基于分?jǐn)?shù)梅林變換的多圖像隱藏方法
【專利摘要】一種基于分?jǐn)?shù)梅林變換的多圖像隱藏方法，使用頻譜切割與拼接的方法對(duì)多幅待隱藏圖像進(jìn)行壓縮，將載體圖像和壓縮圖像分別分割為若干環(huán)域子圖并對(duì)各子圖實(shí)施不同階次的分?jǐn)?shù)梅林變換，使用一次Bezier曲線對(duì)所得結(jié)果以任意組合的方式進(jìn)行融合，用變換載體圖像相同的階次實(shí)施分?jǐn)?shù)梅林逆變換，得到含有待隱藏圖像信息的融合圖像。將分?jǐn)?shù)梅林變換的階次和融合系數(shù)作為密鑰，坐標(biāo)變換的中心坐標(biāo)及實(shí)施變換環(huán)域的內(nèi)半徑和外半徑作為次級(jí)密鑰。本發(fā)明利用離散余弦變換的實(shí)值性，對(duì)多幅圖像進(jìn)行壓縮，增大頻域處理方法中隱藏的信息量，利用分?jǐn)?shù)梅林變換加密，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗攻擊性和安全性。
【專利說(shuō)明】基于分?jǐn)?shù)梅林變換的多圖像隱藏方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息安全【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及圖像壓縮、加密和多圖像隱藏技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 信息隱藏技術(shù)在學(xué)術(shù)界是前沿的研究領(lǐng)域，世界各國(guó)對(duì)信息隱藏技術(shù)的研究產(chǎn)生 極大的興趣。信息隱藏技術(shù)和密碼學(xué)一樣都是致力于信息的保護(hù)，信息隱藏技術(shù)利用載體 自身的冗余將秘密信息隱藏于載體內(nèi)進(jìn)行隱蔽傳輸，同時(shí)由于人類感官不敏感，載體的感 覺(jué)效果和使用價(jià)值也不會(huì)受到影響，使攻擊者不易察覺(jué)，從而達(dá)到保護(hù)版權(quán)和秘密信息的 目的。圖像、視頻、語(yǔ)音、文本等都可作為載體，由于圖像具有生動(dòng)、形象、直觀的特點(diǎn)，又蘊(yùn) 含更多的信息量，加之人們較弱的視覺(jué)敏感度，所以圖像成為人們隱藏信息的理想載體。
[0003] 目前，圖像隱藏技術(shù)大多為空域處理和頻域處理兩大類型。一是在空域中用需要 隱藏的信息修改載體圖像的像素值，如最低有效位（Least Significant Bit, LSB)算法、最 重要意義比特位（Most Significant Bits, MSB)算法等。這類方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可隱藏的信 息量較大，但隱藏的信息易受破壞，魯棒性不高。二是將圖像變換到頻域中，將需要隱藏的 信息嵌入到頻域系數(shù)中，再反變換到空域，就得到含有隱藏信息的圖像，如離散余弦變換 (DCT)域、離散小波變換（DWT)域和擴(kuò)頻等。此類方法有較好的安全性、魯棒性，但是隱藏的 信息量有限。為了提高隱藏信息量，可以結(jié)合壓縮算法將多幅圖像先進(jìn)行壓縮處理，去掉冗 余，再進(jìn)行隱藏。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一是圖像隱藏技術(shù)與壓縮算法相結(jié)合，避免因隱藏多幅圖像信息 量大而影響載體圖像的效果和使用價(jià)值，為多圖像隱藏技術(shù)提供新的有效途徑。
