基于多MSB分块编码的加密图像可逆数据加密解密方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多MSB分块编码的加密图像可逆数据加密方法，采用如下步骤：将图像分块；加密得到加密图像；将加密图像分为平滑块和粗糙块，生成位置图；分块编码后压缩，生成辅助数据；将辅助数据嵌入加密图像中；对嵌入数据加密得到秘密数据存储在加密图像中，得到载密图像。本发明专利技术还公开了对加密方法的解密方法，包括如下步骤：辅助数据提取并恢复；恢复剩余辅助数据；提取并恢复秘密数据；利用秘钥解密嵌入数据；恢复光滑块数据；恢复粗糙块数据；解密处理；得到原始图像。本发明专利技术解决了现有技术中存在的数据嵌入率低和算法安全性不高的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于多MSB分块编码的加密图像可逆数据加密解密方法


[0001]本专利技术属于图像处理
，涉及一种基于多MSB分块编码的加密图像可逆数据加密方法，还涉及一种针对一种基于多MSB分块编码的加密图像可逆数据加密方法的解密方法。

技术介绍

[0002]现如今大数据时代中，云存储技术和社交媒体网络已经日渐成熟，其中载有巨大信息量的数字图像是信息传播的主要方式之一。但在网络中的公共信道上传播的数字图像并非是安全的，如若被非授权者所截获，那将造成很大的损失。小到个人身份信息的隐私收，大到国防科技、医学医疗、国家机密等领域的重大安全问题，数字图像内容的安全性必须有可靠的保障手段来防止非授权人员窃取。针对此问题早期就有学者提出了可逆数据隐藏的解决方案。当前，许多研究已经广泛致力于可逆数据隐藏方法，其嵌入机制主要可以分为直方图移动、差异扩展和无损压缩三大类。虽然目前可逆数据隐藏技术已经相当成熟，但其嵌入率仍然不高，其算法安全性也差强人意。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于多MSB分块编码的加密图像可逆数据加密方法，解决了现有技术中存在的数据嵌入率低和算法安全性不高的问题。
[0004]本专利技术还提供了上述加密方法的解密方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，基于多MSB分块编码的加密图像可逆数据加密方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、将M
×
N大小的原始图像I
o
分为m个n
×
n大小的非重叠块；
[0007]步骤2、生成图像加密秘钥K
e
，采用Runge
‑
Kutta方法将K
e
输入到Logistics
‑
Logistics级联混沌系统中，生成一个混沌序列，以块为单位将原始图像I
o
做加密处理，得到加密图像I
e
；
[0008]步骤3、将加密图像I
e
中的m个非重叠的块分为平滑块和粗糙块，生成位置图L来标记每个块为平滑块或是粗糙块；
[0009]步骤4、采用多MSB分块编码，分别对平滑块和粗糙块执行不同的压缩处理，同时生成必要的辅助数据，包括：哈夫曼编码规则Rule、标签图τ以及参考像素Ref；
[0010]步骤5、按顺序将步骤4中产生的所有的辅助数据嵌入加密图像I
e
中；
[0011]步骤6、利用数据隐藏秘钥K
h
对嵌入数据d进行加密，得到秘密数据d
e
，将秘密数据d
e
存储在步骤5的加密图像I
e
的剩余可嵌入位置中，得到载有秘密数据的载密图像I
ew
。
[0012]步骤1中m＝M
×
N/n2，原始图像I
o
所有像素的最低位面原始数据用一个二进制序列L
sb
保存。
[0013]步骤2中Logistics
‑
Logistics级联混沌系统表示为：
[0014][0015]在级联混沌系统中，Z
n
、φ1、φ2为系统参数，n为混沌系统迭代次数，当Z
n
∈[0,1]，φ1∈[3.5699456,4]，φ2∈[3.5699456,4]时，系统处于混沌状态；初始化Logistics
‑
Logistics级联混沌系统，将Z
n
赋[0
‑
1]之间任意数值，φ1赋[0
‑
4]之间任意数值，φ2同样赋[0
‑
4]之间任意数值，生成足够长的级联混沌序列x
c
，生成的混沌序列x
c
中的混沌值取值区间限制在[0
‑
255]。
[0016]步骤2中，加密处理的加密方法为：从级联混沌序列x
c
中拿出一个长度为m的子混沌序列X1用于置乱原始图像I
o
中m个非重叠块的位置，实现初步加密；从级联混沌序列x
c
拿出一个长度为M
×
N的子混沌序列X2，以块为最小单位进行每个块的块内n2个像素之间的置乱，实现二次加密；从级联混沌序列x
c
拿出一个长度为m的子混沌序列X3，每个块对应X3中一个混沌值，块内所有像素同这个混沌值做异或运算，实现三次加密。
[0017]步骤3中，划分平滑块和粗糙块具体方法为：根据块内像素的多个最高有效位相关性的高低将块划分为平滑块和粗糙块，具体步骤为：首先将加密图像I
e
每个块中的像素p都利用式(2)转为二进制形式：
[0018][0019]将块内所有像素的某位一起拿出，即为这个块的某个位面，某个块的最上层的位面是由块内所有像素最高有效位组成的，记作E1，随后的位将依次记作E2‑
E8；
[0020]若块的最高有效位面E1不是全零或全一，则该块为粗糙块；若块的最高有效位面E1为全零或全一，则该块为Ⅰ类型平滑块，若块最高有效位面E1与次高位面E2都为全零或者全一，则该块为Ⅱ类型平滑块。
[0021]步骤3中，位置图L的生成方法为：
[0022]将平滑块用“1”来标记，粗糙块用“0”标记，故此位置图的长度即为m比特，其二进制位置图L的生成公式如下：
