CN114374774A - 基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法 - Google Patents

Abstract

基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法，属于信息隐藏技术领域，具体方法为：内容的所有者首先对原始图像进行预处理，并通过动态标记2×2块内的误差区间最大限度地空出冗余空间，然后利用流密码对处理后的图像进行加密；信息隐藏者获得含冗余空间的加密图像后，在不知道原始图像内容的情况下，根据隐藏密钥，在空出的冗余空间中利用位替换的方式直接嵌入附加信息；接收者根据其所持有密钥的不同，可分离地完成附加信息提取和原始图像恢复的操作。实验结果表明，与现有的几种同类算法相比，本发明提出的算法具有更高的嵌入容量，尤其对于纹理不太复杂的图像，嵌入容量性能提升显著。

Description

基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法

技术领域

本发明属于信息隐藏技术领域，具体涉及一种基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法。

背景技术

随着云存储和云计算技术的日趋成熟，以往大多数在本地服务器处理的诸如文本、图像、音频和视频等多媒体数据的存储、传输等工作都逐渐转移到云服务器上进行，人们在处理数据时不必再拘泥于同一地点、同一设备，这无疑是给人们的生活和工作注入了新动能，但与此同时，云服务器上用户隐私数据的安全问题也正面临着严峻的考验。加密域可逆信息隐藏技术(reversible datahiding in encrypted images，RDHEI)集合了加密技术和可逆信息隐藏技术的优势，在确保个人隐私数据安全性的同时，又可以直接在加密域中完成隐私数据的检索、归类或认证等管理，为隐私数据在云环境中的存储和传输提供了双重保障。

可分离RDHEI算法(separable RDHEI，SRDHEI)主要强调提取嵌入的附加信息和可逆恢复原始的载体图像这两个过程的可分离。通常会涉及内容所有者、信息隐藏者和接收者三方。内容所有者在将原始图像送入云服务器之前先对其进行相应处理并形成包含冗余空间的加密图像；信息隐藏者在完全不知道原始图像内容和加密密钥的情况下，将附加信息嵌入到加密图像中；接收者可以根据其授权持有的密钥，可分离地提取附加信息或恢复原始图像。用户数据始终以密文的形式在云端处理，从而确保了用户数据的安全性。因此，SRDHEI算法对于云环境下用户隐私保护及数据安全与管理具有更重要的意义。2019年，Yi等人使用参数二叉树标记(parametric binary tree labeling,PBTL)对两种不同类型的像素进行标记，并提出数据嵌入方法，利用图像块内像素的相关性空出冗余空间来嵌入附加信息。该算法虽然能够实现附加信息的提取和原始图像恢复的可分离，但由于冗余空间仅限定在图像块内，因此嵌入容量并不是很理想。基于此，Wu等人提出了IPBTL算法(improvedparametric binary tree labeling,IPBTL)，利用原始图像整体的空间相关性进一步提高了嵌入容量。2021年，Liu等人提出了基于差值保存的SRDHEI算法。算法首先将原始图像分割为a×b大小的图像块，计算块均值以及块中每一个像素与均值的差值，并定义2比特Flag记录差值范围，空出冗余空间；同时，利用相邻可嵌入块的均值之差进一步增加算法的冗余空间，从而获得更大的嵌入容量。实验结果表明，该算法不仅简单、易于实现、嵌入容量大，而且能够实现数据提取和载体图像无损恢复的可分离。以上这些方案虽然可以实现算法的可分离及可逆性，但是它们的嵌入容量在一定程度上无法满足现有环境下应用的需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，旨在提供一种基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法。本发明的方法可以有效地克服现有技术中存在的嵌入容量不足以及提取和解密无法完全分离的缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法，本方法由三部分组成：(Ⅰ)内容拥有者；(Ⅱ)信息隐藏者；(Ⅲ)接收者；

Ⅰ.内容拥有者将载体图像进行预处理以腾出空余空间，并对带有空余空间的载体图像进行加密，具体包括下列步骤：

第一步，读入一幅M×N的载体图像I；

第二步，定义I(i,j)(i＝1,3,5,...,M；j＝1,3,5,…,N)为参考像素，其余像素为预测像素，使用公式(1)对载体图像I进行像素预测，得到预测图像

