基于辅助像素的图像隐写处理方法技术

本发明专利技术涉及一种基于辅助像素的图像隐写处理方法，将两位秘密信息同时嵌入到载体图像的一个像素中。其方法是，用伪随机数发生器产生０－２５５之间的整数伪随机数作为辅助像素灰度值，将两位秘密信息嵌入到载体图像像素灰度值和辅助像素值中，然后再将该辅助像素值中的信息转换到载体图像像素值中。本发明专利技术的优点是：将两位秘密信息同时嵌入到一个像素中，嵌入容量得到的很大的提高；在保持一定嵌入效率的同时，提高了载体利用率；在嵌入过程中采用伪随机序列置乱隐秘信息和生成辅助像素，使该算法有了更好的加密能力；同时，也增加了从隐秘图像中秘密信息的提取难度，达到了提高算法抗攻击能力的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种(AP—LSB, Auxiliary Pixel LSB)，属于信息安全

技术介绍
信息隐藏是在不对载体信号产生过分影响的前提下，将额外的信息嵌入 到数字媒体，如数字图像中，以实现隐秘通信。信息隐藏技术最常见的方法 是LSB (Least Significant Bits)嵌入方法。它是将秘密信息变换成二进制数 据流，然后分别替换载体图像像素灰度值的最低比特位。由于LSB平面(由 所有像素的二进制描述的最低比特位构成的平面)的修改对像素灰度分布的 影响最小，因此该方法隐藏数据量大，且不易被感官察觉，在实践中被广泛采 用。简单LSB嵌入的方法为首先将欲嵌入的原始秘密信息转化为比特流， 再对这个比特流利用伪随机序列进行置乱，然后逐行或逐列地替换载体图像 的最低比特位(LSB位)。但是简单LSB嵌入算法抗攻击性能较差,尤其在嵌入 较大信息量时。有文献提出一种双像素隐写方法(DP一LSB， Double Pixels LSB)，该方法将两个像素作为一个整体，其中第一个#素灰度值的LSB位 用于承载一比特信息，两像素灰度值的指定函数(公式2)输出用于承载另 一个比特信息，相比较简单的LSB嵌入方法，该方法在嵌入相同秘密信息的 前提下，对原图的修改较小，其技术方案为(1) 伪随机数(PRN, Pseudo Random Number)的生成。大多数LSB隐写算法的实现都要结合伪随机数实现秘密信息位的置乱。伪随机数是指用数学 递推公式所产生的随机数，它有一个特点就是在参数一定的情况下每次产生 的伪随机数序列是相同的。目前常见的伪随机数产生方法有线性同余法、平 方取中法、菲波那契法和小数开方法等。其中线性同余法是应用较为广泛的 一个方法，它具有产生速度快、输出序列周期长等特点，它是由迭代公式 ;+1=(0^'+。1110￡1附得到的随机数序列{^}。其中，m(wX))为模数， "(0《flSm)为乘数，c(0《c《m)为增量，线性同余法的另一个参数为初值即 禾中子see,《seec < m)。(2) DPJSB嵌入原理。如果二值函数/(x,力满足关系式<formula>formula see original document page 4</formula>那么该二值函数中x在正负l范围内的变化可以使/(x，力产生不同的值，}加 减l同样也会改变/Oc,力的值。所以，利用二值函数的这一性质可以将两位秘密信息以较低的像素改变率同时嵌入到两个像素中。实际中也可以找到这 样的二值函数，如(2)式所示<formula>formula see original document page 5</formula>(2)式中x，;;eZ，均表示像素灰度值，/^(*)表示取二进制像素的最低比特位，1_*」表示向下取整数。现有的隐写算法无论从信息嵌入容量上还是隐写算法的鲁棒性上都有很 大改进空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提高信息嵌入容量，改进 隐写算法的鲁棒性。其基本思想是引入辅助像素，完成将两位秘密信息同时 嵌入到载体图像的一个像素灰度值中。在嵌入过程中，根据伪随机数发生器 在参数一定的情况下每次产生的伪随机数序列相同这一性质，用伪随机数发 生器产生的0-255之间的整数伪随机数作为辅助的载体图像像素灰度值(简 称辅助像素值)，将两位秘密信息嵌入到载体像素值和对应的辅助像素值中， 然后再将该辅助像素值中的信息转换到载体像素值中。按照本专利技术提供的技术方案，，包括 信息嵌入方法和信息提取方法。所述信息嵌入方法的步骤如下，(1) 信息置乱生成与二进制比特流形式的原始秘密信息长度一致的伪 随机数序列，用所述伪随机数序列对原始秘密信息的比特流进行随机化，作 为待嵌入的秘密信息位。(2) 辅助像素生成利用伪随机数产生器产生一个8位伪随机数序列，作为辅助像素灰度值(a)。所述辅助像素灰度值(")和载体图像的每个像素灰度值(/7) —一对应。(3) 信息位转换对所述辅助像素灰度值(《)和载体图像的像素灰度值(p)进行变换，即把载体图像的每个像素灰度值(p)去掉右数第二位(A)，转化为7位二进制数P'，并用所述载体图像的像素灰度值(p)的右数第二位(A)替换对应辅助像素灰度值(")的右数第一位，使辅助像素灰度值(a)转化为8位二进制数a'。(4) 信息嵌入操作待嵌入的第一位秘密信息为mp待嵌入的第二位秘密信息为附2，采用函数/0,力=励(+力，式中;c,y表示经信息位转换后的像素灰度值。