基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法技术

本发明专利技术涉及信息隐藏技术领域，尤其涉及基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法。基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，包括：确定修改区域；设计相应的失真函数；利用纠错编码对待嵌入消息进行编码；利用鲁棒隐写嵌入纠错编码；进行JPEG压缩；利用隐写的译码得到含错的信息流，并使用纠错编码的译码进行纠错；得到原始嵌入的消息。本发明专利技术能够在更大范围中抵抗不同质量因子的JPEG压缩攻击，且能以高概率保证嵌入消息能被完整地提取出来，同时，承载相同秘密消息的情况下，本发明专利技术具有更强的抗检测性。

Robust steganography for JPEG images based on the relative relationship between serial concatenated codes and DCT coefficients

The invention relates to the field of information hiding technology, in particular to a robust steganography method for JPEG images based on the relative relationship between serial concatenated codes and DCT coefficients. Robust steganography for JPEG images based on the relative relationship between serial concatenated codes and DCT coefficients includes: determining the modification area; designing the corresponding distortion function; encoding embedded messages with error-correcting codes; embedding error-correcting codes with robust steganography; JPEG compression; obtaining error-containing information streams with steganography decoding and error-correcting codes; The original embedded message. The invention can resist JPEG compression attacks of different quality factors in a wider range, and can guarantee that the embedded message can be extracted completely with high probability. At the same time, the invention has stronger detection resistance under the condition of carrying the same secret message.