其中，1≤i≤M，1≤j≤N；m＝0,1,2,...,(M/2-1),n＝0,1,2,…,(N/2-1)；

表示向下取整运算；

第三步，保持参考像素不变，根据公式(2)计算预测像素的预测误差：

其中，i≠1,3,5,...,M；j≠1,3,5,...,N；

第四步，保持参考像素不变，所有预测误差可以被划分为3类分块结构，将其进行移位操作形成2×2大小的块，分别记为DB₁、DB₂、DB₃，并按以下排列规则对所有参考像素和分块结构进行重排：

1)逐行提取参考像素并依次排列在图像左上角1/4位置，其大小为M/2×N/2，记为RB子图；

2)依次提取DB₁并按列方向排放在图像的右上角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₁子图；

3)依次提取DB₂并按列方向排放在图像的左下角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₂子图；

4)依次提取DB₃并按列方向排放在图像的右下角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₃子图；

以上第二步、第三步和第四步为预处理过程，预处理后的图像与原始图像大小相同，RB子图清晰地保留了原始图像的所有信息，其大小为原始图像的1/4；

第五步，对于所有的DB_k(k＝1,2,3)子图，以2×2预测误差块为单位，利用公式(3)产生独立的标记位图，用于标记误差块是否可用于嵌入附加信息：

其中，DB_k(a,b)表示2×2预测误差块中的每一个误差值，当LM＝0时，表示该误差块可用于嵌入附加信息；当LM＝1时，表示该误差块不能用于嵌入附加信息，后续处理时，将误差值替换为原始像素保存；

第六步，对可嵌入附加信息的误差块，通过设置2比特的标记符记录误差区间，并按照以下规则，腾出空余空间用于隐藏附加信息，生成带有空余空间的载体图像，记为I′：

规则1：如果块内误差值都为0，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入00，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则2：如果块内误差值都为(-2,2]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入01，在每个像素的最高两位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则3：如果块内误差值都为(-4,4]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入10，在每个像素的最高三位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则4：如果块内误差值都为(-8,8]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入11，在每个像素的最高四位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

第七步，使用加密密钥K_e创建一个大小M×N的伪随机矩阵R，然后利用公式(4)进行逐位异或操作，生成包含冗余空间的密文图像E；

其中1≤i≤M，1≤j≤N，

表示逐位异或操作；

Ⅱ.信息隐藏者可以在不知道载体图像内容的情况下，直接嵌入附加信息，具体包括下列步骤：

第一步，信息隐藏者需要持有标记位图LM；

第二步，将待藏入的附加信息转换成二进制比特流；

第三步，创建一个隐藏密钥K_d，并使用此密钥对二进制比特流进行乱序加密处理；

第四步，将加密图像E划分为2×2大小的不重叠的块，并从除去参考子图外的每个块中第一个像素的最后两比特提取标记符，根据标记位图和标记符，用比特位直接替代的方法将加密后的附加信息依次嵌入预先空余的比特位中，形成载密密文图像E′；

Ⅲ.接收者获得载密密文图像E′后，可以分别进行附加信息的提取和载体图像的恢复，这两个过程是可分离的：

(1)如果接收者仅拥有隐藏密钥K_d和标记位图，那么他可以在不知道任何原始图像内容的情况下提取出嵌入的附加信息，具体步骤如下：

第一步，找出参考像素位置，将剩余像素划分为互不重叠、大小为2×2的块；

第二步，根据标记位图的指引，当标记位图为0时，提取对应块的标记符，并从相应的嵌入位置中依次提取嵌入的附加信息；

第三步，使用隐藏密钥K_d解密附加信息；

(2)如果接收者仅拥有加密密钥K_e和标记位图，那么原始图像可以被无损地重建，具体步骤如下：

第一步，找出参考像素位置，将剩余像素划分为互不重叠、大小为2×2的块；

第二步，使用加密密钥K_e对图像进行解密；

第三步，根据标记位图的指引，当标记位图为0时，提取误差值，并按照预处理中误差重排及块内移位的逆操作还原参考像素和误差值的位置；

第四步，利用参考像素和误差值，无损恢复原始图像；

(3)如果接收者同时拥有信息隐藏密钥K_d和图像加密密钥K_e，则可同时执行以上(1)、(2)过程，既可以无损恢复载体图像，又可以完全提取嵌入的附加信息。

本发明的优点及其积极效果是：

1、本发明提出了最近邻像素预测方法，该方法充分利用自然图像的空间相关性，使用最近邻像素的均值作为预测值计算预测误差，预测精度相对较高，因而进一步提升了嵌入容量，尤其对于纹理不太复杂的图像，嵌入容量性能提升显著。