[0023][0024]步骤4中，对平滑块分类后，每个平滑块的前x＝{1,2,3,4,5,6,7}个位面都将通过位替代的方式被压缩，以供嵌入额外的数据，其平滑块类型越大可供嵌入的位平面数量越多，对粗糙块进行多MSB分块编码的具体步骤为：
[0025]首先计算加密图像I
e
中粗糙块像素的预测值，其预测规则为：
[0026]①
第一个行第一列像素I
e
(1,1)的预测值为它本身；
[0027]②
如果当前像素位于第一行，则其左侧相邻像素的值为它的预测值；
[0028]③
如果当前像素位于第一列，则其上方相邻像素的值为它的预测值；
[0029]④
对于其他粗糙块像素I
e
(i,j)，其预测值使用MED中值边缘检测方法计算得出，计算公式如下：
[0030][0031]其中a＝I
e
(i
‑
1,j
‑
1),b＝I
e
(i,j
‑
1),c＝I
e
(i
‑
1,j)，是I
e
(i,j)所对应的预测值。接下来，使用以下公式将原始值和预测值分别转换为两个8位的二进制序列：
[0032][0033]其中P
k
(i,j)和分别为原始值和预测值所对应的二进制序列。从最高有效位MSB到最低有效位LSB，比较这两个序列，直到其中某一位不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多MSB分块编码的加密图像可逆数据加密方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1、将M
×
N大小的原始图像I
o
分为m个n
×
n大小的非重叠块；步骤2、生成图像加密秘钥K
e
，采用Runge
‑
Kutta方法将K
e
输入到Logistics
‑
Logistics级联混沌系统中，生成一个混沌序列，以块为单位将原始图像I
o
做加密处理，得到加密图像I
e
；步骤3、将加密图像I
e
中的m个非重叠的块分为平滑块和粗糙块，生成位置图L来标记每个块为平滑块或是粗糙块；步骤4、采用多MSB分块编码，分别对平滑块和粗糙块执行不同的压缩处理，同时生成必要的辅助数据，包括：哈夫曼编码规则Rule、标签图τ以及参考像素Ref；步骤5、按顺序将步骤4中产生的所有的辅助数据嵌入加密图像I
e
中；步骤6、利用数据隐藏秘钥K
h
对嵌入数据d进行加密，得到秘密数据d
e
，将秘密数据d
e
存储在步骤5的加密图像I
e
的剩余可嵌入位置中，得到载有秘密数据的载密图像I
ew
。2.根据权利要求1所述的加密方法，其特征在于，所述的步骤1中m＝M
×
N/n2，原始图像I
o
所有像素的最低位面原始数据用一个二进制序列L
sb
保存。3.根据权利要求1所述的加密方法，其特征在于，所述的步骤2中Logistics
‑
Logistics级联混沌系统表示为：在级联混沌系统中，Z
n
、φ1、φ2为系统参数，n为混沌系统迭代次数，当Z
n
∈[0,1]，φ1∈[3.5699456,4]，φ2∈[3.5699456,4]时，系统处于混沌状态；初始化Logistics
‑
Logistics级联混沌系统，将Z
n
赋[0
‑
1]之间任意数值，φ1赋[0
‑
4]之间任意数值，φ2同样赋[0
‑
4]之间任意数值，生成足够长的级联混沌序列x
c
，生成的混沌序列x
c
中的混沌值取值区间限制在[0
‑
255]。4.根据权利要求1所述的加密方法，其特征在于，所述的步骤2中，加密处理的加密方法为：从级联混沌序列x
c
中拿出一个长度为m的子混沌序列X1用于置乱原始图像I
o
中m个非重叠块的位置，实现初步加密；从级联混沌序列x
c
拿出一个长度为M
×
N的子混沌序列X2，以块为最小单位进行每个块的块内n2个像素之间的置乱，实现二次加密；从级联混沌序列x
c
拿出一个长度为m的子混沌序列X3，每个块对应X3中一个混沌值，块内所有像素同这个混沌值做异或运算，实现三次加密。5.根据权利要求1所述的加密方法，其特征在于，所述的步骤3中，划分平滑块和粗糙块具体方法为：根据块内像素的多个最高有效位相关性的高低将块划分为平滑块和粗糙块，具体步骤为：首先将加密图像I
e
每个块中的像素p都利用式(2)转为二进制形式：将块内所有像素的某位一起拿出，即为这个块的某个位面，某个块的最上层的位面是由块内所有像素最高有效位组成的，记作E1，随后的位将依次记作E2‑
E8；若块的最高有效位面E1不是全零或全一，则该块为粗糙块；若块的最高有效位面E1为全零或全一，则该块为Ⅰ类型平滑块，若块最高有效位面E1与次高位面E2都为全零或者全一，则
该块为Ⅱ类型平滑块。6.根据权利要求1所述的加密方法，其特征在于，所述的步骤3中，位置图L的生成方法为：将平滑块用“1”来标记，粗糙块用“0”标记，故此位置图的长度即为m比特，其二进制位置图L的生成公式如下：7.根据权利要求1所述的加密方法，其特征在于，所述的步骤4中，对平滑块分类后，每个平滑块的前x＝{1,2,3,4,5,6,7}个位面都将通过位替代的方式被压缩，以供嵌入额外的数据，其平滑块类型越大可供嵌入的位平面数量越多，对粗糙块进行多MSB分块编码的具体步骤为：首先计算加密图像I
e
中粗糙块像素的预测值，其预测规则为：
①
第一个行第一列像素I
e
(1,1)的预测值为它本身；
②
如果当前像素位于第一行，则其左侧相邻像素的值为它的预测值；
③
如果当前像素位于第一列，则其上方相邻像素的值为它的预测值；
④
对于其他粗糙块像素I
e
(i,...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋连升，韩凯峰，肖照林，王战敏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：