[0005] 本發(fā)明的目的之二是根據(jù)設(shè)計(jì)密碼系統(tǒng)盡量引入非線性操作的基本準(zhǔn)則，引入分 數(shù)梅林變換，分?jǐn)?shù)梅林變換涉及對(duì)數(shù)一極坐標(biāo)變換，根據(jù)對(duì)坐標(biāo)中心變換的敏感性，所以對(duì) 圖像進(jìn)行環(huán)域操作，將待隱藏圖像和載體圖像分割為若干環(huán)域子圖，對(duì)各子圖實(shí)施不同階 次的分?jǐn)?shù)梅林變換，用不同的融合系數(shù)對(duì)變換結(jié)果以任意組合的方式進(jìn)行隱藏，融合系數(shù) 可作為密鑰。除了分?jǐn)?shù)階次可作為密鑰外，變換中心坐標(biāo)、環(huán)域半徑等也可作為密鑰，擴(kuò)大 密鑰空間，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。
[0006] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] (1)為了實(shí)現(xiàn)多幅圖像的隱藏，在隱藏之前對(duì)多幅待隱藏圖像進(jìn)行壓縮。根據(jù)圖 像經(jīng)過(guò)DCT變換后低頻部分代表圖像大部分信息的特點(diǎn)，將n(n > 2)幅大小均為MXN的 圖像經(jīng)離散余弦變換（DCT)變換后，將低頻部分使用頻譜切割和拼接的方法，拼接成大小 與載體圖像相同的圖像。對(duì)拼接后的頻譜圖像和載體圖像按相同的半徑分割成N個(gè)環(huán)域子 圖并分別實(shí)施Pi階分?jǐn)?shù)梅林變換，各子圖分?jǐn)?shù)梅林變換時(shí)，取距離軸離散化點(diǎn)的數(shù)目和 角度軸離散化點(diǎn)的數(shù)目相等，保證變換結(jié)果大小相等。用一次Bezier曲線對(duì)所得結(jié)果以任 意組合的方式按融合系數(shù)h進(jìn)行融合，再進(jìn)行Pi階分?jǐn)?shù)梅林逆變換，得到融合圖像。其中 i，j = 1，2,…，N。
[0008] (2)本發(fā)明所述的壓縮過(guò)程是：
[0009] 步驟1 :分別對(duì)n幅大小為MXN的待隱藏圖像進(jìn)行離散余弦變換（DCT)，得到n個(gè) 二維矩陣。
[0010] 步驟2 :每個(gè)二維矩陣的左上角元素是圖像的低頻部分，為便于頻譜切割，分別對(duì) n個(gè)二維矩陣進(jìn)行Zigzag掃描，形成n個(gè)一維矩陣。
[0011] 步驟3 :從第一個(gè)元素開(kāi)始以切割系數(shù)MXN/n對(duì)n個(gè)一維矩陣進(jìn)行切割，將所得 元素組成一個(gè)含有MXN個(gè)元素的一維矩陣，按行或列將其轉(zhuǎn)化為大小為MXN的二維矩陣， 從而實(shí)現(xiàn)多幅圖像壓縮。
[0012] (3)本發(fā)明所述的加密過(guò)程是：對(duì)壓縮后的頻譜圖和載體圖像按相同的坐標(biāo)中心 和半徑分割成若干環(huán)域子圖并依次進(jìn)行對(duì)數(shù)一極坐標(biāo)變換和分?jǐn)?shù)傅里葉變換，從而實(shí)現(xiàn)分 數(shù)梅林變換。主要依據(jù)是：
[0013] 分?jǐn)?shù)梅林變換的定義：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于分?jǐn)?shù)梅林變換的多圖像隱藏方法，其特征是對(duì)多幅待隱藏圖像壓縮，再對(duì) 壓縮圖像和載體圖像分別實(shí)施分?jǐn)?shù)梅林變換，用一次Bezier曲線對(duì)變換結(jié)果進(jìn)行融合，用 變換載體圖像相同的階次進(jìn)行分?jǐn)?shù)梅林逆變換，得到融合圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多圖像隱藏方法，其特征是將多幅待隱藏圖像進(jìn)行離散余弦 變換，切割低頻部分并拼接成一幅頻譜圖像；將頻譜圖像和載體圖像分別分割為若干環(huán)域 子圖并實(shí)施分?jǐn)?shù)梅林變換，用一次Bezier曲線以任意組合的方式將頻譜圖像各子圖分?jǐn)?shù) 梅林變換域的系數(shù)矩陣嵌入到載體圖像各子圖變換域的頻域系數(shù)上，用變換載體圖像相同 