CN110753226B - 一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法 - Google Patents

一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110753226B
CN110753226B CN201910911670.1A CN201910911670A CN110753226B CN 110753226 B CN110753226 B CN 110753226B CN 201910911670 A CN201910911670 A CN 201910911670A CN 110753226 B CN110753226 B CN 110753226B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel point
image
value
pixel
information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910911670.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110753226A (zh
Inventor
徐达文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo University of Technology
Original Assignee
Ningbo University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo University of Technology filed Critical Ningbo University of Technology
Priority to CN201910911670.1A priority Critical patent/CN110753226B/zh
Publication of CN110753226A publication Critical patent/CN110753226A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110753226B publication Critical patent/CN110753226B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/134—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or criterion affecting or controlling the adaptive coding
    • H04N19/136—Incoming video signal characteristics or properties
    • H04N19/137—Motion inside a coding unit, e.g. average field, frame or block difference
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/06—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols the encryption apparatus using shift registers or memories for block-wise or stream coding, e.g. DES systems or RC4; Hash functions; Pseudorandom sequence generators
    • H04L9/065—Encryption by serially and continuously modifying data stream elements, e.g. stream cipher systems, RC4, SEAL or A5/3
    • H04L9/0656—Pseudorandom key sequence combined element-for-element with data sequence, e.g. one-time-pad [OTP] or Vernam's cipher
    • H04L9/0662—Pseudorandom key sequence combined element-for-element with data sequence, e.g. one-time-pad [OTP] or Vernam's cipher with particular pseudorandom sequence generator
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/134—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or criterion affecting or controlling the adaptive coding
    • H04N19/167—Position within a video image, e.g. region of interest [ROI]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/169—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding
    • H04N19/182—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being a pixel
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/46—Embedding additional information in the video signal during the compression process
    • H04N19/467—Embedding additional information in the video signal during the compression process characterised by the embedded information being invisible, e.g. watermarking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Facsimile Transmission Control (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其包括二值位置图生成、图像加密、密文域图像可逆数据隐藏、隐秘信息提取和原始图像无损恢复；第一部分，利用相邻像素预测当前像素值，再根据预测值的差异，将图像中的所有像素点区分为预测错误和预测准确两类，并用二值位置图进行标记；第二部分，利用加密密钥生成的二值伪随机序列对灰度图像加密；第三部分，利用数据隐藏密钥生成的二值伪随机序列对隐秘信息加密，再根据二值位置图，对密文域图像中标记为预测准确的像素点进行三层MSB替换以完成数据嵌入；第四部分，利用加密密钥可无损恢复原始图像，利用数隐藏密钥可准确提取隐秘信息；优点是在密文域图像的三层MSB位嵌入信息，嵌入容量高。

Description

一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法
技术领域
本发明涉及一种密文域数据隐藏技术，尤其是涉及一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法。
背景技术
随着移动互联网的发展和智能终端的普及，数字图像呈爆炸式增长。云计算为海量数字图像的存储和处理提供了有效的解决方案。然而，云计算环境本身的结构特点也给隐私安全带来了较大隐患，攻击者有可能绕过云平台的认证机制，通过直接访问下层文件或原始数据的方式获取到用户的数据。确保数字图像隐私安全的最佳方法之一就是对其进行加密处理。用户在上传敏感内容之前首先进行加密，云端所有的处理和计算都在密文域进行，并将处理结果提供给使用者，使用者经过解密方可得到明文数据。
但是，加密后的数字图像丧失了原有特性，云端海量密文图像的有效管理成了亟待解决的问题。一种有效解决方式是云服务管理者在加密图像中嵌入一些附加消息，如标注或认证数据、作品来源信息、所有者身份信息等，用于管理和认证加密数据。此外，在一些重要的应用场景，如医学诊断、法庭认证、军事图像、遥感图像和指纹图像等敏感领域，不仅需要能够提取嵌入的附加消息，还要求无失真地恢复原始图像。密文域可逆数据隐藏在此背景下应运而生，现有的密文域可逆数据隐藏技术可分为三类：第一类是对图像进行加密后寻找数据嵌入空间，这类方法普遍嵌入容量较低，且会发生数据提取出错；第二类是图像加密前预留数据嵌入空间，这类方法嵌入容量大且失真低，但缺点是图像加密者和数据嵌入者之间需要复杂的协议；第三类是利用同态加密实现密文域图像可逆数据隐藏，但是同态加密易造成密文数据膨胀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于三层MSB(Most Significant Bit)预测的高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其能够在密文域图像中进行隐秘信息嵌入，且嵌入容量大，在接收端有加密密钥时能够直接解密获得原始图像，在接收端有数据隐藏密钥时能够直接提取出隐秘信息，在接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥时能够提取出隐秘信息且可无失真地恢复出原始图像。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其特征在于包括二值位置图生成、图像加密、密文域图像可逆数据隐藏、隐秘信息提取和原始图像无损恢复四部分；
在二值位置图生成部分中，利用原始灰度图像中的每个像素点的相邻像素点的像素值计算该像素点的预测像素值；再通过比较原始灰度图像中的每个像素点的像素值、高位翻转后的翻转值和预测像素值之间的差异，将原始灰度图像中的所有像素点分为预测错误的像素点和预测准确的像素点两类，并引入二值位置图进行标记；
在图像加密部分中，利用加密密钥生成的第一二值伪随机序列对原始灰度图像中的每个像素点进行加密，得到密文域图像；
在密文域图像可逆数据隐藏部分中，先利用数据隐藏密钥生成的第二二值伪随机序列对待嵌入的隐秘信息进行加密，得到加密隐秘信息；然后根据二值位置图对密文域图像中与标记为预测准确的像素点对应的像素值进行数据嵌入操作，得到含隐秘信息的密文域图像；
在隐秘信息提取和原始图像无损恢复部分中，分三种情况：
第一种情况为接收端仅有加密密钥，先利用加密密钥生成的第三二值伪随机序列对含隐秘信息的密文域图像中的每个像素点进行解密，得到解密域图像；再利用解密域图像中的已解密的相邻像素点的像素值，计算解密域图像中的每个与标记为预测准确的像素点对应的预测像素值；并根据解密域图像中的与标记为预测准确的像素点对应的像素值和预测像素值，获得原始灰度图像中对应像素点的像素值；
第二种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，先从含隐秘信息的密文域图像中与标记为预测准确的像素点对应的像素值中提取出三位嵌入信息，得到隐秘信息；然后利用数据隐藏密钥生成的第四二值伪随机序列对提取的隐秘信息进行解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；
第三种情况为接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥，首先，按照第二种情况的过程，以相同的方式提取得到解密隐秘信息即原始隐秘信息；其次，按照第一种情况的过程，以相同的方式无失真地恢复出原始灰度图像。
所述的二值位置图生成部分的具体步骤为：
步骤1_1：设定原始灰度图像的大小为H×W；然后将原始灰度图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为XI、XII、XIII和XIV，XI＝{x1，1}，XII＝{x1，2，x1，3，...，x1，W}，XIII＝{x2，1，x3，1，...，xH，1}，XIV＝{xi，j|i＝2，3，...，H，j＝2，3，...，W}；其中，x1，1表示原始灰度图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，x1，2，x1，3，...，x1，W对应表示原始灰度图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，x2，1，x3，1，...，xH，1对应表示原始灰度图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，xi，j表示原始灰度图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值，xu，v∈[0，255]，xu，v表示原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值，1≤u≤H，1≤v≤W；
步骤1_2：将原始灰度图像中的每个像素点的像素值用8个比特位表示，将xu，v的8个比特位表示的第k个比特位记为bu，v(k)，
Figure BDA0002214884730000041
然后对原始灰度图像中的每个像素点的像素值的8个比特位表示中的最高三个比特位执行不同的翻转操作，得到原始灰度图像中的每个像素点的像素值对应的7个不同的翻转值，将xu，v对应的7个不同的翻转值对应记为
