基于迷你数独矩阵的3维参考矩阵信息隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于迷你数独矩阵的3维参考矩阵的信息隐藏方法。首先，构建3D Cubic参考矩阵模型；其次，根据差值表、秘密信息值以及像素值特征在外部隐藏层中分轴进行定址修改，藏入秘密信息，并获得对应的空间搜索区域；之后，在对应的空间搜索区域内定值修改，在内部隐藏层中再藏入秘密信息；最后，将像素组的值依据内外隐藏层编码坐标进行修改，得到嵌入秘密信息的隐秘图像。实验结果表明，本发明专利技术不仅能够实现较好的图像质量和较高的嵌入容量，而且具有非常可观的嵌入效率，能够实现实时嵌入。除此之外，根据本发明专利技术提出的算法，仍可以将3维的参考矩阵推导为N维的参考矩阵，且仍保证信息嵌入的时间效率。

【技术实现步骤摘要】
基于迷你数独矩阵的3维参考矩阵信息隐藏方法
本专利技术属于参考矩阵信息隐藏领域，具体涉及一种基于迷你数独矩阵的3维参考矩阵的信息隐藏方法。
技术介绍
在互联网时代，大量的数字信息通过开放的网络进行传输，所以如何保证信息的安全性已经成为全球探讨的问题。信息隐藏是一种在图像中隐藏秘密数据的技术，能够有效防止秘密数据被恶意攻击者截获。如今，在信息隐藏领域有两种典型的方案可以提高信息在传输过程中安全性。其中一种方法是通过诸如非对称加密算法(RSA)和数据加密标准(DES)之类的加密算法对数据进行加密的，但是这种加密方法会形成没有规律性的图片，非常容易引起恶意攻击者的注意。相比之下，另一种方法将秘密数据隐藏在图像当中，这种方法不会造成图片过度失真，因此不容易被恶意攻击者检测到秘密数据，因此可以有效地防止秘密数据被恶意拦截和恶意篡改。所以，这种方法引起了越来越多研究学者的关注。现阶段，信息隐藏的研究主要涉及三个域：频率域、压缩域和空间域。由于空间域相对直观的性质，因此越来越多的人致力于空间域中的信息隐藏研究。在众多基于空间域的信息隐藏方法中，使用参考矩阵作为修改像素的依据的方案可以实现低失真和高嵌入能力。2006年，Zhang和Wang首次提出的利用修改方向(EMD)的方案。后来，Kim等人提出了一种称为EMD-2的数据隐藏方法，这个方法可以修改一个单元中最多两个像素的值。与EMD方案相比，该方案可以在保证图像质量的同时，进一步提高嵌入能力。2008年，Chang等人提出了一种以传统的数独模型作为参考矩阵，进行信息隐藏，这种方法能够大大的提高了隐藏能力。2019年，He等人提出了一种基于迷你数独矩阵的秘密信息隐藏方法，在进一步提升藏量的基础上，也提升了图像质量。
技术实现思路
在综合考虑嵌入容量、图像质量和嵌入效率等因素后，本专利技术提出一种基于迷你数独矩阵的3维参考矩阵Cubic的信息隐藏算法。首先，构建3DCubic参考矩阵模型；其次，根据差值表、秘密信息值以及像素值特征在外部隐藏层中分轴进行定址修改，藏入秘密信息，并获得对应的空间搜索区域；之后，在对应的空间搜索区域内定值修改，在内部隐藏层中再藏入秘密信息；最后，将像素组的值依据内外隐藏层编码坐标进行修改，得到嵌入秘密信息的隐秘图像。本专利技术具体采用的技术方案如下：一种基于迷你数独矩阵的3维参考矩阵信息隐藏方法，其步骤如下：S1：构建3DCubic参考矩阵，所述的3DCubic参考矩阵同时符合以下特征：1)Cubic参考矩阵为256×256×256大小的空间矩阵；2)Cubic矩阵中包含128×128×128个2×2×2的立方体；3)每个2×2×2的立方体称为内部隐藏层m，其包含8个1×1×1的子立方体，用0到7这8个十进制数字对这8个子立方体进行编码，每个数字在同一个内部隐藏层中仅出现一次；4)每8个2×2×2的立方体称为外部隐藏层Tm，用0到7这8个十进制数字对这8个立方体进行编码，每个数字在同一个外部隐藏层中仅使用一次；S2：