CN111311473A - 一种数字图像隐写方法和秘密信息提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字图像隐写方法，包括：对载体图像进行小波变换，依次对小波小波变换后的载体图像的HH波段图像、HL波段图像和LH波段图像进行边缘块检测，当所有边缘块的嵌入总容量足够秘密信息嵌入时，则依次将秘密信息嵌入到HH波段图像、HL波段图像和LH波段图像的边缘块中，得到嵌入秘密信息后的新的波段图像，最后进行小波反变换处理，则得到载密图像。还公开了一种秘密信息提取方法。利用人类视觉系统对低频带的微小改变比较敏感而对高频带的不敏感性，提高了图像隐写的鲁棒性，具有较好的无感知性；利用人眼对载体图像边缘处的变化不敏感性对边缘块进行检测，从而将秘密信息嵌入到满足条件的边缘块中，提高了图像隐写的安全性。

Description

一种数字图像隐写方法和秘密信息提取方法

技术领域

本发明涉及图像领域，特别涉及一种数字图像隐写方法和秘密信息提取方法。

背景技术

近几年来，隐写术领域已经成为了信息安全的焦点。隐写术是一种将秘密信息嵌入在普通无特殊意义的介质中，以此来掩盖通信行为存在性的技术。在传输的过程中，即使秘密信息被截获，截获的信息在没有解密方法的情况下也很难被提取出来。隐写技术可以将秘密信息隐藏到视频、音频、图像等载体中。在能够嵌入秘密信息的前提下，尽量对载体造成较小的影响，以此来实现隐秘通信的功能，其中数字图像是最为广泛的隐写载体。

常用的图像隐写技术可以分为两类：基于空间域的隐写技术和基于变换域的隐写技术。一般情况下，空间域隐写方法算法简单，信息隐藏量大，但缺点主要是对多数攻击的鲁棒性不强，隐藏算法容易被检测到；基于变换域的隐写技术隐藏信息的鲁棒性较强，其中基于DCT变换和小波变换是应用最广的变换域算法，但是目前的变换域的隐写技术的最大不足是计算复杂，且提取过程复杂。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种数字图像隐写方法，该图像隐写方法利用人类视觉系统对载体图像边缘处的变化以及高频带不敏感特性，具有更好的鲁棒性和无感知性。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种采用上述图像隐写方法的基础上的秘密信息提取方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种数字图像隐写方法，用于将秘密信息嵌入到载体图像中，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、对载体图像进行小波变换，得到小波变换后的载体图像，其中得到的小波变换后的载体图像中包括四个波段图像，分别记为LL波段图像、HL波段图像、LH波段图像及HH波段图像；

步骤2、对HH波段图像进行边缘块检测，得到HH波段图像中的所有边缘块；其中，对HH波段图像进行边缘块检测的具体步骤为：

步骤2-1、将HH波段图像划分成大小为3*3的子块，将每个子块中的3*3区域按照从左到右，从上到下的顺序依次标记为E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8和E9；

步骤2-2、分别计算出某个子块中E1与E3两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E7与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E1与E7两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E3与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E1与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值以及E3与E7两位置处对应的系数之间的差值绝对值，并在上述差值绝对值中选取出最大值，记为e；

步骤2-3、判断步骤2-2中某个子块得到的最大值e是否大于预设的阈值th，如是，则该子块为边缘块；如否，则该子块为非边缘块；其中阈值th为非负数；

步骤2-4、采用与步骤2-2与步骤2-3中相同的方法，分别对每个子块进行判断，选取出HH波段图像中的所有边缘块；

步骤3、计算HH波段图像中每个边缘块的强度；其中计算每个边缘块强度的具体步骤为：

步骤3-1、计算某个边缘块中E1、E3、E5和E7四位置处对应的系数平均值；

步骤3-2、判断步骤3-1中某个边缘块的E1、E3、E5和E7四位置处对应的系数平均值

所属的类别：当

将该边缘块归属为类别C1；当

将该边缘块归属为类别C2；当

将该边缘块归属为类别C3；当

将该边缘块归属为类别C4；

步骤3-3、设类别分别为C1、C2、C3和C4的边缘块能嵌入的秘密信息分别为n₁比特位、n₂比特位、n₃比特位和n₄比特位，则类别分别为C1、C2、C3和C4的边缘块的强度分别记为n₁、n₂、n₃和n₄；其中，n₁、n₂、n₃和n₄均为正整数，n₁≤n₂≤n₃≤n₄；