2、本发明探究预测误差块分类规律，设计块内移位以及块重排方式，保留了块内相邻像素相关性；同时将所有参考像素重排在左上角1/4位置形成RB子图，通过对RB子图多次预处理，充分挖掘冗余空间，提升嵌入容量。

3、本发明结合动态误差块标记的方式，使用2比特标记符记录块内误差区间，使用不同长度的编码记录误差值，从而空出更多冗余空间，提升嵌入容量。

附图说明

图1为本发明的算法流程图。

图2为本发明的预测误差块分类、移位及重排示意图。

图3为标记符为“00”时误差块中比特安排情况。

图4为标记符为“01”时误差块中比特安排情况。

图5为标记符为“10”时误差块中比特安排情况。

图6为标记符为“11”时误差块中比特安排情况。

图7为本发明算法对Lena图像的实验结果，(a)为原始图像、(b)为加密图像、(c)为加密图像、(d)为恢复的图像。

图8为不同算法在三个图像数据集中的平均嵌入容量。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示，一种基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法，由三部分组成：(Ⅰ)内容拥有者；(Ⅱ)信息隐藏者；(Ⅲ)接收者。内容所有者负责完成预处理、动态块标记以及图像加密部分；信息隐藏者在不知道原始图像内容的情况下完成附加信息的嵌入；接收者根据其持有的密钥的不同，完成附加信息提取和原始图像恢复部分。

内容拥有者

1、预处理

预处理过程主要包括以下三部分操作，分别是：1)最近邻像素预测；2)计算预测误差；3)预测误差重排。

(1)最近邻像素预测

假设M×N大小的原始图像I为8比特灰度图像，且每个像素均在[0,255]范围内。定义I(i,j)(i＝1,3,5,…,M；j＝1,3,5,…,N)为参考像素，其余像素为预测像素，由公式(1)可计算出所有预测像素的预测值：

其中，1≤i≤M，1≤j≤N；m＝0,1,2,...,(M/2-1),n＝0,1,2,...,(N/2-1)；

表示向下取整运算；

(2)计算预测误差

保持参考像素不变，根据公式(2)计算预测像素的预测误差：

其中，i≠1,3,5,...,M；j≠1,3,5,...,N；

(3)预测误差重排

保持参考像素不变，所有预测误差可以被划分为3类分块结构，预测误差的3类分块结构如图2(b)所示，分别记为B₁、B₂、B₃。按图2(c)箭头标示方向将其进行移位操作形成2×2大小的块，分别记为DB₁、DB₂、DB₃，并按以下排列规则对所有参考像素和分块结构进行重排，如图2(d)所示：将其进行移位操作形成2×2大小的块，分别记为DB₁、DB₂、DB₃，并按以下排列规则对所有参考像素和分块结构进行重排，如图2(d)所示：

1)逐行提取参考像素并依次排列在图像左上角1/4位置，其大小为M/2×N/2，记为RB子图；

2)依次提取DB₁并按列方向排放在图像的右上角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₁子图；

3)依次提取DB₂并按列方向排放在图像的左下角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₂子图；

4)依次提取DB₃并按列方向排放在图像的右下角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₃子图；

2、动态误差块标记

动态误差块标记主要基于2×2预测误差块DB_k(k＝1,2,3)进行预处理，其目的是通过动态标记块中误差区间来最大限度地空出冗余空间，提高嵌入容量。

为了能无损地恢复原始图像，每一个预测误差需要被记录。然而，当预测误差较大时，不但无法空出冗余空间，而且需要耗费更多的比特去记录误差，因此，此类误差不被用来嵌入附加信息；当预测误差较小时，使用固定长度的编码记录误差又会造成大量比特的浪费。通过实验观察，本发明算法中预测误差大多集中在0值附近，因此，算法设置预测误差区间(-8，8]，并定义2比特标记符动态地记录块内的误差区间，对不同误差区间使用不同长度编码从而节省出大量冗余空间用于嵌入附加信息，表1给出了不同误差区间对应的标记符及编码长度。

