一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，包括步骤：S1.图像拥有者对原始图像进行预测误差检测，得到像素的预测误差，并判断像素的预测误差是否可用选定位数的二进制补码表示，若是，则生成误差对应的二进制补码；若否，则将像素的位置记录于位图中；然后，通过补码标记以及位图嵌入的方法在原始图像中扩展出数据嵌入空间，得到标记图像；最后，对标记图像进行图像加密操作生成密文标记图像；S2.数据隐藏者接收密文标记图像，提取图像中的嵌入参数，并根据参数向数据嵌入空间藏入秘密数据，得到载密密文图像；S3.接收者接收载密密文图像，根据自身拥有的不同密钥恢复秘密数据或者重建原始图像。不同密钥恢复秘密数据或者重建原始图像。不同密钥恢复秘密数据或者重建原始图像。

【技术实现步骤摘要】
一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法


[0001]本专利技术涉及图像加密
，尤其涉及一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法。

技术介绍

[0002]随着云计算技术的快速发展，使用云端存储图像成为企业和个人的普遍选择。云计算在方便用户的同时，也造成了图像的版权争议和隐私泄漏等问题。因此，越来越多的用户选择对图像加密之后再上传到云端，以保护图像安全。但是，海量的加密图像，造成了云端检索困难与无法认证等问题。
[0003]密文域可逆数据隐藏(Reversible Data Hiding in Encrypted Image,RDHEI)结合了图像加密与可逆数据隐藏(Reversible Data Hiding,RDH)的优点，不仅在保护图像内容的同时实现了数据隐藏，而且原始图像在解密后能无损恢复。因此，RDHEI引起了越来越多的学者的注意。现阶段，研究人员提出的RDHEI方法大致可以分为两类：一类是加密后生成嵌入空间(Vacating Room after Encryption,VRAE)，另一类是加密前保留嵌入空间(Reserving Room before Encryption,RRBE)。VRAE方法采用某种特定的加密算法对原始图像进行加密，同时保留加密图像中的空间冗余，以便可以将其用于数据嵌入。而RRBE方法则是利用原始图像的空间冗余，在图像加密之前保留空间，然后再将保留的空间嵌入到加密图像中，以达到目的。
[0004]2008年，Puech等人提出了第一个VRAE方法。他们首先使用高级加密标准(Advanced Encryption Standard)方案对原始图像进行加密，将秘密数据嵌入到每个像素块中随机选择的位置。对于接收者，则通过局部标准差分析来恢复原始图像。Zhang使用异或操作对原始图像进行加密。将加密图像划分为块，并将每个块划分为两组。在每一组中，每个像素的三个最低有效位被压缩以保留空间，以容纳其他数据。在解密阶段，则通过分析块平滑度来恢复原始图像或提取秘密数据。Hong等人则通过使用边匹配技术和平滑度评估公式，改进了Zhang的方法。
[0005]2013年，Ma等人首先提出了RRBE方法，该方法通过对原始图像进行预处理，将扩展的空间保留在加密图像中，以实现秘密数据的嵌入。随后，Zhang等人提出了一种基于像素预测的加密图像信息隐藏方案，该方案通过通过修改预测误差来嵌入秘密数据。Xu和Wang设计了一种特定的加密模式来加密非样本像素的误差以扩展嵌入空间。Huang等人提出了一种新的简单有效的密文域可逆数据隐藏框架。在该框架中，原始图像通过像素的块置换和流密码加密生成加密图像，再通过传统的RDH方法嵌入秘密数据。与VRAE方法相比，RRBE利用像素间的相关性实现了更高的嵌入量。2018年，Yi等人提出了一种新的参数二叉树标记方案。在该方案中，首先通过参数和二叉树生成两组不同的二进制编码集合G1和G2。然后通过预测误差将像素分为两类。其中，G1中的编码用于标识无法嵌入数据的像素；G2中的编码则可以标识可嵌入数据的像素并且表示像素的预测误差。该方案较显著地提高了嵌入容量。然而，Yi等人的方案并没有充分利用预测误差，并且在该方案中，数据拥有者泄露了太
多的参数给数据隐藏者。为了解决这些问题，本专利技术提出一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，本专利技术在能无损恢复载体图像和秘密数据的同时，具有更高嵌入率以及更高的安全性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，本专利技术不仅可以无损恢复秘密数据和原始载体图像，还具有较高的嵌入容量和安全性。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，包括步骤：
[0009]S1.图像拥有者对原始图像进行预测误差检测，得到像素的预测误差，并判断像素的预测误差是否可用选定位数的二进制补码表示，若是，则生成误差对应的二进制补码；若否，则将像素的位置记录于位图中；然后，通过补码标记以及位图嵌入的方法在原始图像中扩展出数据嵌入空间，得到标记图像；最后，对标记图像进行图像加密操作得到密文标记图像；
[0010]S2.数据隐藏者接收密文标记图像，提取图像中的嵌入参数，并根据参数向数据嵌入空间藏入秘密数据，得到载密密文图像；
[0011]S3.接收者接收载密密文图像，根据自身拥有的不同密钥恢复秘密数据或者重建原始图像。
[0012]进一步的，所述步骤S1中对原始图像进行预测误差检测，具体为：
[0013]图像拥有者根据像素预测算法，例如中值边缘预测器，计算原始图像的每个像素原值p(i,j)的预测值px(i,j)，其中第一行与第一列的像素作为参考像素；然后，通过像素原值p(i,j)和预测值px(i,j)计算像素的预测误差d(i,j)。