步骤4、采用步骤2和步骤3中相同的方法依次检测出HL波段图像和LH波段图像的所有边缘块以及计算出每个边缘块对应的强度；

步骤5、计算出HH波段图像、HL波段图像和LH波段图像中所有边缘块的嵌入总容量，判断总容量是否足够秘密信息嵌入，如是，则转入步骤6；如否，则改变预设的阈值th，并转至步骤2，重新检测HH波段图像的边缘块；

步骤6、将秘密信息嵌入到HH波段图像的边缘块中，具体过程为：将需要嵌入的秘密信息转换成二进制的比特流，然后将秘密信息的二进制的比特流进行读取并嵌入到HH波段图像的一边缘块中，将一次嵌入之后剩余秘密信息的二进制的比特流继续进行读取并嵌入到HH波段图像的下一边缘块中，依次完成HH波段图像中所有边缘块的秘密信息嵌入，直至HH波段图像中的所有边缘块均进行秘密信息嵌入后，得到嵌入秘密信息之后的新的HH波段图像，则转至步骤7；其中，秘密信息先从HH波段图像中类别为C4的边缘块开始嵌入，类别为C4的边缘块全部嵌入有秘密信息后，再依次嵌入到类别为C3、C2和C1的边缘块中，且秘密信息均按照一定顺序依次嵌入到每个类别的边缘块中；

其中，秘密信息的二进制比特流读取并嵌入到某个类别为Ci的边缘块中的具体步骤为：i＝1、2、3、4；

步骤6-1、将秘密信息的二进制的比特流从前往后依次按照t bits为一组，分别读取四组秘密信息，对应四组秘密信息分别记为m1、m2、m3和m4；其中，当i＝1时，t＝n₁；当i＝2时，t＝n₂；当i＝3，t＝n₃；当i＝4，t＝n₄；

步骤6-2、将某个类别为Ci的边缘块中的E2、E4、E5、E6和E8位置分别对应的系数p1、p2、p3、p4和p5转换成二进制，然后通过下面公式计算得到r1、r2、r3和r4：

其中，p′1、p′2、p′3、p′4和p′5分别为系数p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数的后t位，

为异或运算；

步骤6-3、将读取的四组秘密信息m1、m2、m3和m4和步骤6-2中获得的r1、r2、r3和r4中的每一位分别进行比较，其中m1(j)、m2(j)、m3(j)和m4(j)分别对应为m1、m2、m3和m4中的第j位，j＝1、2、3...t；r1(j)、r2(j)、r3(j)和r4(j)分别对应的r1、r2、r3和r4中的第j位，p′1(j)、p′2(j)、p′3(j)、p′4(j)和p′5(j)分别对应为p′1、p′2、p′3、p′4和p′5中的第j位；即将m1(j)与r1(j)进行比较，m2(j)与r2(j)进行比较，m3(j)与r3(j)进行比较，m4(j)与r4(j)进行比较；

并根据下表中的比较结果获得对应的嵌入运算，然后根据对应嵌入运算结果，组成新的p′1、p′2、p′3、p′4和p′5；比较结果对应的嵌入运算如下：

步骤6-4、将新的p′1、p′2、p′3、p′4和p′5替换原系数p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数的后t位，并将替换后的p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数转换成十进制，分别得到该边缘块中E2、E4、E5、E6和E8位置处新的系数；

步骤6-5、将该边缘块中E1、E3、E5和E7位置处对应的原系数与步骤6-4中E2、E4、E5、E6和E8位置处新的系数共同组成HH波段图像中嵌入秘密信息之后的边缘块中不同位置处的系数；

步骤7、采用步骤6中相同的方法将剩余的秘密信息嵌入到HL波段图像对应的边缘块中，直至HL波段图像中的所有边缘块均进行秘密信息嵌入后，得到嵌入秘密信息之后的新的HL波段图像，则转至步骤8；

