基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法。本发明专利技术所述的一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法对图像进行分块并对每块像素从小到大排序后，计算最大和最小像素的预测误差，根据预测误差和秘密信息的第一位数值确定本次嵌入秘密信息的位数m，然后根据m的值和秘密信息对应的十进制获得对应的序列号α，根据α的值在两张载密图像上对最大和最小像素进行相应的修改去嵌入秘密信息，最后在第一张载密图像嵌入附加信息用来保证提取和原始图像的恢复。本发明专利技术所述的一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法具有嵌入容量大、载密图像视觉质量高、算法简单、应用范围广的优点。应用范围广的优点。应用范围广的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法


[0001]本专利技术涉及信息隐藏领域，特别是涉及一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法。

技术介绍

[0002]随着互联网的快速发展和移动智能设备的普及，数字媒体已经成为政治、军事、商业及个人通信的重要载体，这给信息安全带了新的挑战。传统的密码学方法虽然可以将明文转换成密文，但密文在公开信道上传递时很容易引起第三方监听者的注意，因此可能会造成秘密信息被破坏或者被截断。
[0003]信息隐藏将秘密信息嵌入到自然载体中而不改变其感知特性，通过载密载体在公开信道上的传递来完成秘密信息的传输。另外，信息隐藏还可以用于数字水印，可以很好地解决诸如版权保护和篡改鉴定之类的需求。图像、视频、语音、文本等多种数字媒体都可以作为信息隐藏的载体，但目前大多数的信息隐藏研究都围绕图像展开，本方法也围绕图像展开。可逆信息隐藏算法能将嵌入到数字多媒体的附加信息丝毫不差地提取出来，还可将数字多媒体无损的恢复。正是由于可逆信息隐藏算法能够适应不同需求下的应用场景，其算法得到了广泛的研究与应用。目前可逆信息隐藏方法可分为单图像和双图像两大类。
[0004]在单图像可逆信息隐藏领域中，像素值排序技术是近年来最为流行的技术。李等人[1]在2012年首次提出了基于像素值排序(Pixel value ordering，PVO)的可逆信息隐藏方法，这种方法先将图像分成大小相同的非重叠块并对块内像素按照从小到大的顺序排序，然后用第二大像素值预测最大像素值，用第二小像素值预测最小像素值，最后通过预测误差扩展的方式将秘密信息嵌入到最大和最小像素中；2013年，彭等人[2]通过考虑像素位置关系计算得到了新的预测误差，这提升了原始像素值排序的方法的嵌入容量；同年，欧等人[3]提出了一种名为PVO
‑
K的像素值排序方法，这种方法一性次修改同个块内的k个最大和最小像素；之后，王等人[4]应用了动态划分策略进一步提升了嵌入容量；Qu等人[5]提出了基于像素的PVO方法，每个像素通过它周围最大和最小的像素进行预测，充分利用了图像的平滑区域；2020年，吴等人[6]提出了一种改进的基于像素的PVO方法，这种方法通过充分利用被预测像素周围的像素得到了更准确的预测值，以此提高了载密图像的视觉质量。但是这些基于像素值排序的方法为了保证可逆性，有许多像素的值被修改，但这些像素并没有携带秘密信息，即有许多像素做了无效修改，因此PVO方法的嵌入容量整体偏低。此外，像素值排序方法需要一个本地地图记录溢出信息，本地地图过大将会造成载密图像质量下降，还需要以手工穷尽的方式确定最优化参数来取得最好嵌入效果。
[0005]基于双图像的可逆信息隐藏是近些年来信息隐藏的热点。双图像技术产生两张相似的载密图像来隐藏秘密信息。接收方必须同时拥有两张载密图像才能正确提取秘密信息，使得秘密信息具有更高安全性。Chang等人[7]首先提出了基于方向修改(exploiting modification direction，EMD)的双图像可逆信息隐藏技术，这种方法通过模函数产生一个256x 256大小的模函数矩阵，两个秘密像素的值通过5x5大小的子矩阵对角线的值决定；
秦等人[8]使用EMD方法在第一张载密图像上嵌入秘密信息，并根据第一张载密图像自适应的修改第二张秘密图像；Lu等人[9]提出了基于中心折叠策略的双图像可逆信息隐藏技术，k位二进制秘密信息被转换为十进制后再通过中心折叠策略嵌入到两张载密图像中；Jafar等人[10]利用一对一不对称机制在两张载密图像上嵌入秘密信息，然后用一幅图像作为预测器在另一张图像上通过调整预测误差的方式嵌入秘密信息；随后，姚等人[11]通过给定嵌入容量，自适应的计算最优化参数改进了中心折叠策略；Chi等人[12]将动态编码策略和中心折叠策略结合，他们利用相邻秘密信息符号之间的关系降低最大值的出现频率，从而减少了像素的修改程度。双图像技术通过一次性嵌入k位二进制秘密信息提升了嵌入容量，但k的值大多是固定的，并且对像素的最大修改随着k的增大而增大，这导致载密图像视觉质量也会下降。并且固定的k值使一些双图像方法不能很好的利用像素间关系和图像冗余。
[0006]综上所述，现有的图像加密方法主要存在以下问题：
[0007]1、传统像素值排序方法嵌入秘密信息容量过小；
[0008]2、传统像素值排序方法记录溢出信息的本地地图偏大和最优化参数只能以穷尽方式获得的问题；
[0009]3、双图像方法中一次性嵌入秘密信息位数为k，k值是固定的问题，固定的k不能充分利用图像的纹理平滑特性。

