一种保持差分直方图的最低比特位密写方法技术

一种保持差分直方图的最低比特位密写方法，属于隐蔽通信领域。该方法首先根据一个像素与其周围像素的差分，判断该像素是否可用于嵌入信息。然后，设计了一个基于差分变化矢量的代价函数，如果被嵌入的秘密比特与原始像素值的最低位不同，则根据该函数值对像素值进行调整，使差分直方图的变化量最小；否则不作改动。最后，根据像素变化的情况对差分变化矢量进行调整。本发明专利技术能够保持载密图像的差分直方图，可有效抵制基于像素差分分布的密写分析方法，具有较高的安全性。因此，本发明专利技术对隐蔽通信领域具有重要的实际意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多媒体信息安全及隐蔽通信领域，特别涉及ー种数字图像密写方法。
技术介绍
信息的安全传输技术是各种网络应用的一项基础工作，在军事、情报、国家安全等方面具有重要作用。早前，人们都是通过加密的方法来保护信息安全。传统的加密方法是通过将可识别的信息转变为无法识别的信息再进行传递。然而加密后的信息通常是ー串乱码，容易引起攻击者的怀疑。随着网络和计算机的普及，联网并行计算的技术也日趋成熟和普及，破解加密传输的数据也不无可能。因此，传统的加密方法安全性能较差。正是在这种形势下，密写技术作为信息安全领域中的一项新兴技术得到了迅速的发展。数字图像密写是在图像中嵌入不可察觉的秘密信息，以实现隐蔽通信的功能。该方法不易被第三方察觉，从而实现了数据的安全传输。目前，图像密写技术已经成为信息隐藏领域中的一大研究热点。 LSB (Least Significant Bit,最低比特位)密写是一种广泛采用的方法。它用秘密信息替换图像像素的最低比特位。该方法实现比较容易，而且可以隐藏大量的秘密信息。由于LSB密写仅改变载体图像的最低比特位，所以在视觉上无变化。但是，当秘密信息被嵌入到载体图像像素最低位后，像素灰度值之间的相关性会遭到破坏。RS (Regular-Singular,规则-奇异)密写分析方法根据这ー原理来检测秘密信息的存在性。在论文集《Lecture Notes in Computer Science (计算机科学讲义)》2001年2137卷的((An implementation ofkey-based digital signal steganography (一种基于钥匙的数字信号密写实现)》一文中公开了 LSB匹配密写。该密写方法通过对像素随机的+1或-I来实现秘密信息的嵌入，可有效抵制RS密写分析方法。但在期刊《Information Sciences (信息科学)》2010年 180期的《Steganalysis ofLSB matching based on statistical modelingof pixel difference distributions (基于像素差分分布统计建模的LSB匹配密写分析)》一文中公开了ー种像素差分分布密写分析方法。该文通过分析发现在LSB匹配密写的载密图像中，O差分值的数量急剧減少。利用这ー漏洞，提出了一种检测LSB匹配密写的密写分析方法。该分析方法建立了自然图像的差分分布统计模型，并根据载密图像中非零差分值的数量估计零差分值的数量。估计误差作为检测LSB匹配密写的特征量。该密写分析方法的提出使得LSB匹配密写的安全性大大降低了。
技术实现思路
本专利技术针对现有LSB匹配密写方法安全性能低这ー缺陷，设计了ー种可保持差分直方图的数字图像LSB密写方法，以实现信息的秘密传输。