【技术实现步骤摘要】
基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法
本专利技术涉及信息隐藏
，尤其涉及基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法。
技术介绍
隐写术是一种利用公开载体构建隐蔽通讯信道的技术。近些年，随着移动通讯技术的发展，越来越多的数字载体通过智能移动终端进行接送，然而由于带宽、资费、流量等限制，终端往往会对在这类信道传输的载体进行有损压缩，从而导致经典的隐写术在这类情况下无法正确的提取嵌入消息。因此，研究能在这类信道中完整的提取嵌入消息，且较鲁棒水印算法具有更强抗隐写检测性的隐写算法，具有很高的实用价值。已有的鲁棒隐写算法DCRAS(DCTCoefficientRelationshipBasedAdaptiveSteganography)比传统的JPEG自适应隐写算法在抵抗JPEG压缩的性能上有很大提升，且较鲁棒水印算法具有更强的抗检测性。但是该算法在抵抗JPEG压缩时，在JPEG压缩攻击的质量因子与载体图像质量因子不同时，秘密消息难以完全正确提取出来，这种情况下，提取出的消息存在1％左右的错误，从而导致一些实际应用中的问题，研究如何降低此错误率，保证消息能够高概率的完全正确提取出，同时提高其安全性，即抗检测性，是目前鲁棒隐写需要解决的问题。
技术实现思路
针对上述鲁棒隐写需要解决的问题，本专利技术提出基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，提高了嵌入消息的正确提取率和安全性。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，包括以下步骤：步骤1：确定修改区域；步骤2：设计相应的失真函数；步骤3：利用纠错编码对待嵌入消息进行编码；步骤4：利用鲁棒隐写嵌入纠错编码；步骤5：进行JPEG压缩；步骤6：利用隐写的译码得到含错的信息流，并使用纠错编码的译码进行纠错；步骤7：得到原始嵌入的消息。优选地，所述步骤1包括：步骤1.1：对JPEG图像进行解码，得到DCT系数的分块；步骤1.2：将DCT系数的分块对应到虚拟隐写载体的元素上；步骤1.3：建立鲁棒信道。优选地，所述步骤2指为虚拟隐写载体的元素设计相应的失真函数。优选地，所述纠错编码为串行级联码，所述串行级联码由外码和内码两部分组成。优选地，编码时，串行级联码按照先编外码再编内码的顺序进行；译码时，按照和编码时的反向顺序进行。优选地，在设计串行级联码时所述外码使用卷积码且所述内码使用RS编码。优选地，所述步骤3包括：步骤3.1：使用码率为2/3的(3,2,5)卷积码对待嵌入消息进行外编码，得到外码码字，并对输出的外码码字进行打孔；步骤3.2：对打孔后的外码码字进行交织操作；步骤3.3：使用码率为3/4的(200,150,8)RS编码对交织操作后的外码码字进行内编码。优选地，卷积码的译码为维特比译码算法，且码深度为25。优选地，RS编码的译码为最小距离译码，且码深度为25。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术提出针对鲁棒隐写的新的纠错编码，该编码由卷积码和RS编码两部分组成，其中卷积码为外码，RS编码为内码，内、外码中间利用交织器进行级联，并设定适合的编码参数，利用此编码改进后的鲁棒隐写算法能够在更大范围中抵抗不同质量因子的JPEG压缩攻击。本专利技术针对如何进一步提高鲁棒隐写算法抗压缩性和抗检测性的问题，在鲁棒隐写算法的基础上提出基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，通过设计串行级联码，利用卷积码和RS编码的特点，并结合打孔技术，提出一种适用于鲁棒隐写的高纠错能力、高码率的串行级联码，并在它的基础上对鲁棒隐写算法进行了改进，本专利技术能以高概率保证嵌入消息能被完整地提取出来，同时，承载相同秘密消息的情况下，本专利技术提出的方法具有更强的抗检测性。附图说明图1为本专利技术基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法的基本流程示意图之一。图2为本专利技术基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法的基本流程示意图之二。图3为本专利技术基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法的串行级联码的构造示意图。图4为本专利技术基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法的卷积码的结构示意图。具体实施方式为了便于理解，对本专利技术的具体实施方式中出现的部分名词作以下解释说明：RS编码：是IrvingS.Reed和GustaveSolomon提出的一类基于有限域上一元多项式的线性分组编码。下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步的解释说明：实施例一：如图1所示，本专利技术的一种基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，包括以下步骤：步骤S101：确定修改区域；步骤S102：设计相应的失真函数；步骤S103：利用纠错编码对待嵌入消息进行编码；步骤S104：利用隐写嵌入纠错编码；步骤S105：进行JPEG压缩；步骤S106：利用纠错编码的译码得到含错的信息流，并进行纠错；步骤S107：得到原始嵌入的消息。实施例二：如图2所示，本专利技术的另一种基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，包括以下步骤：步骤S201：确定修改区域，包括：步骤S2011：对JPEG图像I进行解码，得到一系列量化取整后DCT系数D的8×8分块Dk＝{Dk(i),i＝1,2,...,64}，其中，k＝1,2,...,B，B为图像8×8分块的总块数，Dk(i)表示第k个量化DCT分块中第i个系数；步骤S2012：利用DCT系数Dk(i)与相邻分块相同块内位置DCT系数均值的相对关系，将4个相邻DCT系数对应到一个长度为l1的虚拟隐写载体上的元素xj上，1≤j≤l1，满足：步骤S2013：建立鲁棒信道：在X作为载体的基础上建立鲁棒信道，即确定如何将X嵌入消息后得到的载密映射到原载体{Dk}1≤k≤B上：确定式(2)中σki的值，设且T1,T2为给定的阈值且T1<T2，则参数σki由下式确定：其中，T1＝15,T2＝30，得到嵌入0时的参数集和嵌入1时的参数集步骤S202：为虚拟隐写载体的元素设计相应的失真函数：将抗检测性能较强的J-UNIWARD算法失真函数与提出的鲁棒信道结合，且预先知道所遭受JPEG压缩攻击的质量因子qf，可以将载体图像IMG使用质量因子为qf的JPEG压缩进行一次压缩，压缩后得到其图像DCT系数的8×8分块和邻域均值利用这个预处理得到的和设计出X上的失真函数DFR(xj,yj)：其中，和分别为DCT系数Dk(i)在嵌入消息后修改幅度为1和2的J-UNIWARD失真值且wet_cost表示湿点失真值，通常设为较大值，令STC编码在进行嵌入时尽可能不修改该点。之后便可使用式(4)所定义的失真函数在鲁棒载体X上利用STC编码嵌入秘密消息得到载密对象Y，并利用式(2)对载体进行实际的修改，从而得到嵌入秘密消息后能抵抗JPEG压缩的载密载体。步骤S203：利用纠错编码对待嵌入消息进行编码，所述纠错编码为串行级联码，所述串行级联码由外码和内码两部分组成；串行级联码的基本构造如图3所示，其中，编码时，串行级联码按照先编外码再编内码的顺序进行；译码时，按照和编码时的反向顺序进行；步骤S20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定修改区域；步骤2：设计相应的失真函数；步骤3：利用纠错编码对待嵌入消息进行编码；步骤4：利用鲁棒隐写嵌入纠错编码；步骤5：进行JPEG压缩；步骤6：利用隐写的译码得到含错的信息流，并使用纠错编码的译码进行纠错；步骤7：得到原始嵌入的消息。

【技术特征摘要】
2017.12.12 CN 201711317539X1.基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定修改区域；步骤2：设计相应的失真函数；步骤3：利用纠错编码对待嵌入消息进行编码；步骤4：利用鲁棒隐写嵌入纠错编码；步骤5：进行JPEG压缩；步骤6：利用隐写的译码得到含错的信息流，并使用纠错编码的译码进行纠错；步骤7：得到原始嵌入的消息。2.根据权利要求1所述的基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤1.1：对JPEG图像进行解码，得到DCT系数的分块；步骤1.2：将DCT系数的分块对应到虚拟隐写载体的元素上；步骤1.3：建立鲁棒信道。3.根据权利要求1所述的基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，其特征在于，所述步骤2指为虚拟隐写载体的元素设计相应的失真函数。4.根据权利要求1所述的基于串行级联码和DCT系数相对关系的JPEG图像鲁棒隐写方法，其特征在于，所述纠错编码为串行级联码，所述串行级联码由外码和内码两部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗向阳，包震坤，张祎，杨春芳，刘粉林，王道顺，王平，甘军军，张月，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41