一種數(shù)字圖像隱寫方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)字圖像隱寫方法，用于在大小為M×N的載體圖像C中插入秘密信息，本發(fā)明提供的方法都會對隱寫圖像的直方圖改變進行補償，最終使隱寫圖像的直方圖與原始載體圖像直方圖相差無幾，能抵御卡方檢測、RS分析、隱寫圖像一階統(tǒng)計分析檢測，同時保持較小的相對熵，即隱寫術(shù)系統(tǒng)具有較高的安全性了。
【專利說明】一種數(shù)字圖像隱寫方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種修改盈虧補償?shù)臄?shù)字圖像隱寫方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隱寫術(shù)是利用文本、聲音、圖像以及視頻等多媒體中的冗余和人類感官冗余，把信 息隱藏在多媒體中，通過公共網(wǎng)絡(luò)傳送出去而實現(xiàn)了的隱蔽通信。隱寫術(shù)不但隱藏了通信 的內(nèi)容，同時隱藏了通信的事實。由于網(wǎng)絡(luò)上圖像的大量存在以及圖像數(shù)據(jù)的冗余大、可嵌 入秘密信息的容量也大等特點，目前主流的隱寫術(shù)是以圖像為載體的。不可感知性是隱寫 術(shù)重要的特性，也叫透明性或者抗檢測性能。它包含視覺不可感知性或者統(tǒng)計不可感知性， 通過改進隱寫術(shù)實現(xiàn)方法，或者選擇合適的隱寫載體，或者改善載體圖像與秘密信息之間 的匹配關(guān)系，都可以提高隱寫術(shù)的不可感知性。
[0003] 隱寫術(shù)不同于傳統(tǒng)加密技術(shù)，加密技術(shù)是以密碼學(xué)為理論基礎(chǔ)，對明文進行加密 變換來隱藏通信內(nèi)容，難以掩蓋通信發(fā)生的事實，而密文傳輸易引起敵方的懷疑，進而可能 被截獲、攻擊或破譯。隱寫術(shù)彌補了密碼技術(shù)隱蔽性的不足，它是通過將通信內(nèi)容秘密地隱 藏在公開載體媒體中進行傳送，以掩蓋真正的通信目的和通信發(fā)生的事實。隱寫術(shù)與密碼 學(xué)不是競爭關(guān)系，二者可以相互補充，進一步保證隱蔽通信的安全性。
[0004] 現(xiàn)有的圖像隱寫方法中應(yīng)用比較多的兩種方法為LSB方法和LSB Matching方法。 LSB(Least Significant Bit)方法是空間域方法里最簡單的圖像隱寫方法，由Trikel等人 于1993年提出。該方法將圖像的像素值（以8位的灰度圖像為例）劃分為8個平面，每個 平面對圖像質(zhì)量的影響不一樣，平面從最高位到最低位，分別代表8位的二進制像素值從 高到低；從高到低依次對圖像質(zhì)量的影響依次下降，最低幾位對圖像整體質(zhì)量的改變作用 很小。故將圖像中這些不重要的位的像素值用秘密信息替換，這是LSB方法的核心嵌入過 程。在嵌入過程中，可以順序嵌入或者隨機間隔插入。由于LSB算法的單一的奇偶值變換 的特性，使其安全性降低，無法抵抗卡方檢測和RS攻擊等分析方法，而且其魯棒性很差，同 時但這種方法得到的載密圖像不可感知性好，且嵌入的信息量較大，但是通過直方圖檢測 發(fā)現(xiàn)，該方法抗攻擊能力弱。