步骤8、采用步骤6中相同的方法将剩余的秘密信息嵌入到LH波段图像对应的边缘块中，得到嵌入秘密信息之后的新的LH波段图像；

步骤9、将原LL波段图像以及嵌入秘密信息之后的HL波段图像、LH波段图像和HH波段图像重新组合成四个新的波段图像，并进行小波反变换处理，得到载密图像。

作为优选，所述步骤1中使用的小波变换方法为哈尔小波变换。

在本方案中，所述步骤5中判断总容量是否足够秘密信息嵌入的依据为：

5*L/4<＝n₄*c₄+n₃*c₃+n₂*c₂+n₁*c₁

如满足上述条件，则判定为总容量足够秘密信息嵌入；如不满足上述公式，则判定为总容量不足够秘密信息嵌入；

其中，L为需要嵌入的秘密信息比特位数；c₄、c₃、c₃和c₁分别为HH波段图像、HL波段图像和LL波段图像中所有类别为C4、C3、C2和C1的边缘块数量。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种秘密信息提取方法，用于将秘密信息从载密图像中提取出来，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、采用与权利要求1所述的图像隐写方法相同的小波变换算法对载密图像进行小波变换，得到小波变换后的载密图像，其中得到的小波变换后的载密图像中包括四个波段图像，分别记为LL′波段图像、HL′波段图像、LH′波段图像及HH′波段图像；

步骤2、对HH′波段图像进行边缘块检测，得到HH′波段图像中的所有边缘块；其中，对HH′波段图像进行边缘块检测的具体步骤为：

步骤2-1、将HH′波段划分成大小为3*3的子块，将每个子块中的3*3区域按照左到右，从上到下的顺序依次标记为e1、e2、e3、e4、e5、e6、e7、e8和e9；

步骤2-2、分别计算出某个子块中e1与e3两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e7与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e1与e7两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e3与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e1与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值以及e3与e7两位置处对应的系数之间的差值绝对值，并在上述差值绝对值中选取出最大值，记为e’；

步骤2-3、判断步骤2-2中该子块中得到的最大值e’是否大于图像隐写时使用的预设的阈值th，如是，则该子块为边缘块；如否，则该子块为非边缘块；

步骤2-4、采用与步骤2-2与步骤2-3中相同的方法，分别对每个子块进行判断，选取出HH′波段图像中的所有边缘块；

步骤3、计算HH′波段图像的每个边缘块中e1、e3、e5和e7四位置处对应的系数平均值，并采用与图像隐写时相同的边缘块类别归属方法，分别得到HH′波段图像中的所有边缘块所归属的类别；

步骤4、采用与图像隐写时使用的秘密信息嵌入时相同的顺序对HH′波段图像的所有边缘块中的秘密信息进行提取，其中，从类别为C4的边缘块开始秘密信息的提取，再依次提取类别为C3、C2和C1的边缘块中的秘密信息；

其中，对某个类别为Ci的边缘块中的秘密信息进行提取的具体步骤为：i＝1、2、3、4；

将某个类别Ci的边缘块中的e2、e4、e5、e6和e8位置处分别对应的系数q1、q2、q3、q4和q5转换成二进制，然后通过下面公式计算得到m′1、m′2、m′3和m′4，m′1、m′2、m′3和m′4分别为提取的四组秘密信息；

其中，q′1、q′2、q′3、q′4和q′5分别为系数q1、q2、q3、q4和q5对应的二进制数的后t位；

步骤5、将从每个边缘块中提取出的四组秘密信息依次按照从前往后的顺序连接起来成为每个边缘块嵌入秘密信息比特流，并采用与秘密信息嵌入到每个类别的边缘块中相同的顺序依次将每个类别为C4的边缘块嵌入秘密信息比特流连接起来，并依次将类别为C3、C2和C1的边缘块中的秘密信息按照从前往后的顺序与类别为C4的所有边缘块嵌入秘密信息比特流连接成为HH′波段图像中提取出的嵌入秘密信息比特流；

步骤6、采用步骤2～步骤5中相同的方法对依次对HL′波段图像和LH′波段图像的秘密信息进行提取，并分别得到HL′波段图像和LH′波段图像中提取出的嵌入秘密信息比特流，并将HH′波段图像、HL′波段图像和LH′波段图像提取出的嵌入秘密信息比特流按照从前往后的顺序进行连接，最终得到完整的嵌入秘密信息比特流。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将载体图像用小波变换转换到频域中进行嵌入，并将秘密信息依次按照小波变换的高频波段、高低波段、低高波段和低低波段顺序进行嵌入，充分利用人类视觉系统对低频带的微小改变比较敏感，而对高频带不敏感的特性，从而提高了图像隐写的鲁棒性，具有较好的无感知性；另外，利用人眼对载体图像边缘处的变化不敏感的特点，对边缘块进行检测，从而将秘密信息嵌入到满足条件的边缘块中，提高了图像隐写的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中数字图像隐写方法的流程框图；