本专利技术的技术方案为ー种保持差分直方图的最低比特位密写方法，其特征在于包括秘密信息的嵌入和提取，设秘密信息共有N位秘密信息比特，其中第k位秘密信息比特记为秘密信息比特bk，k = 1，2，KN ;所述秘密信息的嵌入包括以下子步骤步骤1-1，输入预设的阈值Λ，并令差分变化矢量T(X) = Ο,Τ(χ)反映秘密信息嵌入前后差分直方图的变化；步骤1-2，依次从载体图像中取ー个像素进行处理，设当前处理的像素为Pi, j，Pi,j表示载体图像中第i行第j列的像素，计算像素Pi, j的8邻域像素的差分值，并根据所得差分值和预设的阈值Λ判断像素Py是否可用；步骤1-3，设待嵌入的秘密信息比特为bk，如果步骤1-2判断像素Pm可用，根据差分变化矢量T(X)将秘密信息比特bk嵌入像素Pm中，根据步骤1-2所得差分值修改差分变化矢量T(X)，然后进入步骤1-4 ;如果步骤1-2判断像素Pm不可用，取下一像素返回执行步骤1-2 ； 步骤1-4，计算嵌入秘密信息比特bk后的像素Pm的8邻域像素的差分值，并根据所得差分值和预设的阈值Λ判断嵌入秘密信息比特bk后的像素Pm是否可用，如果不可用，则进入步骤1-5，秘密信息比特bk将嵌入到下ー个像素；如果可用，设待嵌入的秘密信息比特为bk+1，进入步骤1-5 ；步骤1-5，返回步骤1-2依次从载体图像中取下一像素进行处理，直到秘密信息中N位秘密信息比特都嵌入并且有嵌入后的像素可用，得到载密图像；所述秘密信息的提取包括如下子步骤步骤2-1，依次从载密图像中取ー个像素进行处理，设当前处理的像素为Pm，Pm表示载体图像中第i行第j列的像素；计算像素Pm的8邻域像素的差分值，并根据所得差分值和预设的阈值Λ判断像素Pm是否可用；如果可用，通过提取像素Py的最低比特位得到秘密信息比特，进入步骤2-2 ；步骤2-2，返回步骤2-1依次从载密图像中取下ー个像素进行处理，直到秘密信息中N位秘密信息比特都提取完毕。而且，所述差分变化矢量T(X)的表达式如下T(X)=D' (X)-D(X)其中，χ为像素差分值，D(X)和D' (χ)分别为载体图像和载密图像的差分直方图函数。而且，步骤1-2、步骤1-4及步骤2-1中计算像素Pm的8邻域像素的差分值，按以下公式实现，(!⑴ニ卩しパしパ，d(2) = Pi, J-Pi-!, j,d (3) = Plj-Ph, jベ，d(4) = Pi,厂 Ph,j+1，d(5) = Pi, J+i-Pi,J7d(6) = Pwjjtl-Pijj,d(7) = Pi+1, J-Pi,」，d (8) = Pw^1-Pi, j，其中Pi, j-i、Pi, j+i、Pi-i, j、Pi+i, j、Pi-i, j-i、Pi+i, j-i、Pi-i, j+i、Pi+i, j+i、分力1 J表不像素 Pi, j 的上、下、左、右、左上、右上、左下、右下方的像素。而且，步骤1-2、步骤1-4及步骤2-1中，如果像素Py的差分值d(I)、d(2)、d(3)和d(4)中为O的个数小于阈值△，判断像素Py可用；否则不可用。而且，步骤1-3中，根据差分变化矢量T(X)将秘密信息比特bk嵌入像素Piij的实现方式如下，如果像素Pi, j的最低比特位等于秘密信息比特bk，像素Pi, j的值不变；反之，将像素Py的值按下式处理权利要求1.，其特征在于包括秘密信息的嵌入和提取，设秘密信息共有N位秘密信息比特，其中第k位秘密信息比特记为秘密信息比特bk，k = 1,2, KN ； 所述秘密信息的嵌入包括以下子步骤 步骤1-1，输入预设的阈值A，并令差分变化矢量T(X) =0,T(x)反映秘密信息嵌入前后差分直方图的变化； 步骤1-2，依次从载体图像中取一个像素进行处理，设当前处理的像素为Pm，Py表示载体图像中第i行第j列的像素，计算像素Pm的8邻域像素的差分值，并根据所得差分值和预设的阈值A判断像素Py是否可用； 步骤1-3，设待嵌入的秘密信息比特为bk，如果步骤1-2判断像素Pm可用，根据差分变化矢量T(X)将秘密信息比特bk嵌入像素Pm中，根据步骤1-2所得差分值修改差分变化矢量T(X)，然后进入步骤1-4 ;如果步骤1-2判断像素Pi, j不可用，取下一像素返回执行步骤1-2 ;步骤1-4，计算嵌入秘密信息比特bk后的像素Pm的8邻域像素的差分值，并根据所得差分值和预设的阈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘劲，吴谨，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：