[0005] 為了抵御卡方檢驗等方法，有人提出LSB matching方法，LSB matching方法基本 上與LSB方法相似，只改變了最后的處理方式，若秘密信息的比特位與嵌入點的像素值最 低位相同，則原像素值不變，若不同，則將嵌入點的像素值隨機加一或減一。LSB matching 方法雖然有效地避免了 LSB方法的奇偶不對稱性，但這種算法在直方圖保持特性上存在缺 陷，用該算法對圖像進行隱寫，會使直方圖的改變非常明顯，易被針對直方圖特性的分析算 法攻擊。為了保持直方圖的改變，張新鵬等提出了非線性優(yōu)化等方法，但是這些方法的算法 復(fù)雜度較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種能使直方圖特性基本 保持不變的數(shù)字圖像隱寫方法。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種數(shù)字圖像隱寫方法，用于在 大小為MXN的載體圖像C中插入秘密信息，插入的秘密信息記為e [0，1]，載體圖像C 中的像素值為Cy e [0,255], 」e [0,1]為的最低位,插入秘密信息后圖像稱為隱 寫圖像記為S，其中，i = 0，1，...，M-1，j = 0，1，...，N-1，其特征在于：
[0008] 在秘密信息插入載體圖像之前，先設(shè)置一個直方圖改變追蹤器h[n], n e [0, 255]，直方圖改變追蹤器h[n]用于記錄秘密信息插入載體圖像后造成載體圖像直方圖改 變盈虧的狀況，對于所有的n，在沒有進行秘密信息插入前h [η]初始值為0 ;
[0009] 秘密信息插入載體圖像C的過程中，分以下三種情況進行分別處理：
[0010] (1)、當(dāng)插入到載體圖像C中點的像素值為255時，即Ci,j = 255，此時，Ci,j的最低 位li, j = 1 ;當(dāng)插入的秘密信息nii, J為0時，該點的像素值減1處理，即Si, j = Ci,廠1，得到 254作為隱寫圖像S該點的像素值，同時令h[254] = h[254]+l，令h[255] = h[255]_l ;當(dāng) 插入的秘密信息為1時，載體圖像C該處的像素值不做任何改變；
[0011] (2)、當(dāng)插入到載體圖像C中點的像素值為0時，即Ci,j = 0，此時，Ci,j的最低位li, j = 0 ;當(dāng)插入的秘密信息為0時，載體圖像C該點的像素值不做任何改變，當(dāng)插入的秘 密信息為1時，該點的像素值加 1處理，即Si,j = Ci,j+1，得到1作為隱寫圖像S該點的 像素值，同時令 h[0] = h[0]-l,令 h[l] = h[l]+l ；
[0012] (3)、當(dāng)插入到載體圖像C中點Ci,j的像素值不為0或255的其他值時，比較 Ci,」的 最低位li, j與插入的秘密信息nii,」；
[0013] 當(dāng)」=j時,載體圖像C該點的像素值不做任何改變；
[0014]當(dāng) li,」關(guān) nii,判斷 h[Ci,」+1]與 大?。?br> [0015] 如果hh.j+l] >1ι[(：Μ-1]，即直方圖改變追蹤器記錄著秘密信息嵌入到當(dāng)前的像 素點時具有如下的盈虧情況：像素值為Cq+Ι的直方圖改變比像素值為Cq-Ι的直方圖改 變有更多的盈余，或者更少的虧損，或者Cq+Ι的直方圖改變有盈余，而Cq-1的直方圖改 變處于虧損狀態(tài)，那么令則Si,j = Ci,rl,同時令htcy-l] = h[Ci,廠1]+1，這樣像素值為Ci, j_l的直方圖的虧損狀況得到及時補償或者不要使得cM+l的直方圖改變盈余過大；同時刷 新Α,」改變情況=h[Ci,」]-1 ；
[0016] 如果h[Ci,j+l] < h[Ci,j-l]，則盈虧情況正好與上面相反，那么令Si,j = Ci,j+1，同 時令h[cM+l] =h[cM+l]+l，這樣cM+l的直方圖的虧損狀況得到及時補償或者不要使得 A, j-Ι的直方圖改變盈余過大，同時刷新cy的改變情況：h[cu] = h[CijJ]-l ；
[0017] 如果h[Ci,j+l] = h[Ci,j-l]，隨機應(yīng)用下列a處理方式或b處理方式：
[0018] a處理方式：Si, j = j-Ι,同時令h[Ci,廠1] = htc^廠1]+1，然后刷新」的改變 情況：h[Ci, j] = h[Ci, j]_l,