[0014]计算像素的预测误差d(i,j)表示为：
[0015]d(i,j)＝px(i,j)-p(i,j),(1≤i<x,1≤j<y)
[0016]其中，x
×
y表示原始图像的大小；参考像素对应的误差记为0。
[0017]进一步的，所述步骤S1中生成预测误差对应的二进制补码具体为：
[0018]设置补码参数α(1≤α≤7)，得到α位二进制补码集合C
α
和补码集合C
α
能表示的有符号数的区间[d-,d
+
]∈D
α
，其中d-,d
+
表示最小和最大的有符号数；根据D
α
，将除参考像素外的像素分为两类，G1表示预测误差d(i,j)属于D
α
的像素；G2表示预测误差d(i,j)超出区间的像素。
[0019]进一步的，所述步骤S1中将像素的类别记录于位图中，其中位图的生成方式具体为：
[0020]生成一个大小为x
×
y，初始值m(i,j)(0≤i<x,0≤j<y)全为0的位图M；再采用从左到右、从上到下的方式扫描原始图像；对于第i行第j列的像素，若像素属于G2，则将m(i,j)设置为1。
[0021]进一步的，所述步骤S1中补码标记具体为：
[0022]采用从上到下、从左到右的方式逐个读取原始图像中除参考像素外的像素，若像素属于G1，将像素的预测误差转换为α位二进制补码，再通过最低有效位替代的方式将补码
写入到像素中；若像素属于G2，则保持像素不变。最后，得到标记图像，I
c
。
[0023]进一步的，所述步骤S1中位图嵌入的方法具体包括：
[0024]A1.使用压缩方法，例如游程编码，对位图进行压缩，得到一个长度为L
M
的比特序列B
M
；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括步骤：S1.图像拥有者对原始图像进行预测误差检测，得到像素的预测误差，并判断像素的预测误差是否可用选定位数的二进制补码表示，若是，则生成误差对应的二进制补码；若否，则将像素的位置记录于位图中；然后，通过补码标记以及位图嵌入的方法在原始图像中扩展出数据嵌入空间，得到标记图像；最后，对标记图像进行图像加密操作得到密文标记图像；S2.数据隐藏者接收密文标记图像，提取图像中的嵌入参数，并根据参数向数据嵌入空间藏入秘密数据，得到载密密文图像；S3.接收者接收载密密文图像，并根据自身拥有的不同密钥恢复秘密数据或者重建原始图像。2.根据权利要求1所述的一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述步骤S1中对原始图像进行预测误差检测，具体为：图像拥有者根据像素预测算法，计算原始图像的每个像素原值p(i,j)的预测值px(i,j)，其中第一行与第一列的像素作为参考像素；然后，通过像素原值p(i,j)和预测值px(i,j)计算像素的预测误差d(i,j)；计算像素的预测误差d(i,j)表示为：d(i,j)＝px(i,j)-p(i,j),(1≤i<x,1≤j<y)其中，x
×
y表示原始图像的大小；参考像素对应的误差记为0。3.根据权利要求2所述的一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述步骤S1中生成预测误差对应的二进制补码具体为：设置二进制补码参数α(1≤α≤7)，并得到α位二进制补码集合C
α
和补码集合C
α
能表示的有符号数的区间[d-,d
+
]∈D
α
，其中d-,d
+
表示最小和最大的有符号数；根据D
α
将除参考像素外的像素分为两类：G1表示预测误差d(i,j)属于D
α
的像素；G2表示预测误差d(i,j)超出区间的像素。4.根据权利要求3所述的一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述步骤S1中将该像素的位置记录于位图中，其中位图的生成方式具体为：生成一个大小为x
×
y，初始值m(i,j)(0≤i<x,0≤j<y)全为0的位图M；采用从左到右、从上到下的方式扫描原始图像，对于第i行第j列的像素，若像素属于G2，则将m(i,j)设置为1。5.根据权利要求4所述的一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述步骤S1中补码标记具体为：采用从上到下、从左到右的方式逐个读取原始图像中除参考像素外的像素，若像素属于G1，则将像素的预测误差转换为α位二进制补码，再通过最低有效位替代的方式将二进制补码写入到像素中；若读取到的像素属于G2，则保持读取的像素不变；最后，得到标记图像，I
c
。6.根据权利要求5所述的一种基于补码标记与位图嵌入的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述步骤S1中位图嵌入的方法具体包括：A1.使用压缩方法，例如游程编码，对位图进行压缩，得到一个长度为L
M
的比特序列B
M
；A2.提取所有G2的(8-α)位最高有效位，得到长度为L
G
的比特序列B
G
；
A3.在图像的参考像素中，使用固定长度的比特作为参数区域保存补码参数α，位置参数P
B
以及长度参数L
M
，其中P
B
表示序列嵌入区域结束的坐标，其初值设为(0,0)；并且将被替代的参考像素的比特保存为比特序列B
r
；A4.除参考像素外，图像拥有者按从上到下、从左到右的方式扫描图像I
c
，将B
M
、B
G
和B
r
按顺序通过最高有效位替代方式嵌入到每一个像素的高(8-α)位；序列嵌入完成后，获得序列嵌入区域最后一个像素的坐标(i,j)，并将P
B
的值更新为该(i,j)；最后，得到标记图像，I
cm
。7.根据权利要求6所述的一种基于补码标记与位图嵌入...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁理锋，王瑞，王秋华，任一支，吴国华，汪云路，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：