Figure BDA0002214884730000047
Figure BDA0002214884730000044
Figure BDA0002214884730000045
其中，k＝0，1，...，7，符号
Figure BDA0002214884730000046
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，bu，v(7)表示xu，v的8个比特位表示的第7个比特位，bu，v(6)表示xu，v的8个比特位表示的第6个比特位，bu，v(5)表示xu，v的8个比特位表示的第5个比特位，b′u，v(7)表示bu，v(7)的翻转值，若bu，v(7)＝1则令b′u，v(7)＝0，若bu，v(7)＝0则令b′u，v(7)＝1，b′u，v(6)表示bu，v(6)的翻转值，若bu，v(6)＝1则令b′u，v(6)＝0，若bu，v(6)＝0则令b′u，v(6)＝1，b′u，v(5)表示bu，v(5)的翻转值，若bu，v(5)＝1则令b′u，v(5)＝0，若bu，v(5)＝0则令b′u，v(5)＝1；
步骤1_3：计算原始灰度图像中的每个像素点的预测像素值，将原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure BDA0002214884730000051
Figure BDA0002214884730000052
然后计算原始灰度图像中的每个像素点的像素值与预测像素值之间的差值，将xu，v与
Figure BDA0002214884730000053
之间的差值记为Δor，
Figure BDA0002214884730000054
再计算原始灰度图像中的每个像素点的预测像素值与对应的各个不同的翻转值之间的差值，将
Figure BDA0002214884730000055
与xu，v对应的第p个翻转值
Figure BDA0002214884730000056
之间的差值记为
Figure BDA0002214884730000057
Figure BDA0002214884730000058
其中，xu，v-1表示原始灰度图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，xu-1，v表示原始灰度图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，xu-1，v-1表示原始灰度图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1，符号“| |”为取绝对值符号，p＝1，2，...，7；
步骤1_4：判定原始灰度图像中的每个像素点是否存在预测错误，并引入一幅二值位置图记录下存在预测错误的像素点的坐标位置，对于原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点，若
Figure BDA0002214884730000059
则判定原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点存在预测错误，并将二值位置图中坐标位置为(u，v)的值标记为1；若
Figure BDA00022148847300000510
则判定原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点不存在预测错误即预测准确，并将二值位置图中坐标位置为(u，v)的值标记为0；直至原始灰度图像中的所有像素点处理完毕，完成了二值位置图的生成；其中，二值位置图的大小为H×W，
Figure BDA00022148847300000511
min( )为取最小值函数，
Figure BDA00022148847300000512
表示
Figure BDA00022148847300000519
与xu，v对应的第1个翻转值
Figure BDA00022148847300000514
之间的差值，
Figure BDA00022148847300000515
表示
Figure BDA00022148847300000518
与xu，v对应的第2个翻转值
Figure BDA00022148847300000516
之间的差值，
Figure BDA00022148847300000517
表示
Figure BDA0002214884730000061
与xu，v对应的第3个翻转值
Figure BDA0002214884730000062
之间的差值，
Figure BDA0002214884730000063
表示
Figure BDA0002214884730000064
与xu，v对应的第4个翻转值
Figure BDA0002214884730000065
之间的差值，
Figure BDA0002214884730000066
表示
Figure BDA0002214884730000067
与xu，v对应的第5个翻转值
Figure BDA0002214884730000068
之间的差值，
Figure BDA0002214884730000069
表示
Figure BDA00022148847300000610
与xu，v对应的第6个翻转值
Figure BDA00022148847300000611
之间的差值，
Figure BDA00022148847300000612
表示
Figure BDA00022148847300000613
与xu，v对应的第7个翻转值
Figure BDA00022148847300000614
之间的差值。
所述的图像加密部分的具体步骤为：
步骤2_1：利用加密密钥生成一个第一二值伪随机序列；其中，第一二值伪随机序列的长度为大于或等于H×W×8；
步骤2_2：将原始灰度图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；其中，原始灰度图像的大小为H×W；
步骤2_3：设定当前像素点为原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为xu，v；然后将xu，v用8个比特位表示，将xu，v的8个比特位表示的第k个比特位记为bu，v(k)，
Figure BDA00022148847300000615
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，xu，v∈[0，255]，k＝0，1，...，7，符号
Figure BDA00022148847300000616
为向下取整运算符号，mod表示求模操作；
步骤2_4：从第一二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第一二值伪随机序列中取出的8位信息对xu，v的8个比特位进行按位异或加密，得到加密像素值，记为
Figure BDA00022148847300000617
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7；
步骤2_5：令q＝q+8；然后将原始灰度图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，再返回步骤2_3继续执行，直至原始灰度图像中的所有像素点加密完毕，得到密文域图像；其中，q＝q+8中的“＝”为赋值符号。
所述的密文域图像可逆数据隐藏部分的具体步骤为：
步骤3_1：利用数据隐藏密钥生成一个第二二值伪随机序列；然后利用第二二值伪随机序列中的每位信息对待嵌入的隐秘信息中的每位信息进行按位异或加密，得到加密隐秘信息；其中，第二二值伪随机序列的长度与待嵌入的隐秘信息的长度一致，待嵌入的隐秘信息的长度等于Q，Q≥1；
步骤3_2：将密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；从加密隐秘信息中取出第g位至第g+2位信息，并定义为当前嵌入信息；其中，g的初始值为1，1≤g≤Q-2；
步骤3_3：设定当前像素点为密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点；然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据嵌入操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则利用当前嵌入信息对当前像素点的三层MSB进行替换以完成数据嵌入，将当前像素点经数据嵌入后得到的像素值记为
Figure BDA0002214884730000071
Figure BDA0002214884730000072
接着令g＝g+3，再执行步骤3_4；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则不对当前像素点进行数据嵌入操作，再执行步骤3_4；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，G(g)表示加密隐秘信息中的第g位信息，G(g+1)表示加密隐秘信息中的第g+1位信息，G(g+2)表示加密隐秘信息中的第g+2位信息，
Figure BDA0002214884730000073
表示当前像素点的8个比特位的第k个比特位，
Figure BDA0002214884730000074
的值为利用从第一二值伪随机序列中取出的8位信息中的第k位信息对bu，v(k)进行按位异或得到，g＝g+3中的“＝”为赋值符号；
步骤3_4：将密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，将加密隐秘信息中取出的第g位至第g+2位信息作为当前嵌入信息，然后返回步骤3_3继续执行，直至密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到含隐秘信息的密文域图像。
所述的隐秘信息提取和原始图像无损恢复部分分三种情况：
第一种情况为接收端仅有加密密钥，具体步骤为：
步骤4A_1：利用加密密钥生成一个第三二值伪随机序列；其中，第三二值伪随机序列与第一二值伪随机序列相同；
步骤4A_2：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；
步骤4A_3：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000081
然后将
Figure BDA0002214884730000082
用8个比特位表示，将
Figure BDA0002214884730000083
的8个比特位表示的第k个比特位记为
Figure BDA0002214884730000084
Figure BDA0002214884730000085
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure BDA0002214884730000086
k＝0，1，...，7，符号
Figure BDA0002214884730000087
为向下取整运算符号，mod表示求模操作；
步骤4A_4：从第三二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第三二值伪随机序列中取出的8位信息对
Figure BDA0002214884730000088
的8个比特位进行按位异或解密，得到解密像素值，记为
Figure BDA0002214884730000089
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7，
Figure BDA00022148847300000810
步骤4A_5：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4A_3继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到解密域图像；
步骤4A_6：将解密域图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为
Figure BDA00022148847300000811
Figure BDA00022148847300000812
和
Figure BDA00022148847300000813
Figure BDA00022148847300000814
Figure BDA00022148847300000815
其中，
Figure BDA00022148847300000816
表示解密域图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300000817
对应表示解密域图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300000818
对应表示解密域图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300000819
表示解密域图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值；
步骤4A_7：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值，将解密域图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure BDA0002214884730000091
Figure BDA0002214884730000092
其中，
Figure BDA0002214884730000093
表示解密域图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000094
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000095
