一种基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法。该方法基于菱形预测方法对目标像素进行预测，然后根据预测值从小到大的顺序对原始像素进行排序，产生一维序列。最后，利用排序后相邻的多个像素实现对目标像素的预测，基于预测误差扩展方法实现图像的信息嵌入。利用本发明专利技术，能够提高嵌入容量和嵌入质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法
本专利技术涉及图像处理和多媒体信息安全
，更具体地，涉及一种基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法。
技术介绍
近年来，随着互联网技术的快速发展，数字多媒体包括图像、文本、视频、音频等作为信息的载体逐渐被大众认知和接受。为了保证这些信息在互联网中安全传播，信息隐藏技术应运而生。可逆信息隐藏技术是信息隐藏技术的一个分支，它不仅能够准确提取含密图像中的秘密信息，还可以无损失的恢复原始图像。这在医学影像、军事图像和法律取证等方面具有重用的应用价值。迄今为止，已有大量的可逆信息隐藏的研究方法被发表。例如，基于预测误差柱状图扩展法(PEE，prediction-errorexpansion)的可逆信息隐藏方法具有较高的嵌入质量。但是，相邻像素间的相关性并未得到充分挖掘，像素预测不准确，影响加密图像的嵌入质量。具体地，现有技术存在基于预测误差扩展的可逆信息嵌入方法，其具体技术方案是：根据相邻像素的相关性，采用相邻像素预测当前像素p，得到一个预测值则预测误差e为：预测误差为0时嵌入信息i，i＝0或1，而其他预测误差值则平移，表示为：则嵌入信息后的像素为：提取嵌入信息i为：恢复原始的像素值：这样就可以实现信息的嵌入和提取，并恢复原始图像。另外一种现有技术方案是“ImprovedPPVO-basedhigh-fidelityreversibledatahiding”(SignalProcessing，167，107264，2020，HaoruiWu,XiaolongLi，YaoZhao和RongrongNi)。该方案基于周边像素的最大值或最小值来实现目标像素的预测，在预测误差为0的时候，嵌入信息。但是该方法仅利用了像素左、右、下边像素，而未利用像素上边的像素，像素预测不准确。总之，现有利用周边像素预测目标像素的方法中，或者仅利用周边的四个像素实现目标像素预测，利用的像素太少无法实现目标像素的准确预测。或者仅利用目标像素周边像素中两个或者三个方向的多个像素，实现目标像素预测。这两种方法均未充分利用目标像素周边像素，导致预测目标像素的准确度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法，利用目标像素周边四个方向的多个像素实现目标像素的准确预测，充分利用相邻像素间的相关性实现像素的准确预测。本专利技术的技术方案是提供一种基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，将图像按照棋盘方式分成不重叠的多部分数据集。步骤S2，按照设定顺序分别对各部分数据集执行信息嵌入过程，包括：根据目标像素与周边像素的相关性从四个方向选择周边像素集，并根据所选择的周边像素集计算目标像素的预测值，进而获得预测误差；根据所述周边像素集计算像素的复杂度，并按照像素复杂度对像素的误差值进行重新排序；基于排序后的误差，采用误差值为0时嵌入信息。步骤S3，以与嵌入信息的顺序相反的过程进行信息提取，进而恢复出原始图像。与现有技术相比，本专利技术的优点在于，首次将菱形预测方法中周边像素的利用方法和其他周边像素利用方法相结合；充分利用了目标像素与周边像素的相关性，实现了目标像素的准确预测。本专利技术提高了嵌入容量并且有效降低了图像的失真度。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据本专利技术一个实施例的基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法的流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的将图像按照棋盘方式分成不重叠的两部分数据集的示意图；图3是本专利技术与现有技术针对多种标准测试图像的最大嵌入容量的实验结果。图4是本专利技术与现有技术针对一种图像的峰值信噪比的实验结果。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。