基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法及系统技术方案

本公开提供了一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法及系统，所述方案利用邻接DCT块相同位置上系数的相关性，计算图像块的预测值，制造更多的嵌入位，利用预测误差将秘密信息嵌入到载体图像中；在选择嵌入块时，进行全局排序和局部排序，先根据每个量化DCT块的非零系数的个数，从小到大排序，对具有相同非零系数的个数的DCT块进行相关性排序，优先选择相关性大的图像块作为嵌入块，然后针对该图像块的邻接块进行梯度排序选取最有预测块。所述方案在提高最大嵌入容量的同时，保持了较低的文件增量和良好的视觉质量。低的文件增量和良好的视觉质量。低的文件增量和良好的视觉质量。

【技术实现步骤摘要】
基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法及系统


[0001]本公开属于多媒体信息安全
，尤其涉及一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]可逆信息隐藏算法(Reversible Data Hiding,RDH)是信息隐藏领域的一个重要分支，该算法将秘密信息嵌入到载体数据后，可以完整提取秘密信息并无损恢复载体数据，被广泛的应用在医疗、军事和数字取证等对数字图像要求较高的领域。1997年，J.M.Barton提出了可逆信息隐藏概念。之后，大量可逆信息隐藏方案被提出。当前，可逆信息隐藏算法主要有基于无损压缩的可逆信息隐藏方案、基于差值扩展(Difference Expansion，DE)的可逆信息隐藏方案和基于直方图平移(Histogram Shifting，HS)的可逆信息隐藏方案。
[0004]大部分可逆信息隐藏算法的载体数据是未经过压缩的自然图像，而自然图像数据中存在着大量的冗余，为秘密信息嵌入提供了大量的空间。JPEG图像可逆信息隐藏算法与传统可逆信息隐藏算法的区别主要是载体不同，JPEG图像可逆信息隐藏算法是以JPEG图像作为载体，将秘密信息嵌入到JPEG图像中，达到版权保护、完整性认证等目的。JPEG压缩标准，能够有效的压缩图像中的冗余信息，提高图像传输效率，是当前手机、摄像机传输图像常见的转换格式，因此以JPEG图像为载体的可逆信息隐藏算法研究十分必要。由于压缩图像和未压缩图像的差异性，JPEG图像难以利用传统的可逆信息隐藏技术实现信息嵌入。
[0005]专利技术人发现，目前针对JPEG图像的可逆信息隐藏算法主要分为基于修改量化表的可逆信息隐藏方案、基于修改霍夫曼表的可逆信息隐藏方案、基于修改量化的DCT系数可逆信息隐藏方案。其中基于修改量化表的算法由Friedrich 等人首先提出，无损地修改一个DCT系数来嵌入一位信息位；Chang等人提出了修改量化表中的特定元素的可逆信息隐藏方法，通过修改载体图像的量化DCT 表的中频系数来嵌入秘密信息，这类方法能够保证图像的视觉质觉，但在霍夫曼编码的过程中量化系数流的修改不可再压缩，影响图像压缩效率导致图像文件大小增加明显。基于修改霍夫曼表的算法由Mobasseri等人提出，直接对部分熵解码后的JPEG图像码流进行修改从而嵌入秘密信息；Wu和Deng提出了一种新的整数向量转换算法，并将其应用到JPEG霍夫曼表中，让位流与嵌入的消息同步变化。即使霍夫曼表被优化，该方案也适用于任何JPEG比特流，该类方法可以保持较小的JPEG文件增量和图像质量,但在嵌入容量上相当有限。基于修改量化的DCT系数的算法，最早由Friedrich等人提出了在JPEG图像中以无损方式压缩所选DCT系数的LSB的思想，为可逆信息隐藏创造空间；Xuan等人提出一种基于直方图对的JPEG图像的可逆信息隐藏方案；为了提高视觉效果，减少失真，该方法还使用了最佳搜索策略；Sakai等人通过避免将数据嵌入图像的噪声部分来改进了Xuan等人的方案，提出选择JPEG图像中的平滑区域进行信息隐藏的方法；随后又针对确定频段的系数，采用直方图平移方法来嵌入信息，以降低图像失真；Nikolaidis等人通
过修改量化DCT系数中的0系数来嵌入信息，该算法在相似的嵌入容量的情况下，与使用将秘密数据嵌入为非0值的量化后DCT系数的方法相比，实现了更低的图像失真，不过没有考虑到图像存储空间问题；2016年，Huang提出了新的基于直方图平移的可逆信息隐藏算法，将
“±
1”的DCT交流系数作为信息隐藏点，保留0系数不变，依据交流系数自适应地选择嵌入图像块,相比于已有的JPEG可逆信息隐藏算法，该算法在嵌入容量、图像视觉质量以及存储尺寸方面都取得了较好的性能，随后又提出了几种算法，均是对Huang等人的方法的改进；2017年，Fisseha等人对Huang 等人的方法进行了改进，对交流系数嵌入的顺序做了改变；Hou等人在Huang等人的基础上，提出了一种新的基于频段和子块相结合的自适应嵌入策略，进一步提高了图像视觉质量，并有效降低了图像尺寸增长。修改量化的DCT系数的方案是目前应用较多的方法，相较其他类的方法，平衡了图像质量、嵌入容量和嵌入前后图像文件大小之间的关系。但专利技术人发现，该类方法嵌入容量受量化后选取的DCT交流系数数量限制，且改进方法大多关注图像质量和文件大小，在嵌入容量上没有较大突破。用于JPEG图像的可逆信息隐藏方案，在保证图像视觉质量，控制文件大小增量和提高嵌入容量上仍有巨大的研究价值和意义。

