基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法，按照角色分为三个部分：第一部分，对于内容所有者，先后使用MED、算术编码压缩、四叉树编码方法压缩，嵌入秘密数据，得到加密后的八个位面，合并为一张加密后的M*N灰度图像；第二部分，对于数据隐藏者，将该图像转成八个平行位面，得到嵌入秘密数据的八个位面，合并为一张加密嵌入秘密数据处理后的M*N灰度图像；第三部分，对于图像接收者，分割成平行的八个位面，得到解密后的八个位面，根据不同的标记识别出组合块混合块，并分别进行还原，得到原图。本发明专利技术方法，提升了方法嵌入容量，有良好的可移植性。有良好的可移植性。有良好的可移植性。

【技术实现步骤摘要】
基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法


[0001]本专利技术属于可逆数据隐藏
，涉及一种基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法。

技术介绍

[0002]随着各类信息安全事件的频发，从国家到个人都越来越注重隐私保护。作为一种特殊的信息隐藏技术，可逆数据隐藏可以实现在图像中嵌入特定用途的附加数据，接收者可根据秘钥类型提取数据或无失真地恢复原图。近年来该技术已广泛应用于军事通信、医学影像和法律论证等对图像内容敏感的领域，目前该技术又被应用于加密图像中，发展出加密图像的可逆数据隐藏方法(RDIEI)，在许多注重隐私保护的场景下，RDHEI技术都有较强的应用价值。比如在云环境下，原始图像在传输到云端之前往往需要进行加密，RDHEI可以完美地应用于此场景，在保护原始图像的同时也能保障信息安全性。因而针对加密图像的可逆数据隐藏方法受到越来越广泛的关注，有越来越广泛的应用领域。
[0003]纵观目前现有的加密图像可逆数据隐藏技术方案：虽然保证了图像的安全性，但加密导致图像的冗余度降低，其载荷量要低于明文域的RDH技术，即无法同时实现高嵌入容量、完全可逆性和安全性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法，解决了现有技术中存在的自主创新性不足、冗余空间未充分利用，难于保证安全性和完全可逆性的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法，按照角色分为三个部分，按照以下步骤实施：
[0006]第一部分，对于内容所有者，处理过程如下：
[0007]步骤1、将像素大小为M
×
N的灰度图像，使用MED方法预测，得到预测后的新的灰度图像Predict_I；
[0008]步骤2、将步骤1得到的八个位面中的最高位面使用算术编码压缩，得到该位面的编码；
[0009]步骤3、从高位面往低位面处理，对除MSB以外的位面，使用四叉树编码方法压缩，得到对应的四叉树编码；
[0010]步骤4、将所得到的各个位面的编码从MSB到低位面重新排列，将LSB腾出来用于嵌入秘密数据；
[0011]步骤5、使用matlab的随机种子产生一串由0和1组成的随机数列，产生八个与位面大小相同的M*N的随机矩阵，将每个随机矩阵与步骤3、步骤4中处理过的八个位面异或，得到加密后的八个位面Encypted_Bitpane1,Encypted_Bitpane2,...,Encypted_Bitpane8；
[0012]步骤6、将步骤5加密后的八个位面合并为一张加密后的M*N灰度图像Encypted_I，
发送给数据隐藏者，
[0013]第二部分，对于数据隐藏者，处理过程如下：
[0014]步骤I、将内容所有者发送的处理过的M*N灰度图像Encypted_I转成平行的八个位面Encypted_B1,Encypted_B2,...,Encypted_B8，使用该式将单个像素转成对应的八位二进制，进而将该图像转成八个平行位面；
[0015]步骤II、对内容所有者标记的可嵌入秘密数据的位置，使用位置换的方式，将步骤I得到的八个位面Encypted_B1,Encypted_B2,...,Encypted_B8的二进制位替换为秘密数据的二进制位，得到嵌入秘密数据的八个位面Embed_Bitplane1,Embed_Bitplane2,...,Embed_Bitplane8；
[0016]步骤III、将步骤II得到的嵌入秘密数据的八个位面合并为一张加密嵌入秘密数据处理后的M*N灰度图像Processed_I，发送给数据隐藏者，
[0017]第三部分，对于图像接收者，处理过程如下：
[0018]步骤A、将接收到的处理后的M*N灰度图像Processed_I分割成平行的八个位面Processed_Bitplane1,Processed_Bitplane2,...,Processed_Bitplane8；
[0019]步骤B、对步骤A中分割好的八个位面从高位面往低位面扫描，根据图像的嵌入秘钥，找到秘密数据所在的位置，该嵌入秘钥记录了分块类型，
[0020]对于同色块，左上角八位为标记数据，其余位置即为秘密数据；对于混色块，根据右下角位置判断该块是否可压缩，如果是，则继续读取，得到该混色块的可嵌入量，提取对应数目的秘密数据；直到所有块扫描处理完成，便可提取出嵌入的所有秘密数据；
[0021]步骤C、将步骤A中分割好的八个位面与步骤6.1)图像加密时所使用的八个随机矩阵分别做异或运算，得到解密后的八个位面
[0022]Decrypted_Bitplane1,Decrypted_Bitplane2,...,Decrypted_Bitplane8，根据不同的标记识别出组合块混合块，并分别进行还原，得到原始图像，即成。
[0023]本专利技术的有益效果是，包括以下几个方面：