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1；
步骤4A_8：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值对应的8个差值，将
Figure BDA0002214884730000096
对应的第p个差值记为
Figure BDA0002214884730000097
Figure BDA0002214884730000098
其中，p＝1，2，...，7，符号“| |”为取绝对值符号，令
Figure BDA0002214884730000099
Figure BDA00022148847300000910
Figure BDA00022148847300000911
均为引用的中间变量；
步骤4A_9：无失真地恢复出原始灰度图像，将恢复出的原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值记为
Figure BDA00022148847300000915
若
Figure BDA00022148847300000912
则则令
Figure BDA00022148847300000913
其中，
Figure BDA00022148847300000914
min( )为取最小值函数；
第二种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，具体步骤为：
步骤4B_1：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；
步骤4B_2：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000101
然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据提取操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则对当前像素点进行数据提取操作，将从当前像素点中提取出的第g位信息、第g+1位信息和第g+2位信息对应记为G*(g)、G*(g+1)、G*(g+2)，
Figure BDA0002214884730000102
Figure BDA0002214884730000103
接着令g＝g+3，再执行步骤4B_3；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则对当前像素点不进行数据提取操作，再执行步骤4B_3；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure BDA0002214884730000104
g的初始值为1，符号
Figure BDA0002214884730000105
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，g＝g+3中的“＝”为赋值符号；
步骤4B_3：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4B_2继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，提取得到隐秘信息；
步骤4B_4：利用数据隐藏密钥生成一个第四二值伪随机序列；然后利用第四二值伪随机序列中的每位信息对提取的隐秘信息中的每位信息进行按位异或解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；其中，第四二值伪随机序列与第二二值伪随机序列相同；
第三种情况为接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥，具体步骤为：
步骤4C_1：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；
步骤4C_2：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000106
然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据提取操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则对当前像素点进行数据提取操作，将从当前像素点中提取出的第g位信息、第g+1位信息和第g+2位信息对应记为G*(g)、G*(g+1)、G*(g+2)，
Figure BDA0002214884730000111
Figure BDA0002214884730000112
接着令g＝g+3，再执行步骤4C_3；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则对当前像素点不进行数据提取操作，再执行步骤4C_3；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure BDA0002214884730000113
g的初始值为1，符号
Figure BDA0002214884730000114
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，g＝g+3中的“＝”为赋值符号；
步骤4C_3：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4C_2继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，提取得到隐秘信息；
步骤4C_4：利用数据隐藏密钥生成一个第四二值伪随机序列；然后利用第四二值伪随机序列中的每位信息对提取的隐秘信息中的每位信息进行按位异或解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；其中，第四二值伪随机序列与第二二值伪随机序列相同；
步骤4C_5：利用加密密钥生成一个第三二值伪随机序列；其中，第三二值伪随机序列与第一二值伪随机序列相同；
步骤4C_6：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；
步骤4C_7：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000115
然后将
Figure BDA0002214884730000116
用8个比特位表示，将
Figure BDA0002214884730000117
的8个比特位表示的第k个比特位记为
Figure BDA0002214884730000118
Figure BDA0002214884730000119
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure BDA0002214884730000121
k＝0，1，...，7，符号
Figure BDA0002214884730000122
为向下取整运算符号，mod表示求模操作；
步骤4C_8：从第三二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第三二值伪随机序列中取出的8位信息对
Figure BDA0002214884730000123
的8个比特位进行按位异或解密，得到解密像素值，记为
Figure BDA0002214884730000124
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7，
Figure BDA0002214884730000125
步骤4C_9：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4C_7继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到解密域图像；
步骤4C_10：将解密域图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为
Figure BDA0002214884730000126
Figure BDA0002214884730000127
和
Figure BDA0002214884730000128
Figure BDA0002214884730000129
Figure BDA00022148847300001210
其中，
Figure BDA00022148847300001211
表示解密域图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300001212
对应表示解密域图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300001213
对应表示解密域图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300001214
表示解密域图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值；
步骤4C_11：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值，将解密域图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure BDA00022148847300001215
Figure BDA00022148847300001216
其中，
Figure BDA00022148847300001217
表示解密域图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300001218
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300001219
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1；
步骤4C_12：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值对应的8个差值，将
Figure BDA0002214884730000131
对应的第p个差值记为
Figure BDA0002214884730000132
Figure BDA0002214884730000133
其中，p＝1，2，...，7，符号“| |”为取绝对值符号，令
Figure BDA0002214884730000134
Figure BDA0002214884730000135
Figure BDA0002214884730000136
均为引用的中间变量；
步骤4C_13：无失真地恢复出原始灰度图像，将恢复出的原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000137
若
Figure BDA0002214884730000138
则则令
Figure BDA0002214884730000139
其中，
Figure BDA00022148847300001310
min( )为取最小值函数。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明方法中的图像加密部分仅需执行异或操作，运算速度快；此外，数据隐藏者根据二值位置图可以直接在密文域图像中嵌入隐秘信息，可以有效防止原始图像中敏感信息被数据隐藏者等第三方泄露。
2)本发明方法利用相邻像素点之间的相关性对MSB进行预测，在预测准确的像素值的最高三位二进制比特位中嵌入3位信息，嵌入容量大。
3)本发明方法中，如果接收端有数据隐藏密钥，则可直接在含隐秘信息的密文域图像中提取出隐秘信息；如果接收端有加密密钥，则可解密含隐秘信息的密文域图像并无失真地恢复出原始灰度图像；如果接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥，则能够提取出隐秘信息且可无失真地恢复出原始图像。
附图说明
图1为本发明方法的总体实现框图。
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。
本发明提出的一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其总体实现框图如图1所示，其包括二值位置图生成、图像加密、密文域图像可逆数据隐藏、隐秘信息提取和原始图像无损恢复四部分。
在二值位置图生成部分中，利用原始灰度图像中的每个像素点的相邻像素点的像素值计算该像素点的预测像素值；再通过比较原始灰度图像中的每个像素点的像素值、高位翻转后的翻转值和预测像素值之间的差异，将原始灰度图像中的所有像素点分为预测错误的像素点和预测准确的像素点两类，并引入二值位置图进行标记。
在图像加密部分中，利用加密密钥生成的第一二值伪随机序列对原始灰度图像中的每个像素点进行加密，得到密文域图像。
在密文域图像可逆数据隐藏部分中，先利用数据隐藏密钥生成的第二二值伪随机序列对待嵌入的隐秘信息进行加密，得到加密隐秘信息；然后根据二值位置图对密文域图像中与标记为预测准确的像素点对应的像素值进行数据嵌入操作，得到含隐秘信息的密文域图像。
在隐秘信息提取和原始图像无损恢复部分中，分三种情况：
第一种情况为接收端仅有加密密钥，先利用加密密钥生成的第三二值伪随机序列对含隐秘信息的密文域图像中的每个像素点进行解密，得到解密域图像；再利用解密域图像中的已解密的相邻像素点的像素值，计算解密域图像中的每个与标记为预测准确的像素点对应的预测像素值；并根据解密域图像中的与标记为预测准确的像素点对应的像素值和预测像素值，获得原始灰度图像中对应像素点的像素值。
第二种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，先从含隐秘信息的密文域图像中与标记为预测准确的像素点对应的像素值中提取出三位嵌入信息，得到隐秘信息；然后利用数据隐藏密钥生成的第四二值伪随机序列对提取的隐秘信息进行解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息。