图2为本发明实施例中秘密信息提取的流程框图。

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。

如图1所示，一种数字图像隐写方法，用于将秘密信息嵌入到载体图像中，包括以下步骤：

步骤1、对载体图像进行小波变换，得到小波变换后的载体图像，其中得到的小波变换后的载体图像中包括四个波段图像，分别记为LL波段图像、HL波段图像、LH波段图像及HH波段图像；本实施例中，采用的小波变换方法为哈尔小波变换；

步骤2、对HH波段图像进行边缘块检测，得到HH波段图像中的所有边缘块；其中，对HH波段图像进行边缘块检测的具体步骤为：

步骤2-1、将HH波段图像划分成大小为3*3的子块，将每个子块中的3*3区域按照从左到右，从上到下的顺序依次标记为E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8和E9；

步骤2-2、分别计算出某个子块中E1与E3两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E7与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E1与E7两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E3与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E1与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值以及E3与E7两位置处对应的系数之间的差值绝对值，并在上述差值绝对值中选取出最大值，记为e；

步骤2-3、判断步骤2-2中某个子块得到的最大值e是否大于预设的阈值th，如是，则该子块为边缘块；如否，则该子块为非边缘块；其中阈值th为非负数；

步骤2-4、采用与步骤2-2与步骤2-3中相同的方法，分别对每个子块进行判断，选取出HH波段图像中的所有边缘块；

采用如步骤2-1～步骤2-4中的边缘检测方法的好处是：一方面，该边缘检测方法计算简单，能够快速检测出符合要求的边缘块；另一方面，由于在后续的异或编码中需要五个系数点来嵌入信息，那么选用正方形四个顶点的系数点来检测既不会与嵌入信息相互干扰，又能比较合理的判断该块是否符合要求；

步骤3、计算HH波段图像中每个边缘块的强度；其中计算每个边缘块强度的具体步骤为：

步骤3-1、计算某个边缘块中E1、E3、E5和E7四位置处对应的系数平均值；

步骤3-2、判断步骤3-1中某个边缘块的E1、E3、E5和E7四位置处对应的系数平均值

所属的类别：当

将该边缘块归属为类别C1；当

将该边缘块归属为类别C2；当

将该边缘块归属为类别C3；当

将该边缘块归属为类别C4；

步骤3-3、设类别分别为C1、C2、C3和C4的边缘块能嵌入的秘密信息分别为n₁比特位、n₂比特位、n₃比特位和n₄比特位，则类别分别为C1、C2、C3和C4的边缘块的强度分别记为n₁、n₂、n₃和n₄；其中，n₁、n₂、n₃和n₄均为正整数，n₁≤n₂≤n₃≤n₄；

其中，n₁、n₂、n₃和n₄的取值需要在保证一定信噪比的基础上尽量提高嵌入容量，本实施例中，n₁＝1，n₂＝2，n₃＝3，n₄＝3；

步骤4、采用步骤2和步骤3中相同的方法依次检测出HL波段图像和LH波段图像的所有边缘块以及计算出每个边缘块对应的强度；

步骤5、计算出HH波段图像、HL波段图像和LH波段图像中所有边缘块的嵌入总容量，判断总容量是否足够秘密信息嵌入，如是，则转入步骤6；如否，则改变预设的阈值th，并转至步骤2，重新检测HH波段图像的边缘块；

另外，步骤5中判断总容量是否足够秘密信息嵌入的依据为：

5*L/4<＝n₄*c₄+n₃*c₃+n₂*c₂+n₁*c₁

如满足上述条件，则判定为总容量足够秘密信息嵌入；如不满足上述公式，则判定为总容量不足够秘密信息嵌入；

其中，L为需要嵌入的秘密信息比特位数；c₄、c₃、c₃和c₁分别为HH波段图像、HL波段图像和LL波段图像中所有类别为C4、C3、C2和C1的边缘块数量；

步骤6、将秘密信息嵌入到HH波段图像的边缘块中，具体过程为：将需要嵌入的秘密信息转换成二进制的比特流，然后将秘密信息的二进制的比特流进行读取并嵌入到HH波段图像的一边缘块中，将一次嵌入之后剩余秘密信息的二进制的比特流继续进行读取并嵌入到HH波段图像的下一边缘块中，依次完成HH波段图像中所有边缘块的秘密信息嵌入，直至HH波段图像中的所有边缘块均进行秘密信息嵌入后，得到嵌入秘密信息之后的新的HH波段图像，则转至步骤7；其中，秘密信息先从HH波段图像中类别为C4的边缘块开始嵌入，类别为C4的边缘块全部嵌入有秘密信息后，再依次嵌入到类别为C3、C2和C1的边缘块中，且秘密信息均按照一定顺序依次嵌入到每个类别的边缘块中；本实施例中，按照秘密信息依次嵌入到按照从左至右，从上至下的顺序排列的归属于某一类别的所有边缘块中；