技术实现思路

[0006]本公开为了解决上述问题，提供了一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法及系统，所述方案利用邻接DCT块相同位置上系数的相关性，计算图像块的预测值，制造更多的嵌入位，利用预测误差将秘密信息嵌入到载体图像中；在选择嵌入块时，进行全局排序和局部排序，先根据每个量化DCT块的非零系数的个数，从小到大排序，对具有相同非零系数的个数的DCT块进行相关性排序，优先选择相关性大的图像块作为嵌入块，然后针对该图像块的邻接块进行梯度排序选取最有预测块；所述方案在提高最大嵌入容量的同时，保证了较低的文件增量和良好的视觉质量。
[0007]根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法，包括：
[0008]将原始JPEG图像分成互不重叠的区块，并进行熵解码得到其量化DCT系数；
[0009]利用双层排序方法对区块进行排序，并计算水平竖直方向上区块的相关性；
[0010]选择最优块作为预测块并计算预测误差，生成预测误差直方图；
[0011]根据预测误差直方图选择嵌入点，通过直方图移位得到嵌入空间，嵌入秘密信息；
[0012]对信息隐藏后的DCT系数进行熵编码，生成携带秘密信息的JPEG图像，实现图像可逆信息隐藏。
[0013]进一步的，所述双层排序方法具体包括全局排序和局部排序：所述全局排序基于图像非零系数个数和相关性对区块顺序进行排序，所述局部排序利用梯度预测对每个区块的水平竖直方向进行梯度预测，找到每个区块最优梯度方向上的最优块作为预测块。
[0014]进一步的，所述全局排序具体包括：根据图像区块非零系数的个数，对每个块进行zigzag扫描，计算最后一个非零系数的位置，作为排序的参数，对该参数进行由小到大的排序。
[0015]进一步的，所述局部排序具体包括：基于梯度选择的预测方法，利用图像梯度选择判断每个图像区块DC系数的梯度趋势，对预测块的相邻块的DC系数进行测量、计算和比较，
分别计算出该块水平方向、竖直方向的梯度趋势，并根据梯度趋势进行排序。
[0016]进一步的，所述选择最优块作为预测块，具体包括，选取最小梯度方向所在块，进行排序，选出该方向DC系数差值最小的块作为预测块。
[0017]根据本公开实施例的第二个方面，提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括：将原始JPEG图像分成互不重叠的区块，并进行熵解码得到其量化DCT系数；利用双层排序方法对区块进行排序，并计算水平竖直方向上区块的相关性；选择最优块作为预测块并计算预测误差，生成预测误差直方图；根据预测误差直方图选择嵌入点，通过直方图移位得到嵌入空间，嵌入秘密信息；对信息隐藏后的DCT系数进行熵编码，生成携带秘密信息的JPEG图像，实现图像可逆信息隐藏。2.如权利要求1所述的一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述双层排序方法具体包括全局排序和局部排序：所述全局排序基于图像非零系数个数和相关性对区块顺序进行排序，所述局部排序利用梯度预测对每个区块的水平竖直方向进行梯度预测，找到每个区块最优梯度方向上的最优块作为预测块。3.如权利要求2所述的一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述全局排序具体包括：根据图像区块非零系数的个数，对每个块进行zigzag扫描，计算最后一个非零系数的位置，作为排序的参数，对该参数进行由小到大的排序。4.如权利要求2所述的一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述局部排序具体包括：基于梯度选择的预测方法，利用图像梯度选择判断每个图像区块DC系数的梯度趋势，对预测块的相邻块的DC系数进行测量、计算和比较，分别计算出该块水平方向、竖直方向的梯度趋势，并根据梯度趋势进行排序。5.如权利要求1所述的一种基于DCT系数相关性的图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述选择最优块作为预测块，具体包括，选取最小梯度方向所在块，进行排序，选出该方向DC系数差值最小的块。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宾，张泽霖，马睿和，徐健，王春鹏，李健，周林娜，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：