一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法，属于信息隐藏和图像加密领域，本发明专利技术方法首先使用提出的混沌系统生成位置序列，加密序列和置乱序列；然后对图像进行整数小波变换得到四个分量，根据位置序列将数据隐藏在对角线分量中，通过加密序列对近似分量进行加密，最后使用置乱序列对所有分量进行位置置乱；加密过程中，通过研究整数小波的重构过程，提出了一种基于整数小波变换的图像加密方法，主要解决了加密后的小波分量在重构时出现像素溢出的问题；仿真实验结果表明，该方案具有更好的性能，包括更高的嵌入率，秘密图像更加安全，解密和提取图像的视觉质量以及抗攻击性能，具有实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法
本专利技术属于信息隐藏和图像加密领域，具体涉及一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法。
技术介绍
可逆信息隐藏重在可逆性，它在保护信息秘密性的同时，保证了提取的数据以及提取后的图像是无损的。同时在日益增长的信息安全需求下，针对在保密通信、医疗信息传送等领域日益增长的数字安全需求。混沌系统生成的序列具有较好的随机分布性，用其对图像进行加密确保了加密图像中隐藏信息的安全性。在小波域的加密方法能够提高方案的不可预测性，使密文图像不容易被破解。可逆信息隐藏的性质在一些特殊领域，如保密通信、医疗信息传送等有重要作用。这样的信息一旦受损将可能造成不可挽回的损失。文献“W.H.Alshoura，Z.Zainol，J.S.Teh，andM.Alawida，ANewChaoticImageWatermarkingSchemeBasedonSVDandIWT”(IEEEAccess，vol.8，pp.43391-43406，2020)结合了IWT和混沌系统提出了信息隐藏方案，该方案主要研究并解决了基于奇异值分解的假阳性问题。但其有效载荷较低，并且应对常见非几何攻击的鲁棒性较差。文献“S.YiandY.C.Zhou，Binary-blockembeddingforreversibledatahidinginencryptedimages”(SignalProcessing，Articlevol.133，pp.40-51，Apr2017)提出了一种基于二值嵌入方法的加密图像可逆信息隐藏算法，该方案最大载荷较高，信息嵌入方法的视觉效果较好，但嵌入较大信息时的有效载荷峰值信噪比并不高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法，设计合理，克服了现有技术的不足，信息容量大，加密性能良好，具有良好的效果。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法，包括密钥产生步骤、信息隐藏步骤、图像加密步骤以及信息提取和图像恢复步骤；其中，密钥产生步骤如下：步骤S11：若将大小为m×n的秘密信息w隐藏到大小为M×N的图像I中，密钥K0由四个部分组成：{z0，s，d，RSl}，z0是混沌系统的初始值；s和d是用于在隐藏和加密过程中抽取序列的参数；RSl(l＝1，2，…，m×n)是一个恢复序列，可确保可以提取机密数据并完全恢复原始图像，将在信息隐藏步骤中产生；步骤S12：提出一种混沌系统，其定义如公式(3)：zk+1＝sin(πzk-μzk(1+zk))，k＝0，1，2…(1)；其中，μ∈(4，11]。混沌系统初始值z0根据图像信息得到，其计算公式如式(2)所示：其中mod(*，*)表示两数的取余运算，rf为横向像素差之和，cf为纵向像素差之和，计算过程如公式(3)：步骤S13：根据公式(3)和(4)，计算抽选序列时的参数s，d：其中表示向上取整。信息隐藏步骤如下：步骤S21：将原图像进行整数小波变换，得到大小分别为的四个小波分量，分别为LLi，j，LHi，j，HLi，j，HHi，j；步骤S22：根据公式(5)，通过密钥中的s，d，从混沌系统zk中抽取出长度为m×n的位置序列，记为Ai：Al＝1-2zls+d，l＝1，2，…，m×n(5)；步骤S23：根据公式(6)，对抽选的序列Ai进行归一化和整数化，得到位置序列norAl；其中，max(*)，min(*)表示求序列的最大和最小值的运算；通过归一化和整数化后，序列norAl∈[1，M×N]；步骤S24：依次扫描norAl中所有元素，每个元素代表了小波分量中的位置，根据公式(7)可以分解为横坐标i和纵坐标j：步骤S25：将位置序列中对应的HHi，j的最低位并保存到密钥文件中，即恢复序列RS，如公式(8)：RSl＝mod(HHi，j，2)，l＝1，2，…，m×n(8)；步骤S26：将秘密信息隐藏到HHi，j的最低位得到HH′i，j；图像加密步骤如下：步骤S31：将四个小波分量LLi，j，LHi，j，HLi，j，HH′i，j分别转化为一维序列步骤S32：根据公式(9)，从根据密钥中的d，s，从混沌系统zk中抽选长度为的序列，记为Bl：步骤S33：根据公式(10)，对抽选的序列Bl进行归一化和整数化，得到位置序列norBl：步骤S34：计算出最小值序列Minl和最大值序列Maxl，根据公式(11)对LL进行加密并限制，得到加密值LL′l：LL′l＝mod(LLl+norBl，Maxl-Minl)+Minl(11)；步骤S35：根据公式(12)，将norBl按从小到大的顺序排序，得到一个新的序列Bs和位置序列Indexl：[Bsl，Indexl]＝sort(norBl)(12)；其中sort(*)表示对序列进行排序，Bsl为排序后的序列，Indexl表示Bsl中元素在原序列中的位置；步骤S36：利用位置序列Indexl，根据公式(13)，对一维序列LL′l，LHl，HLl，HH′l进行位置置乱，得到置乱后的四个分量序列LL″l，LH′l，HL′l，HH″l；步骤S37：将得到的四个加密分量序列分别转化为矩阵，得到加密后的四个分量LL″i，jij，LH′i，j，HL′i，j，HH″i，j；；步骤S38：将加密后的四个分量进行整数小波重构，得到加密后的密文图像C；信息提取和图像恢复步骤如下：步骤S41：对密文图像C进行整数小波变换，得到四个分量，并转换为一维序列LL″l，LH′l，HL′l，HH″l；步骤S42：根据密钥文件，生成混沌序列，并根据公式(9)生成解密序列Bl，且根据公式(10)进行归一化和整数化的到norBl；步骤S43：根据公式(12)，将归一化的序列norBl按照从小到大的顺序排序，得到用来解密的位置序列Indexl；步骤S44：利用位置序列Indexl，根据公式(14)，对一维序列LL″l，LH′l，HL′l，HH″l进行位置恢复，得到LL′l，LHl，HLl，HH′l：步骤S45：计算出最小值序列Minl和最大值序列Maxi，根据公式(15)，对LL′l进行解密，得到解密值LLl：LLl＝mod(LL′l-norBl-Mini，Maxl-Minl)(15)；对于LLl＜Minl的元素，根据公式(16)，进行再次修正：LLl＝LLl+Maxl-Minl，whileLLl＜Minl(16)；步骤S46：根据公式(9)从混沌系统得到的序列中抽选长度为m×n的序列Ai，并根据公式(10)对其进行归一化和整数化，得到位置序列norAl：步骤S47：根据公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法，其特征在于：包括密钥产生步骤、信息隐藏步骤、图像加密步骤以及信息提取和图像恢复步骤；/n其中，密钥产生步骤如下：/n步骤S11：将大小为m×n的秘密信息w隐藏到大小为M×N的图像I中，密钥K

