一种基于相邻像素差异的自适应空域隐写方法技术

本发明专利技术提出一种基于相邻像素差异的自适应空域隐写方法，包括秘密信息的嵌入和秘密信息的提取两个步骤。本发明专利技术方法以图像中相邻的连续三个像素作为一个嵌入单元，通过改变每一个单元中间像素值达到信息隐藏的目的。在信息嵌入的过程中，隐写算法始终保持嵌入单元内各像素间的大小关系，并可通过一个参数根据图像本身内容自适应地调节嵌入信息的容量。经大量实验证明，本发明专利技术方法与现有的基于像素间差异的隐写方法相比具有更高的安全性和自适应能力。因此，对隐秘通信等应用领域有着十分重要的实际意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多媒体信息安全，隐秘通信领域。具体涉及到一种能根据图像 内容信息自适应嵌入且安全性能高的空域隐写方法。
技术介绍
随着数字多媒体、互网络技术的不断普及与发展，信息隐写技术的研究也 逐渐受到科研人员与军方机构等的重视。目前，数字图像数据的隐写方法可分 为空域隐写与频率域隐写两种。基于PVD (Pixel-Value Differencing)隐写是一种典型的空域隐写方法。 它的主要思想是根据图像相邻像素的差异确定嵌入秘密信息的多少相邻像素 差异大的区域多嵌信息，差异小则少嵌入。基于PVD的隐写方法虽然具有一定 的自适应性，但从目前的公布的方法上看，各相邻像素对的嵌入容量仍依赖于 一个人为预设的参数，而不依赖于图像内容本身；并且，这些方法即使在像素 间差异为0的区域也进行了信息嵌入，也即意味着图像的平滑区域也用于信息 的隐藏，这样隐写后图像的视觉质量会降低。更重要的是，目前基于PVD方法 往往会破坏图像中相邻像素间的大小关系，经大量的实验说明，这样会使得其 安全性能大大降低。
技术实现思路
本专利技术针对现有方法自适应能力差、安全性能不好等缺陷，设计一个自适 应能力强且安全性高的空域隐写方法，以实现信息的秘密传送。为了实现上述专利技术目的，采用的技术方案如下 ，包括秘密信总的嵌入和提 取两个步骤，所述信息的嵌入包括如下子步骤(11)图像分块旋转；(12)图 像数据重排与分组；(13)估计图像的嵌入容量；(14)修改嵌入单元中间像素 实现信息嵌入；(15)图像重旋转与阈值r的嵌入。所述步骤(11)图像分块旋转的具体方法是首先把待测图像/ (设其大小 为MxW )分解为无重叠大小的方块，设为S汰CZ),要求 & = 3/^eW,/ = l,2...,S, S^!]表示图像分块的总个数。然后利用第一密钥生 成出S个随机角度，其中角度的取值集合为,利用生成的角度 对图像中每 一个分块进行顺时针旋转；所述歩骤(12)图像数据重排与分组的具体方法是将步骤(1〗)中得到 的图像按行优先的顺序进行Zigzag的重排，得到一个行向量。并将该向量无重 叠地划分为]X3大小的嵌入单元。同时，初始化两个算法参数r与h其中r反 映相邻两像素间的差异，而*反映单个像素的最大嵌入比特数；所述步骤(13)估计图像的嵌入容量的具体方法是对于每一个嵌入单元if and ra"geg,+i = if and 歷g、+, = 7情况2: > & and > &+2if |《！>T and |《|>r 謂^g'", = if |《|>r and |c/2g:r m"g~. +i = if l廿r and |《|>r ra，g," = 情况3: g,々&+1》g,+2if |《|>r and |<i2|>r腦ge", = if |《|〉r and |i/2g:r謂取V," =if and |c/2|>:T腦g '"，=if Kl>r and |d2|>:Tra，g,,+i +r+iv."g,+2 -r-1]if WI>T and |d2gr 謂ge", 二 if and |t/2|>rra"geg',+l = 然后计算"=min(Ll。g21 m"geg, ' |丄"，其中| ra"geg,,+| |表示集合 ra，, 的兀素个数，若">0，则表示嵌入单元的嵌入容量为"比特，统计图像/中所有嵌入单元的嵌入总容量，若该容量大于所要嵌入二进制秘密信息M的长度，则转步骤(14)，否则将参数r减少为r-1，转步骤(13)重新估计图像的嵌入 容量，若r减至0，则表示图像/无足够空间嵌入给定的秘密信息M。理论证明当中间像素&+1在区域， ,+1中变化时，g,，g,+,，』与r的大小关系保持不变。如嵌入前&^<+1^,+2，g,|>r，则嵌入后同样有g,|>r，只要g:era"g^+,。此外，从以上的公式可以看到，区域ra"ge"的范围是不依赖于原始g,+,值，它仅取决于g,，gw和参数r。因此，在秘密信息的提取过程中，能得到相同的区域mw^"，从而保证能正确提取出秘密信息。