CN109829890A - 一种jpeg图像载体安全性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种JPEG图像载体安全性评价方法，其可筛选出具有更高安全性的JPEG图像载体。该方法首先将JPEG图像的亮度分量解压缩到空域中，得到该图像亮度像素矩阵；然后在水平、垂直、右斜上、右斜下四个方向上提取JPEG图像的四种像素对；再将每种方向的像素对看成两个随机变量，并计算这两个随机变量的相关系数；最后将得到的四个相关系数绝对值求平均，得到本发明对JPEG图像载体安全性评价数值C。通过选择具有较小数值C的JPEG图像作为隐写载体，可以提升隐写样本的安全性。

Description

一种JPEG图像载体安全性评价方法

技术领域

本发明涉及计算机信息隐藏技术领域，特别涉及数字图像的隐写或水印等应用。

背景技术

随着网络技术、通信技术和多媒体信号处理技术的迅速发展，信息隐藏作为一种新兴的秘密通信技术，已经成为信息安全领域一个新的研究热点。隐写术是信息隐藏技术的一个重要分支，主要研究如何在公开的多媒体数据中隐藏信息并不被察觉以实现隐蔽通信。隐写分析作为与之对抗的技术，目前主要工作是检测秘密信息的存在性。为了躲避第三方的检测和感知，如何实现安全隐写对于隐写者来说至关重要。隐写样本为了躲避检测者的攻击，需要在考虑各种统计量的保持，以保证嵌入的安全性。

JPEG图像隐写是一种在JPEG图像的DCT系数上嵌入秘密信息的技术。其一般利用最低有效位(Least Significant Bit，LSB)进行改写实现秘密信息嵌入。为了提高隐写算法的安全性，隐写者往往利用各种编码技术试图降低隐写算法对载体图像的修改量，同时选择相对安全的嵌入位置进行隐写。隐写分析则是图像隐写的对抗技术，其主要通过各种数学统计模型捕捉隐写带来的异常，实现隐写检测。除此之外，隐写样本的安全性与隐写算法和嵌入量相关之外，还与隐写载体的选择密切相关。在相同嵌入算法和嵌入量的情况下，选择安全性更高的JPEG图像作为载体可以获得更高的隐写安全性。针对该现象，本发明提出一种JPEG 图像载体安全性评价方法，隐写者可以使用本发明在JPEG图像中选择安全性更高的样本，从而实现具有相对更高安全性的隐写。

发明内容

本发明提出一种JPEG图像载体安全性评价方法。如图1所示，该方法首先将JPEG图像的亮度分量(即YCbCr中的Y分量)解压到空域，得到图像空域亮度像素矩阵(本发明简称其为空域矩阵)；然后在水平、垂直、右斜上、右斜下四个方向上提取该JPEG图像的四种像素对；再将每种像素对看成两个随机变量，并计算这两个随机变量的相关系数；最后将得到的四个相关系数绝对值求平均，得到本发明对JPEG图像载体安全性评价数值C。

该发明的技术方案具体包括以下步骤：

步骤1，JPEG图像解压为空域矩阵。将JPEG图像亮度分量解压缩到空域得到空域矩阵，并记为I_H×W＝(I_i，j)_H×W。这里的H和W分别为该JPEG图像的高度和宽度，I_i，j为其中第i行和第j列的空域矩阵数值。由于JPEG的解压是DCT逆变换运算，因此空域矩阵中的像素值是包括正数、负数或者零的小数。

步骤2，提取空域四种方向像素对。在空域像素矩阵I_H×W中提取水平、方向、右斜上、右斜下四种方向的像素对。这四种像素对对应的像素位置关系如图2所示。这些像素对可以分别表示为：P_→＝(X，Y_→)，P_↓＝(X，Y_↓)，其中X＝{I_i，j}，Y_→＝{I_i，j+1}， Y_↓＝{I_i+1，j}，分别看作五个像素值随机变量，{·}中的数值看作各自观测值。由于i＝2，3，...，H-1且j＝2，3，...，W-1，因此在空域像素矩阵I_H×W中总共可以观测这五个随机变量(H-2)×(W-2)次，从而可以提取到(H-2)×(W-2)个像素对。

步骤3，计算四种方向上像素对的相关系数。对于每种方向的像素对，分别计算X与Y_→、 X与Y_↓、X与X与的相关系数，即：

这里cov(·)表示协方差的计算，以cov(X，Y_→)为例，cov(X，Y_→)＝E(XY_→)-E(X)E(Y_→)。XY_→为X和Y_→的乘积，即随机变量XY_→＝{I_i，j·I_i，j+1}。其他协方差计算方法以此类推。另外E(·)和 D(·)分别为均值和方差的计算。

步骤4，计算JPEG图像载体安全性评价数值C。将步骤3中得到的四个相关系数C_→，C_↓，和分别求各自绝对值并进行均值计算，得到载体安全性评价数值C。

显然这里数值C取值在[0，1]内。本发明认为C越小，对应JPEG图像载体安全性相对越高。

附图说明

图1为本发明JPEG图像载体安全性评价方法流程。

图2a为本发明中水平方向的像素对。

图2b为本发明中垂直方向的像素对。

图2c为本发明中右斜上方向的像素对。

图2d为本发明中右斜下方向的像素对。

具体实施方式

本发明的技术方案为一种JPEG图像载体安全性的评估方法，用于隐写前载体选择，以保证隐写样本具有更高的安全性。总体过程包括载体安全性数值C计算和载体选择两个过程。应用实施步骤如下：