将用于秘密信息藏入的原始图像Cover完全分割为不重叠的像素组，每组像素值中含有三个连续像素Pi，Pi+1，Pi+2，并将像素组的值作为空间坐标(Pi，Pi+1，Pi+2)；S3：将待藏入的秘密信息流ST以六位为单位，分割成若干子秘密信息流Sr＝{Si，Si+1，…，Si+5}，并计算得到So＝20×Si+21×Si+1+22×Si+2和St＝22×Si+3+21×Si+4+20×Si+5；S4：针对一组像素组的空间坐标(Pi，Pi+1，Pi+2)，在Cubic矩阵中定位对应的内部层元素值m(Pi，Pi+1，Pi+2)和外部层元素值Tm(Pi，Pi+1，Pi+2)，其中m(Pi，Pi+1，Pi+2)为Cubic参考矩阵中空间坐标(Pi，Pi+1，Pi+2)处的子立方体上的编码值，Tm(Pi，Pi+1，Pi+2)为Cubic参考矩阵中空间坐标(Pi，Pi+1，Pi+2)处的子立方体所属的2×2×2立方体的编码值；S5：按照S51～S53，根据差值表D、秘密信息值以及像素值特征，分轴进行定址修改，在矩阵的外部隐藏层Tm中藏入秘密数据，并确定空间搜寻区域：S51：预设3DCubic参考矩阵的差值表，差值表D为2×4的表格，第一行的四个表格值依次为0、-1、-2、1，第二行的四个表格值依次为-2、1、0、-1；其中W＝mod(P，4)，P代表像素值；S52：对于像素组(Pi，Pi+1，Pi+2)中的任一像素Pk，以S代表需藏入像素Pk的一位秘密信息，根据差值表、秘密信息的值及W值，用定址修改的方法计算出在外部隐藏层中藏入秘密信息后的坐标位置(P′i，P′i+1，P′i+2)，其中计算公式为：P′k＝Pk+D(S+1，W+1)式中：k∈(i，i+1，i+2)，D(S+1，W+1)表示差值表D中第S+1行第W+1列的表格值；S53：根据差值表、W值、像素组中每个像素特性以及对应藏入的秘密信息的值，通过等式(2)即可计算出对应方向上像素Pk的搜寻区域为G(Pk)＝[Pk′，Pk′+1]，得到三维空间中对应的搜寻区域为A＝RM(P′i：P′i+1，P′i+1：P′i+1+1，P′i+2：P′i+2+1)；其中G(Pk)的取值形式为：S6：根据待藏入的秘密信息流Sr以及确定的搜寻区域，在搜索区域A＝RM(P′i：P′i+1，P′i+1：P′i+1+1，P′i+2：P′i+2+1)内寻找出满足Tm(P″i，P″i+1，P″i+2)＝So和m(P″i，P″i+1，P″i+2)＝St条件的坐标(P″i，P″i+1，P″i+2)，再将像素组(Pi，Pi+1，Pi+2)修改为(P″i，P″i+1，P″i+2)；S7：针对秘密信息流ST中的每一段子秘密信息流Sr，重复S5和S6，直到将所有秘密信息流嵌入原始图像Cover中不同的像素组中，得到嵌入秘密信息的隐秘图像Stego，用于发送至接收端。基于上述技术方案，各步骤可以采用如下优选方式实现。各优选方式若无冲突均可进行相互组合，不构成限制。优选的，所述的3DCubic参考矩阵中，内部隐藏层m内的8个子立方体用0到7进行随机编码，不同内部隐藏层m内同一位置的子立方体编码值允许不同。优选的，所述的3DCubic参考矩阵中，外部隐藏层Tm内的8个立方体用0到7进行固定编码，不同外部隐藏层Tm内同一位置的立方体编码值相同。优选的，所述的差值表D中，第一行的四个表格值分别代表S＝0且W＝0、S＝0且W＝1、S＝0且W＝3、S＝0且W＝3时的取值，第二行的四个表格值分别代表S＝1且W＝0、S＝1且W＝1、S＝1且W＝3、S＝1且W＝3时的取值。