其中，秘密信息的二进制比特流读取并嵌入到某个类别为Ci的边缘块中的具体步骤为：i＝1、2、3、4；

步骤6-1、将秘密信息的二进制的比特流从前往后依次按照t bits为一组，分别读取四组秘密信息，对应四组秘密信息分别记为m1、m2、m3和m4；其中，当i＝1时，t＝n₁；当i＝2时，t＝n₂；当i＝3，t＝n₃；当i＝4，t＝n₄；

步骤6-2、将某个类别为Ci的边缘块中的E2、E4、E5、E6和E8位置分别对应的系数p1、p2、p3、p4和p5转换成二进制，然后通过下面公式计算得到r1、r2、r3和r4：

其中，p′1、p′2、p′3、p＇4和p′5分别为系数p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数的后t位，

为异或运算；

步骤6-3、将读取的m1、m2、m3和m4和步骤6-2中异或运算之后的r1、r2、r3和r4中的每一位分别进行比较，其中m1(j)、m2(j)、m3(j)和m4(j)分别对应为m1、m2、m3和m4中的第j位，j＝1、2、3...t；r1(j)、r2(j)、r3(j)和r4(j)分别对应为异或运算之后的r1、r2、r3和r4中的第j位，p′1(j)、p′2(j)、p′3(j)、p′4(j)和p′5(j)分别对应为p′1、p＇2、p′3、p′4和p′5中的第j位；即将m1(j)与r1(j)进行比较，m2(j)与r2(j)进行比较，m3(j)与r3(j)进行比较，m4(j)与r4(j)进行比较；

并根据下表中的比较结果获得对应的嵌入运算，然后根据对应嵌入运算结果，组成新的p′1、p′2、p′3、p′4和p′5；比较结果对应的嵌入运算如下：

其中，上述比较结果对应的嵌入运算中对一个或多个系数对应的二进制进行取反时，则未提及到的系数的二进制是不变化，继续保持原值则可；

步骤6-4、将新的p′1、p′2、p′3、p′4和p′5替换原系数p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数的后t位，并将替换后的p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数转换成十进制，分别得到该边缘块中E2、E4、E5、E6和E8位置处新的系数；

步骤6-5、将该边缘块中E1、E3、E5和E7位置处对应的原系数与步骤6-4中E2、E4、E5、E6和E8位置处新的系数共同组成HH波段图像中嵌入秘密信息之后的边缘块中不同位置处的系数；

步骤7、采用步骤6中相同的方法将剩余的秘密信息嵌入到HL波段图像对应的边缘块中，直至HL波段图像中的所有边缘块均进行秘密信息嵌入后，得到嵌入秘密信息之后的新的HL波段图像，则转至步骤8；

步骤8、采用步骤6中相同的方法将剩余的秘密信息嵌入到LH波段图像对应的边缘块中，得到嵌入秘密信息之后的新的LH波段图像；

步骤9、将原LL波段图像以及嵌入秘密信息之后的HL波段图像、LH波段图像和HH波段图像重新组合成四个新的波段图像，并进行小波反变换处理，得到载密图像。

其中，如图2所示，秘密信息提取方法的具体步骤为：

步骤1、采用与权利要求1所述的图像隐写方法相同的小波变换算法对载密图像进行小波变换，得到小波变换后的载密图像，其中得到的小波变换后的载密图像中包括四个波段图像，分别记为LL′波段图像、HL′波段图像、LH′波段图像及HH′波段图像；

步骤2、对HH′波段图像进行边缘块检测，得到HH′波段图像中的所有边缘块；其中，对HH′波段图像进行边缘块检测的具体步骤为：

步骤2-1、将HH′波段划分成大小为3*3的子块，将每个子块中的3*3区域按照左到右，从上到下的顺序依次标记为e1、e2、e3、e4、e5、e6、e7、e8和e9；