【技术特征摘要】
1.一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法，其特征在于：包括密钥产生步骤、信息隐藏步骤、图像加密步骤以及信息提取和图像恢复步骤；
其中，密钥产生步骤如下：
步骤S11：将大小为m×n的秘密信息w隐藏到大小为M×N的图像I中，密钥K0由四个部分组成：{z0，s，d，RSl}，z0是混沌系统的初始值；s和d是用于在隐藏和加密过程中抽取序列的参数；RSl(l＝1，2，…，m×n)是一个恢复序列，能够提取机密数据并完全恢复原始图像，将在信息隐藏步骤中产生；
步骤S12：提出一种混沌系统，其定义如公式(1)：
zk+1＝sin(πzk-μzk(1+zk))，k＝0，1，2…(1)；
其中，μ∈(4，11]；混沌系统初始值z0根据图像信息得到，其计算公式如式(2)所示：



其中mod(*，*)表示两数的取余运算，rf为横向像素差之和，cf为纵向像素差之和，计算过程如公式(3)：



步骤S13：根据公式(3)和(4)，计算抽选序列时的参数s，d：



其中表示向上取整；
信息隐藏步骤如下：
步骤S21：将原图像进行整数小波变换，得到大小分别为的四个小波分量，分别为LLi，j，LHi，j，HLi，j，HHi，j；
步骤S22：根据公式(5)，通过密钥中的s，d，从混沌系统zk中抽取出长度为m×n的位置序列，记为Ai：
Al＝1-2zls+d，l＝1，2，…，m×n(5)；
步骤S23：根据公式(6)，对抽选的序列Ai进行归一化和整数化，得到位置序列norAl；



其中，max(*)，min(*)表示求序列的最大和最小值的运算；通过归一化和整数化后，序列norAl∈[1，M×N]；
步骤S24：依次扫描norAl中所有元素，每个元素代表了小波分量中的位置，根据公式(7)可以分解为横坐标i和纵坐标j：



步骤S25：将位置序列中对应的HHi，j的最低位并保存到密钥文件中，即恢复序列RS，如公式(8)：
RSl＝mod(HHi，j，2)，l＝1，2，…，m×n(8)；
步骤S26：将秘密信息隐藏到HHi，j的最低位得到HH′i，j；
图像加密步骤如下：
步骤S31：将四个小波分量LLi，j，LHi，j，HLi，j，HH′l，j分别转化为一维序列LLl，LHl，HLl，HH′l，l＝1，2，…，
步骤S32：根据公式(9)，从根据密钥中的d，s，从混沌系统zk中抽选长度为的序列，记为Bl：



步骤S33：根据公式(10)，对抽选的序列Bl进行归一化和整数化，得到位置序列norBl：



步骤S34：计算出最小值序列Minl和最大值序列Maxl，根据公式(11)对LL进行加密并限制，得到加密值LL′l：
LL′l＝mod(LLl+norBl，Maxl-Minl)+Minl(11)；
步骤S35：根据公式(12)，将norBl按从小到大的顺序排序，得到一个新的序列Bs和位置序列Indexl：
[Bsl，Indexl]＝sort(norBl)(12)；
其中sort(*)表示对序列进行排序，Bsl为排序后的序列，Indexl表示Bsl中元素在原序列中的位置；
步骤S36：利用位置序列Indexl，根据公式(13)，对一维序列LL′l，LHl，HLl，HH′l进行位置置乱，得到置乱后的四个分量序列LL″l，LH′l，HL′l，HH″l；



步骤S37：将得到的四个加密分量序列分别转化为矩阵，得到加密后的四个分量LL″i，j，LH′i，j，HL′i，j，HH″i，j；；
步骤S38：将加密后的四个分量进行整数小波重构，得到加密后的密文图像C；
信息提取和图像恢复步骤如下：
步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘连山，孟令壮，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37