所述步骤(14)修改嵌入单元中间像素实现信息嵌入的具体方法是根据 第二密钥生成的顺序遍历图像的每个嵌入单元，如对实现嵌入，首先 按照步骤(13)确定的中间像素可变动范围mMge&以及可嵌入的信息容量^从秘密信息M中顺序提取"比特数据并转为十进制数6 ，按如下公式改变g,+,为 《+1实现嵌入g',+1 = argmin{|e-g,+,川e_g, |三6(mod2"),e e脂 "} 重复本步骤直至所有的秘密信息均被嵌入；所述步骤(15)图像重旋转与阈值r的嵌入的具体方法是根据第- 密钥将经过步骤(14)处理后的每一个图像块进行逆时针旋转，并将步骤(13)的 参数r嵌入到一个预设的、不用于秘密信息嵌入的图像区域，生成隐写后图像。所述秘密信息的提取包括如下子歩骤(21)图像分块旋转；(22)图像数 据重排与分组；(23)提取各嵌入单元秘密信息。所述步骤(21)图像分块旋转与歩骤(22)图像数据重排与分组的具体方 法与秘密信息嵌入步骤(11)、 (12)中相应做法是一致的；所述步骤(23)对秘密信息的提取操作具体如下首先从图像预设的区域 抽取出参数r，然后根据第二密钥顺序遍历各嵌入单元，直至所有秘密信息均被提取。设待处理的单元为，若lg'w-^r且H^r，则跳至下 一个嵌入单元，否则按信息嵌入歩骤(13)计算出中间像素g',+,的变化范围，并计算 "=tnin (Lk)g」簡&, l丄A)得到该嵌入单元的嵌入量/7，通过计算6 i'+l 1~ 厶 s ,.+1 」6 — g'w-g, I (mod2")得到嵌入在该单元秘密信息的十进制表示，最后把6转为二进 制数得到n比特的秘密信息。本专利技术主要利用了图像中连续三个像素间的大小关系，并通过改变中间的 像素值实现秘密信息的嵌入。能够根据图像本身内容自适应地实现秘密信息的 嵌入，且在嵌入过程中能尽量保持图像原有像素间的大小排序关系，使得隐写 后图像的不可察觉性和安全性都较高，从而对信息的秘密传输起到十分重要的 作用。附图说明图1为本专利技术秘密信息的嵌入、提取流程示意图，其中(a)为信息嵌入流 程图，(b)为信息提取流程图2为图像无重复分块与分块随机顺时针旋转示意图； 图3图像以行优先顺序Zigzag重排示意图； 图4图像重排后嵌入单元分组示意图5嵌入单元中三个像素与参数r的四种大小关系示意图6图像无重复分块与分块随机逆时针旋转示意图7在不同隐写方法下，隐写后图像与原始图像的差异示意图其中(a) 为原始的测试图像；(b)为采用本专利技术；(c)为采用Original PVD方法；(d)为采用 IPVD方法；(e)为采用PVD-LSB方法；(f)为采用Adaptive-Edge方法；图8为对比Adaptive-Edge与本专利技术在平滑区域的视觉效果(a)是利用 Adaptive-Edge方法隐写后局部区域的等高线图；(b)是利用本专利技术的等高线图9为在不同嵌入容量下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相邻像素差异的自适应空域隐写方法，包括秘密信息的嵌入和秘密信息的提取两个步骤，其特征在于所述秘密信息的嵌入包括如下子步骤：　（１１）将图像进行分块，并根据第一密钥生成的角度对每一个图像分块随机进行顺时针角度旋转；　（１２ ）将旋转后的图像按行优先顺序排列为一个行向量，并将该向量划分为无重叠区域的１×３大小的嵌入单元，初始化两个参数Ｔ与ｋ，其中Ｔ反映相邻两像素间的差异，而ｋ反映单个像素最大嵌入的比特数；　（１３）估计图像的嵌入容量，对每个嵌入单元，如［ｇ ↓［ｉ］，ｇ↓［ｉ＋１］，ｇ↓［ｉ＋２］］，首先根据中间像素ｇ↓［ｉ＋１］与前后两个像素的差值及与参数Ｔ间的关系，确定ｇ↓［ｉ＋１］的可变化的范围ｒａｎｇｅ↓［ｇ′↓［ｉ＋１］］，然后通过ｒａｎｇｅ↓［ｇ′↓［ｉ＋１］］与参数ｋ得到嵌入单元［ｇ↓［ｉ］，ｇ↓［ｉ＋１］，ｇ↓［ｉ＋２］］的嵌入容量ｎ，若图像各嵌入单元的总容量小于要嵌入秘密信息Ｍ的容量，则修改参数Ｔ，并重新估计图像容量，否则进行下一步骤；　（１４）根据第二密钥生成的顺序遍历图像的每个嵌入单元，如待处理的单元 为［ｇ↓［ｉ］，ｇ↓［ｉ＋１］，ｇ↓［ｉ＋２］］，按照步骤（１３）方法确定其中间像素的可变动范围ｒａｎｇｅ↓［ｇ′↓［ｉ＋１］］及可嵌入的信息容量ｎ，然后从秘密信息Ｍ中顺序提取ｎ比特数据并转为十进制数ｂ，按如下公式改变ｇ↓［ｉ＋１］为ｇ′↓［ｉ＋１］实现嵌入：　ｇ′↓［ｉ＋１］＝＊｛｜ｅ－ｇ↓［ｉ＋１］｜‖ｅ－ｇ↓［ｉ］｜≡ｂ（ｍｏｄ２↑［ｎ］），ｅ∈ｒａｎｇｅ↓［ｇ′↓［ｉ＋１］］｝　重复本步骤直至所有的秘密信息均被嵌入；　（１５）根据第一密钥生成的角度将 每一个图像分块进行逆时针旋转，并将步骤（１３）估计得到的参数Ｔ嵌入到一个预设的、不用于秘密信息嵌入的图像区域中，生成隐写后的图像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：骆伟祺，黄方军，黄继武，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]