步骤2-2、分别计算出某个子块中e1与e3两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e7与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e1与e7两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e3与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e1与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值以及e3与e7两位置处对应的系数之间的差值绝对值，并在上述差值绝对值中选取出最大值，记为e’；

步骤2-3、判断步骤2-2中该子块中得到的最大值e’是否大于图像隐写时使用的预设的阈值th，如是，则该子块为边缘块；如否，则该子块为非边缘块；

步骤2-4、采用与步骤2-2与步骤2-3中相同的方法，分别对每个子块进行判断，选取出HH′波段图像中的所有边缘块；

步骤3、计算HH′波段图像的每个边缘块中e1、e3、e5和e7四位置处对应的系数平均值，并采用与图像隐写时相同的边缘块类别归属方法，分别得到HH′波段图像中的所有边缘块所归属的类别；

步骤4、采用与图像隐写时使用的秘密信息嵌入时相同的顺序对HH′波段图像的所有边缘块中的秘密信息进行提取，其中，从类别为C4的边缘块开始秘密信息的提取，再依次提取类别为C3、C2和C1的边缘块中的秘密信息；

其中，对某个类别为Ci的边缘块中的秘密信息进行提取的具体步骤为：i＝1、2、3、4；

将某个类别Ci的边缘块中的e2、e4、e5、e6和e8位置处分别对应的系数q1、q2、q3、q4和q5转换成二进制，然后通过下面公式计算得到m′1、m′2、m′3和m′4，m′1、m′2、m′3和m′4分别为提取的四组秘密信息；

其中，q′1、q′2、q′3、q′4和q′5分别为系数q1、q2、q3、q4和q5对应的二进制数的后t位；

步骤5、将从每个边缘块中提取出的四组秘密信息依次按照从前往后的顺序连接起来成为每个边缘块嵌入秘密信息比特流，并采用与秘密信息嵌入到每个类别的边缘块中相同的顺序依次将每个类别为C4的边缘块嵌入秘密信息比特流连接起来，并依次将类别为C3、C2和C1的边缘块中的秘密信息按照从前往后的顺序与类别为C4的所有边缘块嵌入秘密信息比特流连接成为HH′波段图像中提取出的嵌入秘密信息比特流；

步骤6、采用步骤2～步骤5中相同的方法对依次对HL′波段图像和LH′波段图像的秘密信息进行提取，并分别得到HL′波段图像和LH′波段图像中提取出的嵌入秘密信息比特流，并将HH′波段图像、HL′波段图像和LH′波段图像提取出的嵌入秘密信息比特流按照从前往后的顺序进行连接，最终得到完整的嵌入秘密信息比特流。

Claims (4)

1.一种数字图像隐写方法，用于将秘密信息嵌入到载体图像中，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、对载体图像进行小波变换，得到小波变换后的载体图像，其中得到的小波变换后的载体图像中包括四个波段图像，分别记为LL波段图像、HL波段图像、LH波段图像及HH波段图像；

步骤2、对HH波段图像进行边缘块检测，得到HH波段图像中的所有边缘块；其中，对HH波段图像进行边缘块检测的具体步骤为：

步骤2-1、将HH波段图像划分成大小为3*3的子块，将每个子块中的3*3区域按照从左到右，从上到下的顺序依次标记为E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8和E9；

步骤2-2、分别计算出某个子块中E1与E3两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E7与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E1与E7两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E3与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、E1与E9两位置处对应的系数之间的差值绝对值以及E3与E7两位置处对应的系数之间的差值绝对值，并在上述差值绝对值中选取出最大值，记为e；

步骤2-3、判断步骤2-2中某个子块得到的最大值e是否大于预设的阈值th，如是，则该子块为边缘块；如否，则该子块为非边缘块；其中阈值th为非负数；

步骤2-4、采用与步骤2-2与步骤2-3中相同的方法，分别对每个子块进行判断，选取出HH波段图像中的所有边缘块；

步骤3、计算HH波段图像中每个边缘块的强度；其中计算每个边缘块强度的具体步骤为：

步骤3-1、计算某个边缘块中E1、E3、E5和E7四位置处对应的系数平均值；

步骤3-2、判断步骤3-1中某个边缘块的E1、E3、E5和E7四位置处对应的系数平均值

所属的类别：当

将该边缘块归属为类别C1；当

将该边缘块归属为类别C2；当

将该边缘块归属为类别C3；当

将该边缘块归属为类别C4；

步骤3-3、设类别分别为C1、C2、C3和C4的边缘块能嵌入的秘密信息分别为n₁比特位、n₂比特位、n₃比特位和n₄比特位，则类别分别为C1、C2、C3和C4的边缘块的强度分别记为n₁、n₂、n₃和n₄；其中，n₁、n₂、n₃和n₄均为正整数，n₁≤n₂≤n₃≤n₄；