[0024]1)本专利技术方法创新性的将四叉树编码压缩和算术编码压缩方法结合，实现了对图像位面的自适应编码，利用算术编码充分压缩MSB，其他位面使用更灵活的四叉树分块编码方式，对图像冗余空间充分挖掘，为后续各类基于分位面压缩思想的可逆数据隐藏算法，起到了一定的推动作用。
[0025]2)本专利技术方法针对原图图像相邻像素的相似性有限的问题，使用MED中间边缘预测方法，得到了相邻像素值更为接近的预测误差图像，有效补充了原图图像像素之间相似性不够的短板，为后续操作提供了更大的施展空间。
[0026]3)本专利技术方法区别于其他可逆数据隐藏算法，改进了对MSB冗余空间的挖掘方法，由于MSB的高度稀疏性，创新性的对MSB位面统一使用算术编码压缩，使得本专利技术方法的可嵌入容量得到进一步提升。
[0027]4)本专利技术方法不仅应用于灰度图像领域中，也可推广到彩色图像、VR、AR、MR、3D立体图像等新型多媒体数据的可逆数据隐藏中。
附图说明
[0028]图1是本专利技术方法的流程图；
[0029]图2是本专利技术方法采用的腾出空间具体策略方法示意图；
[0030]图3是本专利技术方法采用的MED中间边缘预测方法示意图；
[0031]图4是本专利技术方法采用的预测误差图分位面示意图；
[0032]图5是本专利技术方法采用的四叉树分块示意图；
[0033]图6是本专利技术方法采用的四叉树编码示意图；
[0034]图7是本专利技术方法采用的位面嵌入数据的示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0036]参照图1，本专利技术的基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法，先腾出空间，再加密，得到加密图像；然后进行秘密数据嵌入；最后，接收者根据得到的秘钥情况，恢复原始图像、提取嵌入数据。本专利技术方法的核心内容在于加密前腾出空间的预处理工作，流程如图2所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法，其特征在于，按照角色分为三个部分，按照以下步骤实施：第一部分，对于内容所有者，处理过程如下：步骤1、将像素大小为M
×
N的灰度图像，使用MED方法预测，得到预测后的新的灰度图像Predict_I；步骤2、将步骤1得到的八个位面中的最高位面使用算术编码压缩，得到该位面的编码；步骤3、从高位面往低位面处理，对除MSB以外的位面，使用四叉树编码方法压缩，得到对应的四叉树编码；步骤4、将所得到的各个位面的编码从MSB到低位面重新排列，将LSB腾出来用于嵌入秘密数据；步骤5、使用matlab的随机种子产生一串由0和1组成的随机数列，产生八个与位面大小相同的M*N的随机矩阵，将每个随机矩阵与步骤3、步骤4中处理过的八个位面异或，得到加密后的八个位面Encypted_Bitpane1,Encypted_Bitpane2,...,Encypted_Bitpane8；步骤6、将步骤5加密后的八个位面合并为一张加密后的M*N灰度图像Encypted_I，发送给数据隐藏者，第二部分，对于数据隐藏者，处理过程如下：步骤I、将内容所有者发送的处理过的M*N灰度图像Encypted_I转成平行的八个位面Encypted_B1,Encypted_B2,...,Encypted_B8，使用该式将单个像素转成对应的八位二进制，进而将该图像转成八个平行位面；步骤II、对内容所有者标记的可嵌入秘密数据的位置，使用位置换的方式，将步骤I得到的八个位面Encypted_B1,Encypted_B2,...,Encypted_B8的二进制位替换为秘密数据的二进制位，得到嵌入秘密数据的八个位面Embed_Bitplane1,Embed_Bitplane2,...,Embed_Bitplane8；步骤III、将步骤II得到的嵌入秘密数据的八个位面合并为一张加密嵌入秘密数据处理后的M*N灰度图像Processed_I，发送给数据隐藏者，第三部分，对于图像接收者，处理过程如下：步骤A、将接收到的处理后的M*N灰度图像Processed_I分割成平行的八个位面Processed_Bitplane1,Processed_Bitplane2,...,Processed_Bitplane8；步骤B、对步骤A中分割好的八个位面从高位面往低位面扫描，根据图像的嵌入秘钥，找到秘密数据所在的位置，该嵌入秘钥记录了分块类型，对于同色块，左上角八位为标记数据，其余位置即为秘密数据；对于混色块，根据右下角位置判断该块是否可压缩，如果是，则继续读取，得到该混色块的可嵌入量，提取对应数目的秘密数据；直到所有块扫描处理完成，便可提取出嵌入的所有秘密数据；步骤C、将步骤A中分割好的八个位面与步骤6.1)图像加密时所使用的八个随机矩阵分别做异或运算，得到解密后的八个位面Decrypted_Bitplane1,Decrypted_Bitplane2,...,Decrypted_Bitplane8，根据不同的标记识别出组合块混合块，并分别进行还原，得到原始图像，即成。2.根据权利要求1所述的基于最高位保留和四叉树编码压缩的可逆数据隐藏方法，其特征在于，步骤1中，具体过程是：
1.2)将大小为M
×
N的灰度图像的第一行第一列像素作为参考像素，预测像素的像素预测值根据其相邻的左侧像素、上侧像素和左上侧像素计算得出，计算式如式(1)：其中，x1,x2,x3为所需计算预测值像素x的相邻像素，px表示x像素的预测值；max函数为计算最大值函数，min函数为计算最小值函数；1.2...

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