表1误差区间对应的标记符及编码长度

同时，利用公式(3)产生独立的标记位图，用于标记误差块是否可用于嵌入附加信息：

其中，DB_k(a,b)表示2×2预测误差块中的每一个误差值，当LM＝0时，表示该误差块可用于嵌入附加信息；当LM＝1时，表示该误差块不能用于嵌入附加信息，后续处理时，将误差值替换为原始像素保存；

对于可嵌入的误差块，针对不同误差区间，编码方案如下：通过设置2比特的标记符记录误差区间，并按照以下规则，腾出空余空间用于隐藏附加信息，生成带有空余空间的载体图像，记为I′：

规则1：如果块内误差值都为0，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入00，如图3所示，其余比特均可作为冗余空间嵌入附加信息。显然，此类误差块可以空出30比特的冗余空间；

规则2：如果块内误差值都为(-2,2]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入01，在每个像素的最高两位比特中记录误差值，每个误差值需要2比特记录，其余均可作为冗余空间嵌入附加信息，如图4所示。显然，此类误差块可以空出22比特的冗余空间；

规则3：如果块内误差值都为(-4,4]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入10，每个误差值需要3比特记录，其余均可作为冗余空间嵌入附加信息，如图5所示。显然，此类误差块可以空出18比特的冗余空间；

规则4：如果块内误差值都为(-8,8]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入11，在每个像素的最高四位比特中记录误差值，每个误差值需要4比特记录，其余均可作为冗余空间嵌入附加信息，如图6所示。显然，此类误差块可以空出14比特的冗余空间；

3、图像加密

为保证算法的安全性，内容所有者需要对标识符以外的位置进行加密。

使用加密密钥K_e创建一个大小M×N的伪随机矩阵R，且矩阵中每一个元素都属于[0,255]；将矩阵R划分为2×2大小的块，并将每个块中第一个像素的两位LSBs修改为00，以保证误差块的标记符不变；然后利用公式(4)进行逐位异或操作，生成包含冗余空间的密文图像E；

其中1≤i≤M，1≤j≤N，

表示逐位异或操作；

信息隐藏者

信息隐藏者可以在不知道载体图像内容的情况下，直接嵌入附加信息，具体包括下列步骤：

第一步，信息隐藏者需要持有标记位图LM；

第二步，将待藏入的附加信息转换成二进制比特流；

第三步，创建一个隐藏密钥K_d，并使用此密钥对二进制比特流进行乱序加密处理；

第四步，将加密图像E划分为2×2大小的不重叠的块，并从除去参考子图外的每个块中第一个像素的最后两比特提取标记符，根据标记位图和标记符，用比特位直接替代的方法将加密后的附加信息依次嵌入预先空余的比特位中，形成载密密文图像E′；

接收者

接收者获得载密密文图像E′后，可以分别进行附加信息的提取和载体图像的恢复，这两个过程是可分离的：

(1)如果接收者仅拥有隐藏密钥K_d和标记位图，那么他可以在不知道任何原始图像内容的情况下提取出嵌入的附加信息，具体步骤如下：

第一步，找出参考像素位置，将剩余像素划分为互不重叠、大小为2×2的块；

第二步，根据标记位图的指引，当标记位图为0时，提取对应块的标记符，并从相应的嵌入位置中依次提取嵌入的附加信息；

第三步，使用隐藏密钥K_d解密附加信息；

(2)如果接收者仅拥有加密密钥K_e和标记位图，那么原始图像可以被无损地重建，具体步骤如下：

第一步，找出参考像素位置，将剩余像素划分为互不重叠、大小为2×2的块；

第二步，使用加密密钥K_e对图像进行解密；

第三步，根据标记位图的指引，当标记位图为0时，提取误差值，并按照预处理中误差重排及块内移位的逆操作还原参考像素和误差值的位置；

第四步，利用参考像素和误差值，无损恢复原始图像；

(3)如果接收者同时拥有信息隐藏密钥K_d和图像加密密钥K_e，则可同时执行以上(1)、(2)过程，既可以无损恢复载体图像，又可以完全提取嵌入的附加信息。

为了验证所提算法的性能，实验选取5幅512×512的标准灰度图像进行性能测试。同时，实验也对选自于图像数据集BOSSbase，BOWS-2和UCID的万余张灰度图像进行测试，并从安全性、可逆性以及嵌入容量三个方面进行分析说明。