步骤4、采用步骤2和步骤3中相同的方法依次检测出HL波段图像和LH波段图像的所有边缘块以及计算出每个边缘块对应的强度；

步骤5、计算出HH波段图像、HL波段图像和LH波段图像中所有边缘块的嵌入总容量，判断总容量是否足够秘密信息嵌入，如是，则转入步骤6；如否，则改变预设的阈值th，并转至步骤2，重新检测HH波段图像的边缘块；

步骤6、将秘密信息嵌入到HH波段图像的边缘块中，具体过程为：将需要嵌入的秘密信息转换成二进制的比特流，然后将秘密信息的二进制的比特流进行读取并嵌入到HH波段图像的一边缘块中，将一次嵌入之后剩余秘密信息的二进制的比特流继续进行读取并嵌入到HH波段图像的下一边缘块中，依次完成HH波段图像中所有边缘块的秘密信息嵌入，直至HH波段图像中的所有边缘块均进行秘密信息嵌入后，得到嵌入秘密信息之后的新的HH波段图像，则转至步骤7；其中，秘密信息先从HH波段图像中类别为C4的边缘块开始嵌入，类别为C4的边缘块全部嵌入有秘密信息后，再依次嵌入到类别为C3、C2和C1的边缘块中，且秘密信息均按照一定顺序依次嵌入到每个类别的边缘块中；

其中，秘密信息的二进制比特流读取并嵌入到某个类别为Ci的边缘块中的具体步骤为：i＝1、2、3、4；

步骤6-1、将秘密信息的二进制的比特流从前往后依次按照t bits为一组，分别读取四组秘密信息，对应四组秘密信息分别记为m1、m2、m3和m4；其中，当i＝1时，t＝n₁；当i＝2时，t＝n₂；当i＝3，t＝n₃；当i＝4，t＝n₄；

步骤6-2、将某个类别为Ci的边缘块中的E2、E4、E5、E6和E8位置分别对应的系数p1、p2、p3、p4和p5转换成二进制，然后通过下面公式计算得到r1、r2、r3和r4：

其中，p′1、p′2、p′3、p′4和p′5分别为系数p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数的后t位，

为异或运算；

步骤6-3、将读取的四组秘密信息m1、m2、m3和m4和步骤6-2中获得的r1、r2、r3和r4中的每一位分别进行比较，其中m1(j)、m2(j)、m3(j)和m4(j)分别对应为m1、m2、m3和m4中的第j位，j＝1、2、3...t；r1(j)、r2(j)、r3(j)和r4(j)分别对应的r1、r2、r3和r4中的第j位，p′1(j)、p′2(j)、p′3(j)、p′4(j)和p′5(j)分别对应为p′1、p＇2、p′3、p′4和p′5中的第j位；即将m1(j)与r1(j)进行比较，m2(j)与r2(j)进行比较，m3(j)与r3(j)进行比较，m4(j)与r4(j)进行比较；

并根据下表中的比较结果获得对应的嵌入运算，然后根据对应嵌入运算结果，组成新的p′1、p′2、p′3、p′4和p′5；比较结果对应的嵌入运算如下：

步骤6-4、将新的p′1、p′2、p′3、p′4和p′5替换原系数p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数的后t位，并将替换后的p1、p2、p3、p4和p5对应的二进制数转换成十进制，分别得到该边缘块中E2、E4、E5、E6和E8位置处新的系数；

步骤6-5、将该边缘块中E1、E3、E5和E7位置处对应的原系数与步骤6-4中E2、E4、E5、E6和E8位置处新的系数共同组成HH波段图像中嵌入秘密信息之后的边缘块中不同位置处的系数；

步骤7、采用步骤6中相同的方法将剩余的秘密信息嵌入到HL波段图像对应的边缘块中，直至HL波段图像中的所有边缘块均进行秘密信息嵌入后，得到嵌入秘密信息之后的新的HL波段图像，则转至步骤8；