的階次進(jìn)行分?jǐn)?shù)梅林逆變換，得到從視覺(jué)角度上看與載體圖像相同的融合圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多圖像隱藏方法，其特征是按如下步驟實(shí)現(xiàn)多幅圖像的 隱藏和恢復(fù)： (1) 圖像壓縮： 步驟1 :分別對(duì)n幅大小為MXN待隱藏圖像進(jìn)行離散余弦變換，得到n個(gè)二維矩陣； 步驟2 :每個(gè)矩陣的左上角元素是圖像的低頻部分，為便于頻譜切割，分別對(duì)n個(gè)二維 矩陣進(jìn)行Zigzag掃描，形成n個(gè)一維矩陣； 步驟3 :從第一個(gè)元素開(kāi)始以切割系數(shù)MXN/n對(duì)n個(gè)一維矩陣進(jìn)行切割，將所得元素 組成一個(gè)含有MXN個(gè)元素的一維矩陣,將其按行或列轉(zhuǎn)化為大小為MXN的二維矩陣，記為 W(x，y)，從而實(shí)現(xiàn)多幅圖像壓縮； (2) 圖像的嵌入： 步驟1 :以載體圖像f(x，y)的幾何中心為圓心，以不同內(nèi)半徑和外半徑將圖像分割為N個(gè)環(huán)域子圖，記為(X，y),i= 1，2,…，N，對(duì)第i個(gè)環(huán)域進(jìn)行Pi階分?jǐn)?shù)梅林變換，變換得 到復(fù)值子圖為hi(X，y)，i= 1，2,…，N;按照以上相同的方式對(duì)頻譜圖像W(x，y)實(shí)施\階 分?jǐn)?shù)梅林變換得到復(fù)值子圖％(x，y)，j= 1，2,…，N;各子圖分?jǐn)?shù)梅林變換時(shí)，取距離軸離 散化點(diǎn)的數(shù)目numl和角度軸離散化點(diǎn)的數(shù)目num2相等，即numl=num2,保證比(X，y)和 Wj(X，y)大小相同，該過(guò)程的數(shù)學(xué)描述為：
其中
表示Pi、\階二維分?jǐn)?shù)梅林變換； 步驟2 和Wj以任意組合的方式用一次Bezier曲線線性插值進(jìn)行融合 gi(X，y)=比(X，y) (1-ki)+Wj(X，y)h (2-3) 其中h為融合系數(shù)，he(0，1);顯然，當(dāng)N越大時(shí)，即分割的環(huán)域越多，融合系數(shù)隨之 增多，增大密鑰空間，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性； 步驟3 :對(duì)gi (x，y)，i= 1，2,…，N進(jìn)行Pi階分?jǐn)?shù)梅林逆變換，再將變換結(jié)果相加即可 得到融合圖像，即
(3) 圖像的提?。? 步驟1 :按照分割載體圖像f(x，y)的內(nèi)半徑和外半徑分割融合圖像f' (x，y)并實(shí)施 Pi階分?jǐn)?shù)梅林變換，得到復(fù)值子圖像gi(X，y)，i= 1，2,…，N，即
步驟2 :根據(jù)（2-3)式的變形式恢復(fù)待隱藏圖像，對(duì)Wj(x，y)進(jìn)行tj階分?jǐn)?shù)梅林逆變換， 再將變換結(jié)果相加得到隱藏圖像W(x，y)，即
其中?丨表示&階二維分?jǐn)?shù)梅林逆變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的多圖像隱藏方法，其特征是隱藏過(guò)程中涉及的密鑰有分 數(shù)梅林變換的階次Pi和融合系數(shù)kp坐標(biāo)變換的中心坐標(biāo)及實(shí)施變換的環(huán)域內(nèi)半徑和 外半徑。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK104408681SQ201410612329
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】周南潤(rùn), 譚長(zhǎng)法, 朱啟標(biāo) 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)