安全性分析

图7以“Lena”作为原始图像，给出了本发明算法在不同阶段所产生的结果。其中，图7(a)为原始图像；图7(b)为包含冗余空间的加密图像；图7(c)为载密密文图像，其嵌入率为2.965bpp；图7(d)为恢复的图像。从图中可以看出，加密图像和载密密文图像视觉上看起来都是均匀分布的噪声点，完全看不出原始图像的任何信息。

为了进一步定量测试算法的安全性，表2和表3分别给出了加密图像和载密密文图像与对应原始图像间的峰值信噪比PSNR(peak signal-to-noise ratio)和结构相似度(structural similarity，SSIM)的值。从表中数据可以看出，每个PSNR值都非常低，且SSIM值接近于0，这表明本发明算法具有较高的安全性能，可以有效地保护原始图像的内容不被他人获取。

表2加密图像与对应原始图像的PSNR和SSIM

表3载密密文图像与对应原始图像的PSNR和SSIM

可逆性

实验通过均方误差(mean square error，MSE)和SSIM这两个值来检验算法的可逆性。当恢复图像和原始图像间的SSIM越接近于1，MSE越接近于0，则表示失真程度越小。表4给出了本发明算法在三个常用数据集上的测试结果，其SSIM均为1，MSE均为0，说明恢复图像和原始图像之间不存在任何失真，因此，本发明算法具有可逆性。

表4三个图像数据集的SSIM和MSE

嵌入容量

嵌入容量是衡量信息隐藏算法性能的重要指标之一。在确保算法安全性和可逆性的前提下，嵌入容量越大则算法的性能越好。

嵌入容量由每个像素可携带的比特数(bitper pixel，bpp)来衡量。表5给出了本发明算法对原始图像分别做一次预处理、二次预处理、三次预处理后所得的嵌入容量大小。从表中数据可以看出，预处理过程充分利用了像素之间的相关性来空出冗余空间。以“Lena”为例，每次预处理都是进一步利用了前一次预处理后RB子图中像素的相关性来提高嵌入容量，但是相比于一次预处理，二次预处理提升的容量仅为0.4632bpp，而三次预处理的容量提升更小。这是因为每预处理后RB子图都会缩小为原始图像的1/4ⁿ(n为预处理次数)倍，随着预处理次数的增加，RB子图越来越小，像素间的相关性也会大幅降低。本发明实验数据均为三次预处理后的统计结果。

表5多次预处理后的嵌入容量(bpp)

与其他同类算法的比较

为了不受选取测试图像随机性影响，本发明所提算法在BOSSbase、BOWS-2和UCID三个常用图像数据集上进行了测试。对于纹理平滑的图像，本发明所提算法的预处理过程可以使预测误差更加集中在0值附近，从而获得更高的嵌入容量；相反，对于纹理复杂的图像，预测误差可能会因为超出阈值区间而使得大量误差块不能用于信息嵌入，从而导致嵌入容量下降。表6给出了本发明所提算法与比较算法在不同数据集上嵌入容量的最大值、最小值及平均值。图8为本发明所提算法与比较算法在不同数据集上平均嵌入容量的对比图。从图表中数据可以看出，本发明算法均能获得最高的嵌入容量最大值及平均值。显然本发明所提算法相比较于同类算法在嵌入容量方面有着明显的优势，尤其对于纹理平滑的图像，性能优势显著。

表6不同算法在不同数据集中嵌入容量的数值统计

本发明提出了一种基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏算法。算法充分利用图像像素间的相关性进行预处理，通过定义2比特标记符动态记录误差区间从而空出更多的冗余空间，实验结果表明，在安全性和可逆性得到保证的前提下，本发明所提算法相比于同类算法可以实现更高的嵌入容量，尤其对于纹理细节不太复杂的图像，性能提升更加明显。因此，可以应用在隐私要求程度较高的诸如医疗、法律和军事等领域。

上面对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法，其特征在于：本方法由三部分组成：(Ⅰ)内容拥有者；(Ⅱ)信息隐藏者；(Ⅲ)接收者；

Ⅰ.内容拥有者将载体图像进行预处理以腾出空余空间，并对带有空余空间的载体图像进行加密，具体包括下列步骤：

第一步，读入一幅M×N的载体图像I；

第二步，定义I(i,j)(i＝1,3,5,...,M；j＝1,3,5,...,N)为参考像素，其余像素为预测像素，使用公式(1)对载体图像I进行像素预测，得到预测图像