步骤8、采用步骤6中相同的方法将剩余的秘密信息嵌入到LH波段图像对应的边缘块中，得到嵌入秘密信息之后的新的LH波段图像；

步骤9、将原LL波段图像以及嵌入秘密信息之后的HL波段图像、LH波段图像和HH波段图像重新组合成四个新的波段图像，并进行小波反变换处理，得到载密图像。

2.根据权利要求1所述的数字图像隐写方法，其特征在于：所述步骤1中使用的小波变换方法为哈尔小波变换。

3.根据权利要求1所述的数字图像隐写方法，其特征在于：所述步骤5中判断总容量是否足够秘密信息嵌入的依据为：

5*L/4<＝n₄*c₄+n₃*c₃+n₂*c₂+n₁*c₁

如满足上述条件，则判定为总容量足够秘密信息嵌入；如不满足上述公式，则判定为总容量不足够秘密信息嵌入；

其中，L为需要嵌入的秘密信息比特位数；c₄、c₃、c₃和c₁分别为HH波段图像、HL波段图像和LL波段图像中所有类别为C4、C3、C2和C1的边缘块数量。

4.一种秘密信息提取方法，用于将秘密信息从载密图像中提取出来，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、采用与权利要求1所述的图像隐写方法相同的小波变换算法对载密图像进行小波变换，得到小波变换后的载密图像，其中得到的小波变换后的载密图像中包括四个波段图像，分别记为LL′波段图像、HL′波段图像、LH′波段图像及HH′波段图像；

步骤2、对HH′波段图像进行边缘块检测，得到HH′波段图像中的所有边缘块；其中，对HH′波段图像进行边缘块检测的具体步骤为：

步骤2-1、将HH′波段划分成大小为3*3的子块，将每个子块中的3*3区域按照左到右，从上到下的顺序依次标记为e1、e2、e3、e4、e5、e6、e7、e8和e9；

步骤2-2、分别计算出某个子块中e1与e3两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e7与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e1与e7两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e3与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值、e1与e9两位置处对应的系数之间的差值绝对值以及e3与e7两位置处对应的系数之间的差值绝对值，并在上述差值绝对值中选取出最大值，记为e’；

步骤2-3、判断步骤2-2中该子块中得到的最大值e’是否大于图像隐写时使用的预设的阈值th，如是，则该子块为边缘块；如否，则该子块为非边缘块；

步骤2-4、采用与步骤2-2与步骤2-3中相同的方法，分别对每个子块进行判断，选取出HH′波段图像中的所有边缘块；

步骤3、计算HH′波段图像的每个边缘块中e1、e3、e5和e7四位置处对应的系数平均值，并采用与图像隐写时相同的边缘块类别归属方法，分别得到HH′波段图像中的所有边缘块所归属的类别；

步骤4、采用与图像隐写时使用的秘密信息嵌入时相同的顺序对HH′波段图像的所有边缘块中的秘密信息进行提取，其中，从类别为C4的边缘块开始秘密信息的提取，再依次提取类别为C3、C2和C1的边缘块中的秘密信息；

其中，对某个类别为Ci的边缘块中的秘密信息进行提取的具体步骤为：i＝1、2、3、4；

将某个类别Ci的边缘块中的e2、e4、e5、e6和e8位置处分别对应的系数q1、q2、q3、q4和q5转换成二进制，然后通过下面公式计算得到m′1、m′2、m′3和m′4，m′1、m′2、m′3和m′4分别为提取的四组秘密信息；

其中，q＇1、q＇2、q′3、q′4和q′5分别为系数q1、q2、q3、q4和q5对应的二进制数的后t位；

步骤5、将从每个边缘块中提取出的四组秘密信息依次按照从前往后的顺序连接起来成为每个边缘块嵌入秘密信息比特流，并采用与秘密信息嵌入到每个类别的边缘块中相同的顺序依次将每个类别为C4的边缘块嵌入秘密信息比特流连接起来，且依次将类别为C3、C2和C1的边缘块中的秘密信息按照从前往后的顺序与类别为C4的所有边缘块嵌入秘密信息比特流连接成为HH＇波段图像中提取出的嵌入秘密信息比特流；

步骤6、采用步骤2～步骤5中相同的方法对依次对HL′波段图像和LH′波段图像的秘密信息进行提取，并分别得到HL′波段图像和LH′波段图像中提取出的嵌入秘密信息比特流，并将HH′波段图像、HL′波段图像和LH′波段图像提取出的嵌入秘密信息比特流按照从前往后的顺序进行连接，最终得到完整的嵌入秘密信息比特流。

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