技术实现思路

[0010]基于此，本专利技术的目的在于，提供一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法，将双图像技术和像素值排序技术结合起来，采用全新的嵌入策略，嵌入容量是实际嵌入容量一半的时候，最大嵌入容量是传统像素值排序方法的3.8倍；不需要本地地图记录溢出信息，也不需要任何最优化参数；和现有双图像方法相比，每次嵌入秘密信息的位数m的值是动态可变的，更好的利用图像冗余和像素间关系，减小了对像素的最大修改；产生的载密图像具有较高的视觉质量。本专利技术所述的一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法具有嵌入容量大、载密图像视觉质量高、算法简单、应用范围广的优点。
[0011]一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法，包括如下步骤：
[0012]S101：将原始载体图像x复制得到两张初始载密图像x
′
、x
″
；
[0013]S102：将原始载体图像x和两张初始载密图像x
′
、x
″
均划分成k个大小相同的非重叠块{X1，...，X
k
}，每个块X
i
含有n个像素；对块X
i
内的n个像素按照像素值从小到大的顺序排序得到(x
σ(1)
，...，x
σ(n)
)；
[0014]S103：针对每一个像素块X
i
，利用以下公式计算最大像素x
σ(n)
对应的最大预测误差PE
max
和最小像素x
σ(1)
对应的最小预测误差PE
min
：
[0015][0016]其中，x
σ(n)
为像素块X
i
中的最大像素值，x
σ(n
‑
1)
为像素块X
i
中的第二大像素值，x
σ(1)
为像素块X
i
中的最小像素值，x
σ(2)
为像素块X
i
中的第二小像素值；
[0017]S104：针对每一个像素块X
i
，根据以下公式计算嵌入的秘密信息S的位数m：
[0018][0019]S105：针对每一个像素块X
i
，根据以下公式计算序列号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括如下步骤：S101：将原始载体图像x复制得到两张初始载密图像x
′
、x
″
；S102：将原始载体图像x和两张初始载密图像x
′
、x
″
均划分成k个大小相同的非重叠块{X1,
…
,X
k
}，每个块X
i
含有n个像素；对块X
i
内的n个像素按照像素值从小到大的顺序排序得到(x
σ(1)
,
…
,x
σ(n)
)；S103：针对每一个像素块X
i
，利用以下公式计算最大像素x
σ(n)
对应的最大预测误差PE
max
和最小像素x
σ(1)
对应的最小预测误差PE
min
：其中，x
σ(n)
为像素块X
i
中的最大像素值，x
σ(n
‑
1)
为像素块X
i
中的第二大像素值，x
σ(1)
为像素块X
i
中的最小像素值，x
σ(2)
为像素块X
i
中的第二小像素值；S104：针对每一个像素块X
i
，根据以下公式计算嵌入的秘密信息S的位数m：S105：针对每一个像素块X
i
，根据以下公式计算序列号α；其中，S
(10)
为每一个像素块X
i
所要嵌入的m位秘密信息S对应的十进制；S106：从第一个像素块X1开始，顺次在每个像素块X
i
上嵌入对应位数m
i
的秘密信息，得到两个载密像素块X
i
′
和X
i
″
，直至秘密信息S被嵌入完毕，得到两张载密图像x
′
、x
″
；最后一个嵌入秘密信息的像素块的索引记为block
end
；针对每一个像素块X
i
，嵌入秘密信息的方式为：根据序列号α在两张载密图像x
′
、x
″
上对原始最大像素x
′
σ(n)
、x
″
σ(n)
和最小像素x
′
σ(1)
、x
″
σ(1)
进行修改以嵌入秘密信息S，得到四个载密像素，将这四个载密像素写入到对应的原始位置，得到两个载密像素块X
′
i
和X
″
i
；对原始最大像素x
′
σ(n)
、x
″
σ(n)
和最小像素x
′
σ(1)
、x
″
σ(1)
进行修改的具体公式为：其中，x
σ(n)
为原始图像像素块X
i
内的最大像素值，x
′
σ(n)
为第一张载密图像像素块X
′
i
内的最大像素值，x
″
σ(n)
为第二张载密图像像素块X
″
i
内的最大像素值；x
σ(1)
为原始图像像素块X
i
内的最小像素值，x
′
σ(1)
为第一张载密图像像素块X
′
i
内的最小像素值，x
″
σ(1)
为第二张载
密图像像素块X
″
i
内的最小像素值，α为步骤S104中计算得到的序列号；S107：针对第一张载密图像x
′
的像素块嵌入用于盲提取和恢复原始图像的附加信息，包括嵌入容量、每个像素块的长n1和宽n2以及最后包含秘密信息的像素块的索引block
end
。2.根据权利要求1所述的一种基于双图像的大容量像素值排序可逆信息隐藏方法，其特征在于：还包括与嵌入秘密信息过程相对应的提取秘密信息过程，具体步骤为：S201：从第一张载密图像x
′
提取附加信息，得到嵌入容量、每个像素块的长n1和宽n2以及最后包含秘密信息的像素块的索引block
end
；S202：根据每个像素块的长n1和宽n2将两张载密图像x
′
、x
″

【专利技术属性】
技术研发人员：申淑媛，牛宇航，林焕桀，吕浩杰，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：