其中，1≤i≤M，1≤j≤N；m＝0,1,2,...,(M/2-1),n＝0,1,2,...,(N/2-1)；

表示向下取整运算；

第三步，保持参考像素不变，根据公式(2)计算预测像素的预测误差：

其中，i≠1,3,5,...,M；j≠1,3,5,...,N；

第四步，保持参考像素不变，所有预测误差可以被划分为3类分块结构，将其进行移位操作形成2×2大小的块，分别记为DB₁、DB₂、DB₃，并按以下排列规则对所有参考像素和分块结构进行重排：

1)逐行提取参考像素并依次排列在图像左上角1/4位置，其大小为M/2×N/2，记为RB子图；

2)依次提取DB₁并按列方向排放在图像的右上角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₁子图；

3)依次提取DB₂并按列方向排放在图像的左下角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₂子图；

4)依次提取DB₃并按列方向排放在图像的右下角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₃子图；

以上第二步、第三步和第四步为预处理过程，预处理后的图像与原始图像大小相同，RB子图清晰地保留了原始图像的所有信息，其大小为原始图像的1/4；

第五步，对于所有的DB_k(k＝1,2,3)子图，以2×2预测误差块为单位，利用公式(3)产生独立的标记位图，用于标记误差块是否可用于嵌入附加信息：

其中，DB_k(a,b)表示2×2预测误差块中的每一个误差值，当LM＝0时，表示该误差块可用于嵌入附加信息；当LM＝1时，表示该误差块不能用于嵌入附加信息，后续处理时，将误差值替换为原始像素保存；

第六步，对可嵌入附加信息的误差块，通过设置2比特的标记符记录误差区间，并按照以下规则，腾出空余空间用于隐藏附加信息，生成带有空余空间的载体图像，记为I′：

规则1：如果块内误差值都为0，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入00，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则2：如果块内误差值都为(-2,2]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入01，在每个像素的最高两位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则3：如果块内误差值都为(-4,4]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入10，在每个像素的最高三位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则4：如果块内误差值都为(-8,8]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入11，在每个像素的最高四位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

第七步，使用加密密钥K_e创建一个大小M×N的伪随机矩阵R，然后利用公式(4)进行逐位异或操作，生成包含冗余空间的密文图像E；

其中1≤i≤M，1≤j≤N，

表示逐位异或操作；

Ⅱ.信息隐藏者可以在不知道载体图像内容的情况下，直接嵌入附加信息，具体包括下列步骤：

第一步，信息隐藏者需要持有标记位图LM；

第二步，将待藏入的附加信息转换成二进制比特流；

第三步，创建一个隐藏密钥K_d，并使用此密钥对二进制比特流进行乱序加密处理；

第四步，将加密图像E划分为2×2大小的不重叠的块，并从除去参考子图外的每个块中第一个像素的最后两比特提取标记符，根据标记位图和标记符，用比特位直接替代的方法将加密后的附加信息依次嵌入预先空余的比特位中，形成载密密文图像E′；

Ⅲ.接收者获得载密密文图像E′后，可以分别进行附加信息的提取和载体图像的恢复，这两个过程是可分离的：

(1)如果接收者仅拥有隐藏密钥K_d和标记位图，那么他可以在不知道任何原始图像内容的情况下提取出嵌入的附加信息，具体步骤如下：

第一步，找出参考子图位置，将剩余像素划分为互不重叠、大小为2×2的块；

第二步，根据标记位图的指引，当标记位图为0时，提取对应块的标记符，并从相应的嵌入位置中依次提取嵌入的附加信息；

第三步，使用隐藏密钥K_d解密附加信息；

(2)如果接收者仅拥有加密密钥K_e和标记位图，那么原始图像可以被无损地重建，具体步骤如下：

第一步，找出参考子图位置，将剩余像素划分为互不重叠、大小为2×2的块；

第二步，使用加密密钥K_e对图像进行解密；

第三步，根据标记位图的指引，当标记位图为0时，提取误差值，并按照预处理中误差重排及块内移位的逆操作还原参考像素和误差值的位置；

第四步，利用参考像素和误差值，无损恢复原始图像；

(3)如果接收者同时拥有信息隐藏密钥K_d和图像加密密钥K_e，则可同时执行以上(1)、(2)过程，既可以无损恢复载体图像，又可以完全提取嵌入的附加信息。

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