步骤1，JPEG图像解压为空域矩阵。将JPEG图像亮度分量解压缩到空域得到空域矩阵，并记为I_H×W＝(I_i，j)_H×W。这里的H和W分别为该JPEG图像的高度和宽度，I_i，j为其中第i行和第j列的空域矩阵数值。由于JPEG的解压是DCT逆变换运算，因此空域矩阵中的像素值是包括正数、负数或者零的小数。

步骤2，提取空域四种方向像素对。在空域像素矩阵I_H×W中提取水平、方向、右斜上、右斜下四种方向的像素对。这四种像素对对应的像素位置关系如图2所示。这些像素对可以分别表示为：P_→＝(X，Y_→)，P_↓＝(X，Y_↓)，其中X＝{I_i，j}，Y_→＝{I_i，j+1}， Y_↓＝{I_i+1，j}，分别看作五个像素值随机变量，{·}中的数值看作各自观测值。由于i＝2，3，...，H-1且j＝2，3，...，W-1，因此在空域像素矩阵I_H×W中总共可以观测这五个随机变量(H-2)×(W-2)次，从而可以提取到(H-2)×(W-2)个像素对。

步骤3，计算四种方向上像素对的相关系数。对于每种方向的像素对，分别计算X与Y_→、 X与Y_↓、X与X与的相关系数，即：

这里cov(·)表示协方差的计算；

以cov(X，Y_→)为例，cov(X，Y_→)＝E(XY_→)-E(X)E(Y_→)。XY_→为X和Y_→的乘积，即随机变量XY_→＝{I_i，j·I_i，j+1}。其他协方差计算方法以此类推。另外E(·)和D(·)分别为均值和方差的计算。

步骤4，计算JPEG图像载体安全性评价数值C。将步骤3中得到的四个相关系数C_→，C_↓，和分别求各自绝对值并进行均值计算，得到载体安全性评价数值C。

显然这里数值C取值在[0，1]内。本发明认为C越小，对应JPEG图像载体安全性相对越高。

下面介绍采用上述方法的具体案例。

步骤1，准备一批具有相同尺寸和质量因子的JPEG图像作为隐写的候选载体。使用本发明的方法计算每个JPEG图像的安全性评价数值C，显然这里0≤C≤1。

步骤2，选择数值C尽可能低的JPEG图像进行隐写嵌入，即可得到具有较高安全性的隐写图像。

本文中所描述的具体实施仅仅是对本发明精神作具体说明。本发明仅针对使用相关系数进行图像载体安全性评价的应用。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例进行各种微调修改或补充或采用类似的方法替代，例如直接使用本发明中的方法进行位图图像的安全性评价，但并不会偏离本发明的精神或者超越所付权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种JPEG图像载体安全性评价方法，其特征在于，

步骤1，将JPEG图像解压为空域矩阵，具体方法是：将JPEG图像亮度分量解压缩到空域得到空域矩阵，并记为I_H×W＝(I_i,j)_H×W；其中H和W分别为该JPEG图像的高度和宽度，I_i,j为其中第i行和第j列的空域矩阵数值；空域矩阵中的像素值是包括正数、负数或者零的小数；

步骤2，提取空域四种方向像素对；在空域像素矩阵I_H×W中提取水平、方向、右斜上、右斜下四种方向的像素对；这四种像素对对应的像素位置关系如图2所示；这些像素对可以分别表示为：P_→＝(X,Y_→)，P_↓＝(X,Y_↓)，其中X＝{I_i,j}，Y_→＝{I_i,j+1}，Y_↓＝{I_i+1,j}，分别看作五个像素值随机变量，{·}中的数值看作各自观测值；由于i＝2,3,…,H-1且j＝2,3,…,W-1，因此在空域像素矩阵I_H×W中总共可以观测这五个随机变量(H-2)×(W-2)次，从而可以提取到(H-2)×(W-2)个像素对；

步骤3，计算四种方向上像素对的相关系数；对于每种方向的像素对，分别计算X与Y_→、X与Y_↓、X与X与的相关系数，即：

这里cov(·)表示协方差的计算，以cov(X,Y_→)为例，

cov(X,Y_→)＝E(XY_→)-E(X)E(Y_→)；XY_→为X和Y_→的乘积，即随机变量XY_→＝{I_i,j·I_i,j+1}；其他协方差计算方法以此类推；另外E(·)和D(·)分别为均值和方差的计算；

步骤4，计算JPEG图像载体安全性评价数值C；将步骤3中得到的四个相关系数C_→，C_↓，和分别求各自绝对值并进行均值计算，得到载体安全性评价数值C；

显然这里数值C取值在[0,1]内；本发明认为C越小，对应JPEG图像载体安全性相对越高。