第三种情况为接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥，首先，按照第二种情况的过程，以相同的方式提取得到解密隐秘信息即原始隐秘信息；其次，按照第一种情况的过程，以相同的方式无失真地恢复出原始灰度图像。
在本实施例中，二值位置图生成部分的具体步骤为：
步骤1_1：设定原始灰度图像的大小为H×W；然后将原始灰度图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为XI、XII、XIII和XIV，XI＝{x1，1}，XII＝{x1，2，x1，3，...，x1，W}，XIII＝{x2，1，x3，1，...，xH，1}，XIV＝{xi，j|i＝2，3，...，H，j＝2，3，...，W}；其中，x1，1表示原始灰度图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，x1，2，x1，3，...，x1，W对应表示原始灰度图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，x2，1，x3，1，...，xH，1对应表示原始灰度图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，xi，j表示原始灰度图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值，xu，v∈[0，255]，xu，v表示原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值，1≤u≤H，1≤v≤W。
步骤1_2：将原始灰度图像中的每个像素点的像素值用8个比特位表示，将xu，v的8个比特位表示的第k个比特位记为bu，v(k)，
Figure BDA0002214884730000161
然后对原始灰度图像中的每个像素点的像素值的8个比特位表示中的最高三个比特位执行不同的翻转操作，得到原始灰度图像中的每个像素点的像素值对应的7个不同的翻转值，将xu，v对应的7个不同的翻转值对应记为
Figure BDA0002214884730000162
Figure BDA0002214884730000163
Figure BDA0002214884730000164
其中，k＝0，1，...，7，符号
Figure BDA0002214884730000165
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，bu，v(7)表示xu，v的8个比特位表示的第7个比特位，bu，v(6)表示xu，v的8个比特位表示的第6个比特位，bu，v(5)表示xu，v的8个比特位表示的第5个比特位，b′u，v(7)表示bu，v(7)的翻转值，若bu，v(7)＝1则令b′u，v(7)＝0，若bu，v(7)＝0则令b′u，v(7)＝1，b′u，v(6)表示bu，v(6)的翻转值，若bu，v(6)＝1则令b′u，v(6)＝0，若bu，v(6)＝0则令b′u，v(6)＝1，b′u，v(5)表示bu，v(5)的翻转值，若bu，v(5)＝1则令b′u，v(5)＝0，若bu，v(5)＝0则令b′u，v(5)＝1。
步骤1_3：计算原始灰度图像中的每个像素点的预测像素值，将原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure BDA0002214884730000166
Figure BDA0002214884730000171
XI中的像素值在数据嵌入阶段将保持不变，XII、XIII和XIV中的像素值均由其相邻像素值预测得到一个预测像素值；然后计算原始灰度图像中的每个像素点的像素值与预测像素值之间的差值，将xu，v与
Figure BDA0002214884730000172
之间的差值记为Δor，
Figure BDA0002214884730000173
再计算原始灰度图像中的每个像素点的预测像素值与对应的各个不同的翻转值之间的差值，将
Figure BDA0002214884730000174
与xu，v对应的第p个翻转值
Figure BDA0002214884730000175
之间的差值记为
Figure BDA0002214884730000176
Figure BDA0002214884730000177
其中，xu，v-1表示原始灰度图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，xu-1，v表示原始灰度图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，xu-1，v-1表示原始灰度图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1，在本实施例中取ω1＝0.2、ω2＝0.4、ω3＝0.4，符号“| |”为取绝对值符号，p＝1，2，...，7。
步骤1_4：判定原始灰度图像中的每个像素点是否存在预测错误，并引入一幅二值位置图记录下存在预测错误的像素点的坐标位置，对于原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点，若
Figure BDA0002214884730000178
则判定原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点存在预测错误，并将二值位置图中坐标位置为(u，v)的值标记为1；若
Figure BDA0002214884730000179
则判定原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点不存在预测错误即预测准确，并将二值位置图中坐标位置为(u，v)的值标记为0；直至原始灰度图像中的所有像素点处理完毕，完成了二值位置图的生成；其中，二值位置图的大小为H×W，引入二值位置图是为了确保原始灰度图像能无损地被恢复，
Figure BDA00022148847300001710
min( )为取最小值函数，
Figure BDA00022148847300001711
表示
Figure BDA00022148847300001712
与xu，v对应的第1个翻转值
Figure BDA00022148847300001713
之间的差值，
Figure BDA00022148847300001714
表示
Figure BDA00022148847300001715
与xu，v对应的第2个翻转值
Figure BDA00022148847300001716
之间的差值，
Figure BDA00022148847300001717
表示
Figure BDA00022148847300001718
与xu，v对应的第3个翻转值
Figure BDA00022148847300001719
之间的差值，
Figure BDA00022148847300001720
表示
Figure BDA0002214884730000181
与xu，v对应的第4个翻转值
Figure BDA0002214884730000182
之间的差值，
Figure BDA0002214884730000183
表示
Figure BDA0002214884730000184
与xu，v对应的第5个翻转值
Figure BDA0002214884730000185
之间的差值，
Figure BDA0002214884730000186
表示
Figure BDA0002214884730000187
与xu，v对应的第6个翻转值
Figure BDA0002214884730000188
之间的差值，
Figure BDA0002214884730000189
表示
Figure BDA00022148847300001810
与xu，v对应的第7个翻转值
Figure BDA00022148847300001811
之间的差值。
在本实施例中，图像加密部分的具体步骤为：
步骤2_1：利用加密密钥生成一个第一二值伪随机序列；其中，第一二值伪随机序列的长度为大于或等于H×W×8；在此，加密密钥可以自行设定，可以是文本，也可以是数值等。
步骤2_2：将原始灰度图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；其中，原始灰度图像的大小为H×W。
步骤2_3：设定当前像素点为原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为xu，v；然后将xu，v用8个比特位表示，将xu，v的8个比特位表示的第k个比特位记为bu，v(k)，
Figure BDA00022148847300001812
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，xu，v∈[0，255]，k＝0，1，…，7，符号
Figure BDA00022148847300001813
为向下取整运算符号，mod表示求模操作。
步骤2_4：从第一二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第一二值伪随机序列中取出的8位信息对xu，v的8个比特位进行按位异或加密，得到加密像素值，记为
Figure BDA00022148847300001814
Figure BDA00022148847300001815
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7，
Figure BDA00022148847300001816
为
Figure BDA00022148847300001817
的第k个比特位，
Figure BDA00022148847300001818
的值为利用从第一二值伪随机序列中取出的8位信息中的第k位信息对bu，v(k)进行按位异或得到。
步骤2_5：令q＝q+8；然后将原始灰度图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，再返回步骤2_3继续执行，直至原始灰度图像中的所有像素点加密完毕，得到密文域图像；其中，q＝q+8中的“＝”为赋值符号。
在本实施例中，密文域图像可逆数据隐藏部分的具体步骤为：
步骤3_1：利用数据隐藏密钥生成一个第二二值伪随机序列；然后利用第二二值伪随机序列中的每位信息对待嵌入的隐秘信息中的每位信息进行按位异或加密，得到加密隐秘信息；其中，第二二值伪随机序列的长度与待嵌入的隐秘信息的长度一致，待嵌入的隐秘信息的长度等于Q，Q≥1；在此，数据隐藏密钥可以自行设定，可以是文本，也可以是数值等。
步骤3_2：将密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；从加密隐秘信息中取出第g位至第g+2位信息，并定义为当前嵌入信息；其中，g的初始值为1，1≤g≤Q-2。
步骤3_3：设定当前像素点为密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点；然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据嵌入操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则利用当前嵌入信息对当前像素点的三层MSB进行替换以完成数据嵌入，将当前像素点经数据嵌入后得到的像素值记为
Figure BDA0002214884730000191
Figure BDA0002214884730000192
接着令g＝g+3，再执行步骤3_4；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则不对当前像素点进行数据嵌入操作，再执行步骤3_4；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，G(g)表示加密隐秘信息中的第g位信息，G(g+1)表示加密隐秘信息中的第g+1位信息，G(g+2)表示加密隐秘信息中的第g+2位信息，
Figure BDA0002214884730000193
表示当前像素点的8个比特位的第k个比特位，
Figure BDA0002214884730000194
的值为利用从第一二值伪随机序列中取出的8位信息中的第k位信息对bu，v(k)进行按位异或得到，g＝g+3中的“＝”为赋值符号。
步骤3_4：将密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，将加密隐秘信息中取出的第g位至第g+2位信息作为当前嵌入信息，然后返回步骤3_3继续执行，直至密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到含隐秘信息的密文域图像。
在本实施例中，隐秘信息提取和原始图像无损恢复部分分三种情况：
第一种情况为接收端仅有加密密钥，具体步骤为：
步骤4A_1：利用加密密钥生成一个第三二值伪随机序列；其中，第三二值伪随机序列与第一二值伪随机序列相同。
步骤4A_2：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点。
步骤4A_3：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000201
然后将
Figure BDA0002214884730000202
用8个比特位表示，将
Figure BDA0002214884730000203
的8个比特位表示的第k个比特位记为
Figure BDA0002214884730000204
Figure BDA0002214884730000205