本专利技术基于菱形预测方法对目标像素进行预测，然后根据预测值从小到大的顺序对原始像素进行排序，生产一维序列。最后，利用排序后相邻的多个像素实现对目标像素的预测，基于预测误差扩展方法实现图像的信息嵌入。参见图1所示，所提供的基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法包括：步骤S1，将图像按照棋盘方式分成不重叠的多部分数据集。步骤S2，按照设定顺序分别对各部分数据集执行信息嵌入过程，具体包括：根据目标像素与周边像素的相关性从四个方向选择周边像素集，并根据所选择的周边像素集计算目标像素的预测值，进而获得预测误差；根据所述周边像素集计算像素的复杂度，并按照像素复杂度对像素的误差值进行重新排序；基于排序后的误差，采用误差值为0时嵌入信息。步骤S3，以与嵌入信息的顺序相反的过程进行信息提取，进而恢复出原始图像。总体上，本专利技术包括嵌入信息过程和信息提取过程，以下将分别具体说明。一、嵌入信息过程将图像按照如图2所示棋盘方式分成不重叠的两部分数据集，以空白像素和灰色像素标记。两个数据集的处理方法完全相同，这里以灰色数据集为例，用于介绍整个嵌入过程。将嵌入信息分为两部分，一部分嵌入灰色数据集，另一部分嵌入白色数据集。信息嵌入过程包括：步骤S11，预测图像像素设灰色数据集中目标像素p的预测值为目标像素的周边的像素按照距离目标像素p的距离进行标记，并组成像素集C＝(C1,C2,…,C8)。则预测值为：情况1：max(C)≠min(C)情况2：max(C)＝min(C)则预测误差表示为：应理解的是，上述以像素集中C的像素个数为8进行示意，而为了优化嵌入性能、提高嵌入质量，可扩展或者缩小像素集C中像素的个数，例如，一般性的表示为(C1,C2,…,Cn)，n是大于等于2的整数。步骤S12，计算像素的图像复杂度例如，设像素p的图像复杂度为NL，表示为：NL＝max(C)-min(C)(4)步骤S13，按照像素复杂度对图像像素进行排序例如，按照像素复杂度从小到大的顺序，针对像素的误差值进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法，包括以下步骤：/n步骤S1，将图像按照棋盘方式分成不重叠的多部分数据集；/n步骤S2，按照设定顺序分别对各部分数据集执行信息嵌入过程，包括：/n根据目标像素与周边像素的相关性选择周边像素集，并根据所选择的周边像素集计算目标像素的预测值，进而获得预测误差；/n根据所述周边像素集计算像素的复杂度，并按照像素复杂度对像素的误差值进行重新排序；/n基于排序后的误差，采用误差值为0时嵌入信息；/n步骤S3，以与嵌入信息的顺序相反的过程进行信息提取，进而恢复出原始图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于预测误差扩展的可逆信息隐藏方法，包括以下步骤：
步骤S1，将图像按照棋盘方式分成不重叠的多部分数据集；
步骤S2，按照设定顺序分别对各部分数据集执行信息嵌入过程，包括：
根据目标像素与周边像素的相关性选择周边像素集，并根据所选择的周边像素集计算目标像素的预测值，进而获得预测误差；
根据所述周边像素集计算像素的复杂度，并按照像素复杂度对像素的误差值进行重新排序；
基于排序后的误差，采用误差值为0时嵌入信息；
步骤S3，以与嵌入信息的顺序相反的过程进行信息提取，进而恢复出原始图像。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，将图像按照棋盘方式分成不重叠的两部分数据集，针对其中一部分数据集，所述信息嵌入过程包括：
步骤S21，对于目标像素p，选择周边像素集C＝(C1，C2，…，Cn)，n是大于等于4的整数，并计算目标像素p的预测值表示为：
当max(C)≠min(C)时，
当max(C)＝min(C)时，
步骤S22，计算预测误差
步骤S23，计算目标像素p的像素复杂度，并按照像素复杂度从小到大的顺序，对像素的误差进行重新排序；
步骤S24，基于排序后的误差，采用误差值为0时嵌入信息，嵌入信息后的预测误差为e′；
步骤S25，计算嵌入信息后的像素p′为：



嵌入一半信息后，记录结束嵌入的位置end_location1和当前预测误差对应的图像复杂度NL_end1；
步骤S26，针对已经嵌入信息后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：常杰，朱国普，杨建权，刘祖权，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44