优选的，所述的接收端收到发送端发送的隐秘图像Stego后，将隐秘图像Stego完全分割为不重叠的像素组，每组像素值中含有三个连续像素P′i，P′i+1，P′i+2，以像素组作为空间坐标，在Cubic矩阵中获取对应的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于迷你数独矩阵的3维参考矩阵信息隐藏方法，其特征在于，步骤如下：/nS1：构建3D Cubic参考矩阵，所述的3D Cubic参考矩阵同时符合以下特征：/n1)Cubic参考矩阵为256×256×256大小的空间矩阵；/n2)Cubic矩阵中包含128×128×128个2×2×2的立方体；/n3)每个2×2×2的立方体称为内部隐藏层m，其包含8个1×1×1的子立方体，用0到7这8个十进制数字对这8个子立方体进行编码，每个数字在同一个内部隐藏层中仅出现一次；/n4)每8个2×2×2的立方体称为外部隐藏层T

【技术特征摘要】
1.一种基于迷你数独矩阵的3维参考矩阵信息隐藏方法，其特征在于，步骤如下：
S1：构建3DCubic参考矩阵，所述的3DCubic参考矩阵同时符合以下特征：
1)Cubic参考矩阵为256×256×256大小的空间矩阵；
2)Cubic矩阵中包含128×128×128个2×2×2的立方体；
3)每个2×2×2的立方体称为内部隐藏层m，其包含8个1×1×1的子立方体，用0到7这8个十进制数字对这8个子立方体进行编码，每个数字在同一个内部隐藏层中仅出现一次；
4)每8个2×2×2的立方体称为外部隐藏层Tm，用0到7这8个十进制数字对这8个立方体进行编码，每个数字在同一个外部隐藏层中仅使用一次；
S2：将用于秘密信息藏入的原始图像Cover完全分割为不重叠的像素组，每组像素值中含有三个连续像素Pi，Pi+1，Pi+2，并将像素组的值作为空间坐标(Pi，Pi+1，Pi+2)；
S3：将待藏入的秘密信息流ST以六位为单位，分割成若干子秘密信息流Sr＝{Si，Si+1，…，Si+5}，并计算得到So＝20×Si+21×Si+1+22×Si+2和St＝22×Si+3+21×Si+4+20×Si+5；
S4：针对一组像素组的空间坐标(Pi，Pi+1，Pi+2)，在Cubic矩阵中定位对应的内部层元素值m(Pi，Pi+1，Pi+2)和外部层元素值Tm(Pi，Pi+1，Pi+2)，其中m(Pi，Pi+1，Pi+2)为Cubic参考矩阵中空间坐标(Pi，Pi+1，Pi+2)处的子立方体上的编码值，Tm(Pi，Pi+1，Pi+2)为Cubic参考矩阵中空间坐标(Pi，Pi+1，Pi+2)处的子立方体所属的2×2×2立方体的编码值；
S5：按照S51～S53，根据差值表D、秘密信息值以及像素值特征，分轴进行定址修改，在矩阵的外部隐藏层Tm中藏入秘密数据，并确定空间搜寻区域：
S51：预设3DCubic参考矩阵的差值表，差值表D为2×4的表格，第一行的四个表格值依次为0、-1、-2、1，第二行的四个表格值依次为-2、1、0、-1；其中W＝mod(P，4)，P代表像素值；
S52：对于像素组(Pi，Pi+1，Pi+2)中的任一像素Pk，以S代表需藏入像素Pk的一位秘密信息，根据差值表、秘密信息的值及W值，用定址修改的方法计算出在外部隐藏层中藏入秘密信息后的坐标位置(P′i，P′i+1，P′i+2)，其中计算公式为：
P′k＝Pk+D(S+1，W+1)
式中：k∈(i，i+1，i+2)，D(S+1，W+1)表示差值表D中第S+1行第W+1列的表格值；
S53：根据差值表、W值、像素组中每个像素特性以及对应藏入的秘密信息的值，通过等式(2)即可计算出对应方向上像素Pk的搜寻区域为G(Pk)＝[Pk′，Pk′+1]，得到三维空间中对应的搜寻区域为A＝RM(P′i：P′i+1，P′i+1：P′i+1+1，P′i+2：P′i+2...

【专利技术属性】
技术研发人员：许舒颖，张真诚，刘燕君，洪集辉，袁文强，李黎，
申请(专利权)人：绍兴图信科技有限公司，杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33