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure BDA0002214884730000206
k＝0，1，...，7，符号
Figure BDA0002214884730000207
为向下取整运算符号，mod表示求模操作。
步骤4A_4：从第三二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第三二值伪随机序列中取出的8位信息对
Figure BDA0002214884730000208
的8个比特位进行按位异或解密，得到解密像素值，记为
Figure BDA0002214884730000209
Figure BDA00022148847300002010
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7，
Figure BDA00022148847300002011
Figure BDA00022148847300002012
为
Figure BDA00022148847300002017
的第k个比特位，
Figure BDA00022148847300002014
的值为利用从第三二值伪随机序列中取出的8位信息中的第k位信息对
Figure BDA00022148847300002015
进行按位异或得到。
步骤4A_5：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4A_3继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到解密域图像。
步骤4A_6：将解密域图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为
Figure BDA00022148847300002016
Figure BDA0002214884730000211
和
Figure BDA0002214884730000212
Figure BDA0002214884730000213
Figure BDA0002214884730000214
其中，
Figure BDA0002214884730000215
表示解密域图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000216
对应表示解密域图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000217
对应表示解密域图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000218
表示解密域图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值。
步骤4A_7：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值，将解密域图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure BDA0002214884730000219
Figure BDA00022148847300002110
其中，
Figure BDA00022148847300002111
表示解密域图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300002112
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300002113
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1，在本实施例中取ω1＝0.2、ω2＝0.4、ω3＝0.4。
步骤4A_8：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值对应的8个差值，将
Figure BDA00022148847300002114
对应的第p个差值记为
Figure BDA00022148847300002115
Figure BDA00022148847300002116
其中，p＝1，2，...，7，符号“| |”为取绝对值符号，为了准确恢复在数据嵌入过程中修改的MSB值，令
Figure BDA00022148847300002117
Figure BDA00022148847300002118
Figure BDA0002214884730000221
Figure BDA0002214884730000222
均为引用的中间变量。
步骤4A_9：无失真地恢复出原始灰度图像，将恢复出的原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000223
若
Figure BDA0002214884730000224
则则令
Figure BDA0002214884730000225
其中，
Figure BDA0002214884730000226
min( )为取最小值函数。
第二种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，具体步骤为：
步骤4B_1：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点。
步骤4B_2：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000227
然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据提取操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则对当前像素点进行数据提取操作，将从当前像素点中提取出的第g位信息、第g+1位信息和第g+2位信息对应记为G*(g)、G*(g+1)、G*(g+2)，
Figure BDA0002214884730000228
Figure BDA0002214884730000229
接着令g＝g+3，再执行步骤4B_3；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则对当前像素点不进行数据提取操作，再执行步骤4B_3；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure BDA00022148847300002210
g的初始值为1，符号
Figure BDA00022148847300002211
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，g＝g+3中的“＝”为赋值符号。
步骤4B_3：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4B_2继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，提取得到隐秘信息。
步骤4B_4：利用数据隐藏密钥生成一个第四二值伪随机序列；然后利用第四二值伪随机序列中的每位信息对提取的隐秘信息中的每位信息进行按位异或解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；其中，第四二值伪随机序列与第二二值伪随机序列相同。
第三种情况为接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥，具体步骤为：
步骤4C_1：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点。
步骤4C_2：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000231
然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据提取操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则对当前像素点进行数据提取操作，将从当前像素点中提取出的第g位信息、第g+1位信息和第g+2位信息对应记为G*(g)、G*(g+1)、G*(g+2)，
Figure BDA0002214884730000232
Figure BDA0002214884730000233
接着令g＝g+3，再执行步骤4C_3；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则对当前像素点不进行数据提取操作，再执行步骤4C_3；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure BDA0002214884730000234
g的初始值为1，符号
Figure BDA0002214884730000235
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，g＝g+3中的“＝”为赋值符号。
步骤4C_3：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4C_2继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，提取得到隐秘信息。
步骤4C_4：利用数据隐藏密钥生成一个第四二值伪随机序列；然后利用第四二值伪随机序列中的每位信息对提取的隐秘信息中的每位信息进行按位异或解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；其中，第四二值伪随机序列与第二二值伪随机序列相同。
步骤4C_5：利用加密密钥生成一个第三二值伪随机序列；其中，第三二值伪随机序列与第一二值伪随机序列相同。
步骤4C_6：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点。
步骤4C_7：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure BDA00022148847300002424
然后将
Figure BDA0002214884730000242
用8个比特位表示，将
Figure BDA0002214884730000243
的8个比特位表示的第k个比特位记为
Figure BDA0002214884730000244
Figure BDA0002214884730000245
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure BDA0002214884730000246
k＝0，1，...，7，符号
Figure BDA0002214884730000247
为向下取整运算符号，mod表示求模操作。
步骤4C_8：从第三二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第三二值伪随机序列中取出的8位信息对
Figure BDA0002214884730000248
的8个比特位进行按位异或解密，得到解密像素值，记为
Figure BDA0002214884730000249
Figure BDA00022148847300002410
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7，
Figure BDA00022148847300002411
Figure BDA00022148847300002412
为
Figure BDA00022148847300002414
的第k个比特位，
Figure BDA00022148847300002415
的值为利用从第三二值伪随机序列中取出的8位信息中的第k位信息对
Figure BDA00022148847300002416
进行按位异或得到。
步骤4C_9：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4C_7继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到解密域图像。
步骤4C_10：将解密域图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为
Figure BDA00022148847300002417
Figure BDA00022148847300002418
和
Figure BDA00022148847300002419
Figure BDA00022148847300002420
Figure BDA00022148847300002421
其中，
Figure BDA00022148847300002422
表示解密域图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，
Figure BDA00022148847300002423
对应表示解密域图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000251
对应表示解密域图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000252
表示解密域图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值。
步骤4C_11：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值，将解密域图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure BDA0002214884730000253
Figure BDA0002214884730000254
其中，
Figure BDA0002214884730000255