如果mi等于p'的最低比特位，且附2不等于/0/,"')，则/' = //， a" = a' + 1 ;如果m!等于p'的最低比特位，且m2等于/(P',"')，则;/ = ;/， a" = a'; 如果^不等于p'的最低比特位，且柳2等于/(;/ —l,a')，则p'、, —i，如果^不等于p'的最低比特位，且m2不等于- 1，"')，则= P' + 1 ，W 二 ^ 0(5)隐秘图生成把所述""的右数第一位插入所述;/的右数第一位和 右数第二位之间，得到8位二进制数"所述s为嵌入秘密信息后的隐秘图像 的像素灰度值。所述信息提取方法的步骤如下，(1) 把所述s去掉右数第二位(q)，转化为7位二进制数s'，并用所 述^的右数第二位(q)替换与s相对应的辅助像素灰度值(")的右数第一 位，使辅助像素灰度值(")转化为8位二进制数,。(2) 提取所述s'的最低比特位为第一位秘密信息(w)， /( ，,)为第 二位秘密信息(附2)。(3) 采用所述信息置乱操作中所采用的伪随机数序列把提取出的秘密信 息还原为原始秘密信息。所述辅助像素灰度值为利用伪随机序列生成的0到255之间的整数的8 位二进制数形式。所述载体图像的像素灰度值为0到255之间的整数的8位二进制数形式。 所述最低比特位为像素灰度值除以2的余数。 所述载体图像为提供像素用以承载秘密信息的数字图像。 本专利技术的优点是(1) 利用辅助像素方法将两位秘密信息同时嵌入到一个像素中，嵌入容 量得到的很大的提高。(2) 在保持一定嵌入效率的同时，提高了载体利用率。(3) 分别利用伪随机数用于置乱隐秘信息和生成辅助像素灰度值，增加 了该算法的加密强度。由于伪随机序列难以逆向求解，增加了第三方(不知道伪随机数序列)从隐秘图像中提取隐秘信息的难度，达到了提高算法抗攻击能力的目的。附图说明图1 (a)是载体像素灰度值与对应辅助像素灰度值变换示意图一。 图1 (b)是载体像素灰度值与对应辅助像素灰度值变换示意图二。 图2 (a)为载体图像的直方图。 图2 (b)为DP一LSB嵌入后图像的直方图。 图2 (c)为AP—LSB嵌入后图像的直方图。 图2 (d)为简单LSB嵌入后图像的直方图。 具体实施方案下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。 1信息嵌入步骤嵌入过程中，首先伪随机数产生器产生一个伪随机数序列，用所述伪随 机数序列对欲嵌入的原始秘密信息的比特流进行随机化，作为待嵌入的秘密 信息位。另外产生的一个8位伪随机数序列，用于生成辅助像素灰度值"二 进制序列，所述辅助像素灰度值"二进制序列和载体图像的像本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于辅助像素的图像隐写处理方法，包括信息嵌入方法和信息提取方法，其特征是：　所述信息嵌入方法的步骤如下，　（１）信息置乱：生成与二进制比特流形式的原始秘密信息长度一致的伪随机数序列，用所述伪随机数序列对原始秘密信息的比特流进行随机化，作为待嵌入的秘密信息位；　（２）辅助像素生成：利用伪随机数产生器产生一个８位伪随机数序列，作为辅助像素灰度值（ａ）。所述辅助像素灰度值（ａ）和载体图像的每个像素灰度值（ｐ）一一对应；　（３）信息位转换：对所述辅助像素灰度值（ａ）和载体图像的像素灰度值（ｐ）进行变换，即把载体图像的每个像素灰度值（ｐ）去掉右数第二位（ｐ↓［１］），转化为７位二进制数ｐ′，并用所述载体图像的像素灰度值（ｐ）的右数第二位（ｐ↓［１］）替换对应辅助像素灰度值（ａ）的右数第一位，使辅助像素灰度值（ａ）转化为８位二进制数ａ′；　（４）信息嵌入操作：待嵌入的第一位秘密信息为ｍ↓［１］，待嵌入的第二位秘密信息为ｍ↓［２］，采用函数ｆ（ｘ，ｙ）＝ｌｓｂ（「ｘ／２」＋ｙ），式中ｘ，ｙ表示经信息位转换后的像素灰度值；　如果ｍ↓［１］等于ｐ′的最低比特位，且ｍ↓［２］不等于ｆ（ｐ′，ａ′），则ｐ″＝ｐ′，ａ″＝ａ′＋１；　如果ｍ↓［１］等于ｐ′的最低比特位，且ｍ↓［２］等于ｆ（ｐ′，ａ′），则ｐ″＝ｐ′，ａ″＝ａ′；　如果ｍ↓［１］不等于ｐ′的最低比特位，且ｍ↓［２］等于ｆ（ｐ′－１，ａ′），则ｐ″＝ｐ′－１，ａ″＝ａ′；　如果ｍ↓［１］不等于ｐ′的最低比特位，且ｍ↓［２］不等于ｆ（ｐ′－１，ａ′），则ｐ″＝ｐ′＋１，ａ″＝ａ′；　（５）隐秘图生成：把所述ａ″的右数第一位插入所述ｐ″的右数第一位和右数第二位之间，得到８位二进制数ｓ，所述ｓ为嵌入秘密信息后的隐秘图像的像素灰度值；　所述信息提取方法的步骤如下，　（１）把所述ｓ去掉右数第二位（ｓ↓［１］），转化为７位二进制数ｓ′，并用所述ｓ的右数第二位（ｓ↓［１］）替换与ｓ相对应的辅助像素灰度值（ａ）的右数第一位，使辅助像素灰度值（ａ）转化为８位二进制数Ａ′；　（２）提取所述ｓ′的最低比特位为第一位秘密信息（ｍ↓［１］），ｆ（ｓ′，Ａ′）为第二位秘密信息（ｍ↓［２］）；（３）采用所述信息置乱操作中所采用的伪随机数序列把提取出的秘密信息还原为原始秘密信息。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周治平，惠卯卯，康辉，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]