小波变换等，得到变换域的64个数值，把前面大的L＝32个数值保留，其余数值全部用秘密信息序列(设为Y)的K-L＝32个数据进行替换，对隐藏后变换数据进行逆变换，相应8*8块第1个位置灰度最低有效位设置为w＝1，得到变换域隐藏后的含密数据；

空域隐藏后的含密数据和变换域隐藏后的含密数据结合就得到含密图像A2；

4)提取出秘密信息X和Y：

接收端得到含密图像，对该图像进行分块，得到8*8大小的块。根据每个块第一个位置最低有效位w判断属于空域隐藏还是变换域隐藏，w＝0得到空域部分和w＝1得到变换域部分，按照步骤3)的逆过程进行信息恢复，提取出秘密信息X，具体步骤如下：

若w＝0，则该块进行块内空域逆隐藏处理：该块第1个位置灰度值不变，每块把其余63个灰度值(8比特)从低到高8个位置的比特提取出来，形成秘密信息(设为X)；

若w＝1，则该块进行块内变换处理：变换采用DCT变换或小波变换，得到变换域的64个数值，把前面大的L＝32个数值保留，其余K-L＝32个数据全部提取出来作为秘密信息序列Y；

5)总的恢复图像A：

对于为w＝0对应的块，用每块第1个位置的灰度平均值，代替整个块的空域灰度值，得到空域图像块；对w＝1对应的块，变换到变换域，保留前L＝32个数值，把后面K-L＝32的数值设置为0，再进行逆变换，得到逆变换后图像块。空域块和逆变换后图像块结合就得到总的恢复图像A。

对原图像进行信息隐藏与恢复，恢复载体图像与原图像的PSNR＝PSNR1dB，本发明新方法对原图像压缩后恢复图像与原图像的PSNR＝PSNR2dB，PSNR2>PSNR1,性能优于或接近标准典型隐藏方法。

对原图像进行信息隐藏与恢复，恢复载体图像与原图像的PSNR一般35dB左右，本发明性能优于标准典型隐藏方法。

通过控制空域和变换域比例R改变隐藏容量。

当R＝1/2时，K1＝8,K2＝8,一种典型隐藏容量可以达到1/2+1/2*1/2＝3/4

当R＝1/4时，K1＝8,K2＝8,一种典型隐藏容量可以达到1/4+3/4*1/2＝5/8

秘密信息：无损，误码率为0。

秘密信息用随机数产生，隐藏前后统计误码率。

图像：PSNR＝30-45dB

信息隐藏容量、PSNR可以根据情况设置。

本发明提出一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，通过把原图像预先进行空域-变换域混合处理，得到比原图像容易隐藏的新载体图像，经过秘密信息隐藏后，性能得到了明显改善。该方法复杂度低、在隐藏容量R和PSNR等方面的性能均得到提高。本发明提供了一种空域与变换域隐藏相结合的方法，在各种图像传输系统中具有实用价值。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，其特征在于步骤如下：

1)将图像尺寸大小为M*N的原图像A进行分块，得到N个大小为K1*K2的不重叠块，计算每个不重叠块中的每个像素值的灰度变化参数，即每个像素值的灰度与该不重叠块平均灰度值的差的绝对值S0，找出各像素值中最大的S0作为该不重叠块的参数S；N为正整数；

2)设置门限T>0,如果S小于等于T，则该块标记为0，否则标记为1；把该不重叠块的任意第J个固定位置的灰度值用该不重叠平均灰度值代替，并把标记0或1放在该平均灰度值的最低有效位，形成载体图像A1；

3)按灰度值判断每个不重叠块中第J个固定位置最低有效位w，若w＝0，则该块进行块内空域隐藏处理，得到含密图像；若w＝1，则该块进行块内变换域隐藏处理，得到含密图像；

4)接收端得到含密图像，对该图像进行分块，得到N个大小为K1*K2的块；根据固定位置最低有效位w判断属于空域隐藏还是变换域隐藏，w＝0得到空域部分和w＝1得到变换域部分，按照步骤3)的逆过程进行信息恢复，提取出秘密信息X和Y；

5)对于为w＝0对应的块，用每块第J个固定位置的灰度平均值，代替整个块的空域灰度值，得到空域图像块；对w＝1对应的块，变换到变换域，保留前L个数值，把后面K1*K2-L的数值设置为0，再进行逆变换，得到逆变换后图像块；空域块和逆变换后图像块结合就得到总的恢复图像；其中L≤K1*K2。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，其特征在于：所述步骤3)的具体过程如下：

按灰度值判断每个K1*K2块中第J个固定位置最低有效位w，若w＝0，则该块进行块内空域隐藏处理，具体为：该块第J个灰度值不变，其余K1*K2-1个灰度值从低到高排列后，用秘密信息X的前K1*K2-1个进行替换，其中K1*K2-1中的每个为p比特，得到空域隐藏后的含密图像数据，p＝1～8；

按灰度值判断每个K1*K2块中第J个固定位置最低有效位w，若w＝1，则该块进行块内变换处理，具体为：变换采用DCT变换或小波变换，得到变换域的K1*K2个数值，把前面L个数值保留，其余数值全部用秘密信息Y的K1*K2-L个数据进行替换，对隐藏后变换数据进行逆变换，K1*K2的块固定位置灰度最低有效位设置为w＝1，得到变换域隐藏后的含密图像数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，其特征在于：所述步骤4)的具体过程如下：

若w＝0，则该块进行块内空域逆隐藏处理方式为：该块第J个灰度值不变，每块把其余K1*K2-1个灰度值从低到高排列后，把每个位置的比特提取出来，形成秘密信息X；

若w＝1，则该块进行块内变换处理的方式为：变换采用DCT变换或小波变换，得到变换域的K1*K2个数值，把前面的L个数值保留，其余K1*K2-L个数据全部提取出来作为秘密信息Y。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法，其特征在于：所述K1*K2典型值为8*8。