表示解密域图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000256
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，
Figure BDA0002214884730000257
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1，在本实施例中取ω1＝0.2、ω2＝0.4、ω3＝0.4。
步骤4C_12：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值对应的8个差值，将
Figure BDA0002214884730000258
对应的第p个差值记为
Figure BDA0002214884730000259
Figure BDA00022148847300002510
其中，p＝1，2，...，7，符号“| |”为取绝对值符号，为了准确恢复在数据嵌入过程中修改的MSB值，令
Figure BDA00022148847300002511
Figure BDA00022148847300002512
Figure BDA00022148847300002513
均为引用的中间变量。
步骤4C_13：无失真地恢复出原始灰度图像，将恢复出的原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值记为
Figure BDA0002214884730000261
若
Figure BDA0002214884730000262
则则令
Figure BDA0002214884730000263
其中，
Figure BDA0002214884730000264
min( )为取最小值函数。

Claims (4)

1.一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其特征在于包括二值位置图生成、图像加密、密文域图像可逆数据隐藏、隐秘信息提取和原始图像无损恢复四部分；
在二值位置图生成部分中，利用原始灰度图像中的每个像素点的相邻像素点的像素值计算该像素点的预测像素值；再通过比较原始灰度图像中的每个像素点的像素值、高位翻转后的翻转值和预测像素值之间的差异，将原始灰度图像中的所有像素点分为预测错误的像素点和预测准确的像素点两类，并引入二值位置图进行标记；
在图像加密部分中，利用加密密钥生成的第一二值伪随机序列对原始灰度图像中的每个像素点进行加密，得到密文域图像；
在密文域图像可逆数据隐藏部分中，先利用数据隐藏密钥生成的第二二值伪随机序列对待嵌入的隐秘信息进行加密，得到加密隐秘信息；然后根据二值位置图对密文域图像中与标记为预测准确的像素点对应的像素值进行数据嵌入操作，得到含隐秘信息的密文域图像；
在隐秘信息提取和原始图像无损恢复部分中，分三种情况：
第一种情况为接收端仅有加密密钥，先利用加密密钥生成的第三二值伪随机序列对含隐秘信息的密文域图像中的每个像素点进行解密，得到解密域图像；再利用解密域图像中的已解密的相邻像素点的像素值，计算解密域图像中的每个与标记为预测准确的像素点对应的预测像素值；并根据解密域图像中的与标记为预测准确的像素点对应的像素值和预测像素值，获得原始灰度图像中对应像素点的像素值；
第二种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，先从含隐秘信息的密文域图像中与标记为预测准确的像素点对应的像素值中提取出三位嵌入信息，得到隐秘信息；然后利用数据隐藏密钥生成的第四二值伪随机序列对提取的隐秘信息进行解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；
第三种情况为接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥，首先，按照第二种情况的过程，以相同的方式提取得到解密隐秘信息即原始隐秘信息；其次，按照第一种情况的过程，以相同的方式无失真地恢复出原始灰度图像；
所述的二值位置图生成部分的具体步骤为：
步骤1_1：设定原始灰度图像的大小为H×W；然后将原始灰度图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为XI、XII、XIII和XIV，XI＝{x1，1}，XII＝{x1，2，x1，3，…，x1，W}，XIII＝{x2，1，x3，1，…，xH，1}，XIV＝{xi，j|i＝2，3，...，H，j＝2，3，...，W}；其中，x1，1表示原始灰度图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，x1，2，x1，3，…，x1，W对应表示原始灰度图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，x2，1，x3，1，…，xH，1对应表示原始灰度图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，xi，j表示原始灰度图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值，xu，v∈[0，255]，xu，v表示原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值，1≤u≤H，1≤v≤W；
步骤1_2：将原始灰度图像中的每个像素点的像素值用8个比特位表示，将xu，v的8个比特位表示的第k个比特位记为bu，v(k)，
Figure FDA0004059187110000021
然后对原始灰度图像中的每个像素点的像素值的8个比特位表示中的最高三个比特位执行不同的翻转操作，得到原始灰度图像中的每个像素点的像素值对应的7个不同的翻转值，将xu，v对应的7个不同的翻转值对应记为
Figure FDA0004059187110000022
Figure FDA0004059187110000023
Figure FDA0004059187110000031
Figure FDA0004059187110000032
Figure FDA0004059187110000033
Figure FDA0004059187110000034
Figure FDA0004059187110000035
其中，k＝0，1，…，7，符号
Figure FDA0004059187110000036
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，bu，v(7)表示xu，v的8个比特位表示的第7个比特位，bu，v(6)表示xu，v的8个比特位表示的第6个比特位，bu，v(5)表示xu，v的8个比特位表示的第5个比特位，b′u，v(7)表示bu，v(7)的翻转值，若bu，v(7)＝1则令b′u，v(7)＝0，若bu，v(7)＝0则令b′u，v(7)＝1，b′u，v(6)表示bu，v(6)的翻转值，若bu，v(6)＝1则令b′u，v(6)＝0，若bu，v(6)＝0则令b′u，v(6)＝1，b′u，v(5)表示bu，v(5)的翻转值，若bu，v(5)＝1则令b′u，v(5)＝0，若bu，v(5)＝0则令b′u，v(5)＝1；
步骤1_3：计算原始灰度图像中的每个像素点的预测像素值，将原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure FDA0004059187110000037
Figure FDA0004059187110000038
然后计算原始灰度图像中的每个像素点的像素值与预测像素值之间的差值，将xu，v与
Figure FDA0004059187110000039
之间的差值记为Δor，
Figure FDA00040591871100000310
再计算原始灰度图像中的每个像素点的预测像素值与对应的各个不同的翻转值之间的差值，将
Figure FDA00040591871100000311
与xu，v对应的第p个翻转值
Figure FDA00040591871100000312
之间的差值记为
Figure FDA00040591871100000313
Figure FDA00040591871100000314
其中，xu，v-1表示原始灰度图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，xu-1，v表示原始灰度图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，xu-1，v-1表示原始灰度图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1，符号“||”为取绝对值符号，p＝1，2，...，7；
步骤1_4：判定原始灰度图像中的每个像素点是否存在预测错误，并引入一幅二值位置图记录下存在预测错误的像素点的坐标位置，对于原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点，若
Figure FDA0004059187110000041
则判定原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点存在预测错误，并将二值位置图中坐标位置为(u，v)的值标记为1；若
Figure FDA0004059187110000042
则判定原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点不存在预测错误即预测准确，并将二值位置图中坐标位置为(u，v)的值标记为0；直至原始灰度图像中的所有像素点处理完毕，完成了二值位置图的生成；其中，二值位置图的大小为H×W，
Figure FDA0004059187110000043
min()为取最小值函数，
Figure FDA0004059187110000044
表示
Figure FDA0004059187110000045
与xu，v对应的第1个翻转值
Figure FDA0004059187110000046
之间的差值，
Figure FDA0004059187110000047
表示
Figure FDA0004059187110000048
与xu，v对应的第2个翻转值
Figure FDA0004059187110000049
之间的差值，
Figure FDA00040591871100000410
表示
Figure FDA00040591871100000411
与xu，v对应的第3个翻转值
Figure FDA00040591871100000412
之间的差值，
Figure FDA00040591871100000413
表示
Figure FDA00040591871100000414
与xu，v对应的第4个翻转值
Figure FDA00040591871100000415
之间的差值，
Figure FDA00040591871100000416
表示
Figure FDA00040591871100000417
与xu，v对应的第5个翻转值
Figure FDA00040591871100000418
之间的差值，
Figure FDA00040591871100000419
表示
Figure FDA00040591871100000420
与xu，v对应的第6个翻转值
Figure FDA00040591871100000421
之间的差值，
Figure FDA00040591871100000422
表示
Figure FDA00040591871100000423
与xu，v对应的第7个翻转值
Figure FDA00040591871100000424
之间的差值。
2.根据权利要求1所述的一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其特征在于所述的图像加密部分的具体步骤为：
步骤2_1：利用加密密钥生成一个第一二值伪随机序列；其中，第一二值伪随机序列的长度为大于或等于H×W×8；
步骤2_2：将原始灰度图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；其中，原始灰度图像的大小为H×W；
步骤2_3：设定当前像素点为原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为xu，v；然后将xu，v用8个比特位表示，将xu，v的8个比特位表示的第k个比特位记为bu，v(k)，
Figure FDA0004059187110000051
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，xu，v∈[0，255]，k＝0，1，…，7，符号
Figure FDA0004059187110000052
为向下取整运算符号，mod表示求模操作；
步骤2_4：从第一二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第一二值伪随机序列中取出的8位信息对xu，v的8个比特位进行按位异或加密，得到加密像素值，记为
Figure FDA0004059187110000053
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7；
步骤2_5：令q＝q+8；然后将原始灰度图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，再返回步骤2_3继续执行，直至原始灰度图像中的所有像素点加密完毕，得到密文域图像；其中，q＝q+8中的“＝”为赋值符号。
3.根据权利要求2所述的一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其特征在于所述的密文域图像可逆数据隐藏部分的具体步骤为：