[0019] b處理方式：Si, j = j+1,同時令h[Ci,」+l] = h[cu」+l]+l,然后刷新」的改變 情況：h[Ci, j] = h[Ci, j]_l。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：在每次插入秘密信息時，本發(fā)明提供的方法 都會對隱寫圖像的直方圖改變進行補償，最終使隱寫圖像的直方圖與原始載體圖像直方圖 相差無幾，能抵御卡方檢測、RS分析、隱寫圖像一階統(tǒng)計分析檢測，同時保持較小的相對熵， 即隱寫術(shù)系統(tǒng)具有較高的安全性了。
【權(quán)利要求】
1. 一種數(shù)字圖像隱寫方法，用于在大小為MXN的載體圖像C中插入秘密信息，插入的 秘密信息記為叫,」e [0，1]，載體圖像C中的像素值為Ci,j e [0,255], 1" e [0,1]為cu j的最低位，插入秘密信息后圖像稱為隱寫圖像記為S，其中，i = 0,1,2,…M-l，j = 0,1, 2，…N-1，其特征在于： 在秘密信息插入載體圖像之前，先設(shè)置一個直方圖改變追蹤器h[n]，n e [0，255]，直 方圖改變追蹤器h[n]用于記錄秘密信息插入載體圖像后造成載體圖像直方圖改變盈虧的 狀況，對于所有的n，在沒有進行秘密信息插入前h [η]初始值為0 ; 秘密信息插入載體圖像C的過程中，分以下三種情況進行分別處理： (1)、當(dāng)插入到載體圖像C中點的像素值為255時，即Ci,j = 255，此時，Ci,j的最低位 j = 1 ;當(dāng)插入的秘密信息πιΜ為0時，該點的像素值減1處理，即Si,j = Ci,j_l，得到254作 為隱寫圖像S該點的像素值，同時令h[254] = h[254]+l，令h[255] =h[255]_l ;當(dāng)插入的 秘密信息為1時，載體圖像C該處的像素值不做任何改變； (2)、當(dāng)插入到載體圖像C中點的像素值為0時，即Ci,j = 0，此時，Ci,j的最低位= 0 ;當(dāng)插入的秘密信息為0時，載體圖像C該點的像素值不做任何改變，當(dāng)插入的秘密信 息πιΜ為1時，該點的像素值加 1處理，即Si,j = Ci,」+1，得到1作為隱寫圖像S該點的像素 值，同時令 h[0] = h[0]-l,令 h[l] = h[l]+l ； (3)、當(dāng)插入到載體圖像C中點Ci, j的像素值不為0或255的其他值時，比較Ci, j的最 低位li,」與插入的秘密信息nii,」； 當(dāng)」=m^j時，載體圖像C該點的像素值不做任何改變； 當(dāng)li,」關(guān)nii,判斷h[Ci, j+Ι]與的大?。? 如果 h[Ci, j+1] > h[Ci, j_l]，令 Si,」=「I,同時令 h[Ci,「1] = h[cu 廠1]+1，同時刷 新A,」改變情況=h[Ci,」]-1 ； 如果 h[Ci, j+1] < h[Ci, j_l]，令 Si,」=j+1,同時令 h[Ci,」+l] = h[cu j+l]+l,同時刷 新Α,」的改變情況=htc^ j]-l ； 如果h[Ci, j+1] = h[Ci, j-1],隨機應(yīng)用下列a處理方式或b處理方式： a處理方式=c^j-1,同時令hUcy-l] = 1ι[(^,」-1]+1,然后刷新Cy的改變情況： h[Ci,」]=h[Ci,」]-1, b處理方式=c^j+1,同時令1ι[(^,」+1] = 1ι[(^,」+1]+1,然后刷新Cy的改變情況： h[Ci,」]=h[Ci,」]-1。
【文檔編號】G06T1/00GK104050624SQ201410277228
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】楊任爾, 陶順, 鄭紫微, 丁石磊, 江寶釧, 劉俊 申請人:寧波大學(xué)