步骤3_1：利用数据隐藏密钥生成一个第二二值伪随机序列；然后利用第二二值伪随机序列中的每位信息对待嵌入的隐秘信息中的每位信息进行按位异或加密，得到加密隐秘信息；其中，第二二值伪随机序列的长度与待嵌入的隐秘信息的长度一致，待嵌入的隐秘信息的长度等于Q，Q≥1；
步骤3_2：将密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；从加密隐秘信息中取出第g位至第g+2位信息，并定义为当前嵌入信息；其中，g的初始值为1，1≤g≤Q-2；
步骤3_3：设定当前像素点为密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点；然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据嵌入操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则利用当前嵌入信息对当前像素点的三层MSB进行替换以完成数据嵌入，将当前像素点经数据嵌入后得到的像素值记为
Figure FDA0004059187110000061
Figure FDA0004059187110000062
接着令g＝g+3，再执行步骤3_4；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则不对当前像素点进行数据嵌入操作，再执行步骤3_4；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，G(g)表示加密隐秘信息中的第g位信息，G(g+1)表示加密隐秘信息中的第g+1位信息，G(g+2)表示加密隐秘信息中的第g+2位信息，
Figure FDA0004059187110000063
表示当前像素点的8个比特位的第k个比特位，
Figure FDA0004059187110000064
的值为利用从第一二值伪随机序列中取出的8位信息中的第k位信息对bu，v(k)进行按位异或得到，g＝g+3中的“＝”为赋值符号；
步骤3_4：将密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，将加密隐秘信息中取出的第g位至第g+2位信息作为当前嵌入信息，然后返回步骤3_3继续执行，直至密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到含隐秘信息的密文域图像。
4.根据权利要求3所述的一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其特征在于所述的隐秘信息提取和原始图像无损恢复部分分三种情况：
第一种情况为接收端仅有加密密钥，具体步骤为：
步骤4A_1：利用加密密钥生成一个第三二值伪随机序列；其中，第三二值伪随机序列与第一二值伪随机序列相同；
步骤4A_2：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；
步骤4A_3：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure FDA0004059187110000065
然后将
Figure FDA0004059187110000066
用8个比特位表示，将
Figure FDA0004059187110000067
的8个比特位表示的第k个比特位记为
Figure FDA0004059187110000068
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure FDA0004059187110000069
k＝0，1，…，7，符号
Figure FDA00040591871100000610
为向下取整运算符号，mod表示求模操作；
步骤4A_4：从第三二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第三二值伪随机序列中取出的8位信息对
Figure FDA0004059187110000071
的8个比特位进行按位异或解密，得到解密像素值，记为
Figure FDA0004059187110000072
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7，
Figure FDA0004059187110000073
步骤4A_5：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4A_3继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到解密域图像；
步骤4A_6：将解密域图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为
Figure FDA0004059187110000074
Figure FDA0004059187110000075
和
Figure FDA00040591871100000718
Figure FDA0004059187110000078
其中，
Figure FDA0004059187110000079
表示解密域图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，
Figure FDA00040591871100000710
对应表示解密域图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，
Figure FDA00040591871100000711
对应表示解密域图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，
Figure FDA00040591871100000712
表示解密域图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值；
步骤4A_7：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值，将解密域图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure FDA00040591871100000713
Figure FDA00040591871100000714
其中，
Figure FDA00040591871100000715
表示解密域图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，
Figure FDA00040591871100000716
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，
Figure FDA00040591871100000717
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1；
步骤4A_8：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值对应的8个差值，将
Figure FDA0004059187110000081
对应的第p个差值记为
Figure FDA0004059187110000082
其中，p＝1，2，...，7，符号“||”为取绝对值符号，令
Figure FDA0004059187110000083
Figure FDA0004059187110000084
Figure FDA0004059187110000085
Figure FDA0004059187110000086
Figure FDA0004059187110000087
Figure FDA0004059187110000088
均为引用的中间变量；
步骤4A_9：无失真地恢复出原始灰度图像，将恢复出的原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值记为
Figure FDA0004059187110000089
若
Figure FDA00040591871100000810
则则令
Figure FDA00040591871100000811
其中，
Figure FDA00040591871100000812
min()为取最小值函数；
第二种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，具体步骤为：
步骤4B_1：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；
步骤4B_2：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure FDA00040591871100000813
然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据提取操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则对当前像素点进行数据提取操作，将从当前像素点中提取出的第g位信息、第g+1位信息和第g+2位信息对应记为G*(g)、G*(g+1)、G*(g+2)，
Figure FDA00040591871100000814
Figure FDA00040591871100000815
接着令g＝g+3，再执行步骤4B_3；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则对当前像素点不进行数据提取操作，再执行步骤4B_3；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure FDA0004059187110000091
g的初始值为1，符号
Figure FDA0004059187110000092
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，g＝g+3中的“＝”为赋值符号；
步骤4B_3：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4B_2继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，提取得到隐秘信息；
步骤4B_4：利用数据隐藏密钥生成一个第四二值伪随机序列；然后利用第四二值伪随机序列中的每位信息对提取的隐秘信息中的每位信息进行按位异或解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；其中，第四二值伪随机序列与第二二值伪随机序列相同；
第三种情况为接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥，具体步骤为：
步骤4C_1：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；
步骤4C_2：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure FDA0004059187110000097
然后根据二值位置图中坐标位置为(u，v)的值确定是否对当前像素点进行数据提取操作，若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为0，则对当前像素点进行数据提取操作，将从当前像素点中提取出的第g位信息、第g+1位信息和第g+2位信息对应记为G*(g)、G*(g+1)、G*(g+2)，
Figure FDA0004059187110000093
Figure FDA0004059187110000094
接着令g＝g+3，再执行步骤4C_3；若二值位置图中坐标位置为(u，v)的值为1，则对当前像素点不进行数据提取操作，再执行步骤4C_3；其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure FDA0004059187110000095
g的初始值为1，符号
Figure FDA0004059187110000096
为向下取整运算符号，mod表示求模操作，g＝g+3中的“＝”为赋值符号；
步骤4C_3：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4C_2继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，提取得到隐秘信息；
步骤4C_4：利用数据隐藏密钥生成一个第四二值伪随机序列；然后利用第四二值伪随机序列中的每位信息对提取的隐秘信息中的每位信息进行按位异或解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；其中，第四二值伪随机序列与第二二值伪随机序列相同；
步骤4C_5：利用加密密钥生成一个第三二值伪随机序列；其中，第三二值伪随机序列与第一二值伪随机序列相同；
步骤4C_6：将含隐秘信息的密文域图像中当前待处理的像素点定义为当前像素点；
步骤4C_7：设定当前像素点为含隐秘信息的密文域图像中坐标位置为(u，v)的像素点，并将当前像素点的像素值记为
Figure FDA0004059187110000101
然后将
Figure FDA0004059187110000102
用8个比特位表示，将
Figure FDA0004059187110000103
的8个比特位表示的第k个比特位记为
Figure FDA0004059187110000104
其中，1≤u≤H，1≤v≤W，原始灰度图像的大小为H×W，
Figure FDA0004059187110000105
k＝0，1，…，7，符号
Figure FDA0004059187110000106
为向下取整运算符号，mod表示求模操作；
步骤4C_8：从第三二值伪随机序列中取出第q位至第q+7位信息；然后利用从第三二值伪随机序列中取出的8位信息对
Figure FDA0004059187110000107
的8个比特位进行按位异或解密，得到解密像素值，记为
Figure FDA0004059187110000108
其中，q的初始值为1，1≤q≤H×W×8-7，
Figure FDA0004059187110000109
步骤4C_9：将含隐秘信息的密文域图像中下一个待处理的像素点作为当前像素点，然后返回步骤4C_7继续执行，直至含隐秘信息的密文域图像中的所有像素点处理完毕，得到解密域图像；
步骤4C_10：将解密域图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为
Figure FDA0004059187110000111
Figure FDA0004059187110000112
和
Figure FDA0004059187110000113
Figure FDA0004059187110000114
其中，
Figure FDA0004059187110000115
表示解密域图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，
Figure FDA0004059187110000116
对应表示解密域图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，
Figure FDA0004059187110000117
对应表示解密域图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，
Figure FDA0004059187110000118
表示解密域图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值；
步骤4C_11：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值，将解密域图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为
Figure FDA0004059187110000119
Figure FDA00040591871100001110
其中，
Figure FDA00040591871100001111
表示解密域图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，
Figure FDA00040591871100001112
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，
Figure FDA00040591871100001113
表示解密域图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω1、ω2、ω3均为加权系数，ω1+ω2+ω3＝1；
步骤4C_12：计算解密域图像中的每个像素点的预测像素值对应的8个差值，将
Figure FDA00040591871100001114
对应的第p个差值记为
Figure FDA00040591871100001115
其中，p＝1，2，...，7，符号“||”为取绝对值符号，令
Figure FDA00040591871100001116
Figure FDA00040591871100001117
Figure FDA00040591871100001118
Figure FDA00040591871100001119
Figure FDA00040591871100001120
Figure FDA0004059187110000121
均为引用的中间变量；
步骤4C_13：无失真地恢复出原始灰度图像，将恢复出的原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值记为
Figure FDA0004059187110000122
若
Figure FDA0004059187110000123
则则令
Figure FDA0004059187110000124
其中，
Figure FDA0004059187110000125
min()为取最小值函数。
CN201910911670.1A 2019-09-25 2019-09-25 一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法 Active CN110753226B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910911670.1A CN110753226B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910911670.1A CN110753226B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110753226A CN110753226A (zh) 2020-02-04
CN110753226B true CN110753226B (zh) 2023-03-14

Family

ID=69277048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910911670.1A Active CN110753226B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110753226B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111970507B (zh) * 2020-08-26 2022-02-18 安徽大学 基于像素差值编码的密文域图像的可逆数据隐藏方法
CN112311954B (zh) * 2020-10-29 2022-05-20 杭州电子科技大学 一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法
CN112911290B (zh) * 2021-01-29 2022-11-01 华侨大学 一种基于预测差值压缩编码的密文图像可逆数据隐藏方法
CN113114869B (zh) * 2021-03-15 2023-02-28 宁波工程学院 基于msb预测的密文域高容量图像可逆数据隐藏方法
CN113382127B (zh) * 2021-06-10 2023-06-20 绍兴聚量数据技术有限公司 一种弹性选择和游程编码的加密图像可逆信息隐藏方法
CN114760391B (zh) * 2022-04-24 2023-07-25 安徽大学绿色产业创新研究院 一种基于双层嵌入的高嵌入率的可逆数据隐藏方法
CN115811577A (zh) * 2022-12-09 2023-03-17 探长信息技术(苏州)有限公司 一种用于通信柜的视频远程监测系统
CN116226891B (zh) * 2023-05-08 2023-09-01 宁波财经学院 一种人脸图像数据加密方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9319556B2 (en) * 2011-08-31 2016-04-19 Konica Minolta Laboratory U.S.A., Inc. Method and apparatus for authenticating printed documents that contains both dark and halftone text
US9639912B2 (en) * 2014-12-30 2017-05-02 University Of Macau Method for reversible image data hiding
CN108629728A (zh) * 2018-05-06 2018-10-09 北京工业大学 一种高容量二值图像信息隐藏方法
CN109348230B (zh) * 2018-11-14 2020-12-01 宁波工程学院 一种密文域高容量图像可逆数据隐藏方法
CN109803142B (zh) * 2019-01-08 2021-04-13 宁波工程学院 一种基于邻域预测的加密域图像可逆数据隐藏方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邓敏.基于加密图像的高容量可逆信息隐藏算法研究.2018,全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110753226A (zh) 2020-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110753226B (zh) 一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法
Puteaux et al. An efficient MSB prediction-based method for high-capacity reversible data hiding in encrypted images
Yi et al. Separable and reversible data hiding in encrypted images using parametric binary tree labeling
CN109348230B (zh) 一种密文域高容量图像可逆数据隐藏方法
CN109803142B (zh) 一种基于邻域预测的加密域图像可逆数据隐藏方法
Zhang Reversible data hiding in encrypted image
CN109348228B (zh) 一种图像加密域可逆信息隐藏系统与方法
Chen et al. Secret sharing based reversible data hiding in encrypted images with multiple data-hiders
Chang et al. Privacy-preserving reversible information hiding based on arithmetic of quadratic residues
CN113114869B (zh) 基于msb预测的密文域高容量图像可逆数据隐藏方法
CN109617682B (zh) 一种基于直方图左右移位的密文域可逆信息隐藏方法
CN109800585B (zh) 一种图像插值空间完全可逆可分离密文域信息隐藏算法
Dragoi et al. On the security of reversible data hiding in encrypted images by MSB prediction
Qian et al. Block cipher based separable reversible data hiding in encrypted images
CN103778590A (zh) 利用数字图像存储和传输信息的方法和装置
Yi et al. Parametric reversible data hiding in encrypted images using adaptive bit-level data embedding and checkerboard based prediction
Malik et al. Reversible data hiding in homomorphically encrypted image using interpolation technique
Nunna et al. Secure data transfer through internet using cryptography and image steganography
Prasad et al. A secure fragile watermarking scheme for protecting integrity of digital images
CN111970507A (zh) 基于像素差值编码的密文域图像的可逆数据隐藏方法
Shivani et al. Providing security and privacy to huge and vulnerable songs repository using visual cryptography
Gao et al. High-performance reversible data hiding in encrypted images with adaptive Huffman code
CN113055153A (zh) 一种基于全同态加密算法的数据加密方法、系统和介质
Agarwal et al. Encrypted transfer of confidential information using steganography and identity verification using face data
Wang et al. On the multi-level embedding of crypto-image reversible data hiding

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 315016 Zhejiang Province, Ningbo city Haishu District cypress Road No. 89

Applicant after: Ningbo University of Technology

Address before: 315016, Fenghua Road, Jiangbei District, Zhejiang, Ningbo 201

Applicant before: Ningbo University of Technology

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant