專利名稱：一種基于圖像位平面曲線簇的信息隱藏的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于圖像位平面曲線簇的信息隱藏的方法，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域尤 其是信息隱藏技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，Internet上傳遞的信息急劇膨脹，信息安 全問題變得越來越重要。信息隱藏是信息安全的一個重要分支，它依據(jù)載體的冗余特性將 秘密信息嵌入到載體之中，或者說，攜帶秘密信息的多媒體不影響人的視覺、聽覺或觸覺效 果，不影響正常使用。常用的載體均為數(shù)字化媒體，比如數(shù)字圖像、音頻、文本等。信息隱 藏技術(shù)包含了四個分支(1)隱蔽信道在多級安全水平的系統(tǒng)環(huán)境中，那些既不是專門設(shè) 計的也不打算用來傳輸信息的通信路徑稱為隱蔽信道。(2)匿名通信尋找各種途徑來隱 蔽通信消息的主體，即消息的發(fā)送者和消息的接收者。(3)隱寫術(shù)信息隱藏的重要分支， 研究如何隱藏信息存在的事實，即把重要的消息嵌入到不重要的載體消息中，以實現(xiàn)消息 的秘密傳輸。(4)數(shù)字水印水印在一般情況下也是不可感知的，是嵌入在載體中的少量信 息，一般與載體是有關(guān)的，用于標明載體的所有者等信息。信息隱藏一般均指隱寫術(shù)或隱 寫。信息隱藏和加密的主要區(qū)別從目的上來說，不論是加密還是信息隱藏都是為了 實現(xiàn)安全通信。然而加密和信息隱藏有本質(zhì)的區(qū)別，加密實際上是進行一種變換，將一段明 文變成一段非接收者無法理解的密文。而信息隱藏則試圖掩蓋秘密信息存在這一事實。隨 著計算機軟件硬件技術(shù)的發(fā)展，密碼的破譯能力越來越強，迫使人們對加密算法的強度提 出越來越高的要求。不僅如此，在有些領(lǐng)域密碼學是無能為力的。因為加密密文一旦譯成 明文之后，也就失去了密碼的保護能力，如在版權(quán)認證，操作跟蹤等應(yīng)用中，密碼學就不能 解決相關(guān)的保密問題。解決這些問題就要依賴于信息隱藏技術(shù)。另外，由于密碼術(shù)利用隨 機性來對抗密碼攻擊，而密文的隨機性同時也暴露了消息的重要性，即使密碼的強度足以 使得攻擊者無法破譯密文，但是攻擊者通常有足夠的手段進行破壞，從而使得消息無法接 收或者接收到虛假的消息。密文容易引起攻擊者的注意是密碼學的一個顯著缺點。信息隱 藏掩蓋了秘密信息存在的事實，使得敵手無法確切地知道是否有秘密消息的存在。LSB替換法在空域信息隱藏方法中，LSB(Least Significant Bit，最不重要位簡 稱LSB)替換方法是最早提出的。LSB替換方法是一種簡單的數(shù)據(jù)嵌入算法，任何秘密數(shù)據(jù) 都可以轉(zhuǎn)化為一串二進制比特流流。數(shù)字圖像包括彩色圖像和灰度圖像。它的像素值均在 0-255之間，每個像素值可表示為8位的二進制數(shù)，表示該點的亮度。圖像高位平面對圖像 視覺質(zhì)量影響較大，而改變圖像最低幾個位平面并不會對圖面質(zhì)量產(chǎn)生顯著下降。利用此 原理，將秘密信息替代載體圖像的低位平面以實現(xiàn)信息嵌入。但依然存在以下缺陷1、秘密 信息嵌入算法簡單，容易受到攻擊；2、嵌入密鑰的安全性差，容易破譯；3、對圖像的質(zhì)量影 響大。在信號的頻域(變換域)中進行信息隱藏具有較好的魯棒性。一幅圖像經(jīng)過時域到頻域的變換后，可秘密信息嵌入到圖像的顯著區(qū)域。目前主要的變換域方法有離散余弦變換(DCT)、離散小波變換(DWT)和離散傅里葉變換(DFT)等。它們的思想主要是對圖像載 體進行變換，將秘密信息隱藏到各種變換后的系數(shù)之中，實現(xiàn)秘密信息的嵌入。此種技術(shù)存 在以下不足1、變換復雜，計算量較大；2、目前針對上述變換的攻擊算法以成熟，使用安全性差。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有信息隱藏技術(shù)的缺陷，提出一種基于圖像位平面的曲線簇信息隱藏的方 法，采用如下技術(shù)方案—種基于圖像位平面曲線簇的信息隱藏方法，包括以下步驟(1)秘密信息文件的預(yù)處理，將秘密信息文件轉(zhuǎn)換為二進制比特流；(2)獲取載體位平面；(3)設(shè)定已知曲線，該曲線和步驟(2)獲取的位平面在X-Y坐標系內(nèi)的同一象限 內(nèi)；利用該曲線形成曲線簇；(4)確定滑動塊，所述滑動塊在所述曲線簇上滑動，形成多個一定寬度的帶狀區(qū) 域；(5)在所述位平面的X軸方向或Y軸方向，設(shè)定一個或幾個區(qū)間；(6)嵌入秘密信息在步驟(5)設(shè)定的區(qū)間與步驟(4)獲得的帶狀區(qū)域的交叉范 圍內(nèi)嵌入秘密信息。所述的信息隱藏方法，所述步驟(2)中獲取1個或2個或3個位平面。所述的信息隱藏方法，將所述已形成的2或3個位平面組合到一個平面上。所述的信息隱藏方法，在所述2個位平面中使用不同的曲線簇。所述的信息隱藏方法，在所述3個位平面中采用2或3種不同的曲線簇。所述的信息隱藏方法，所述步驟(3)中形成曲線簇的方法為將該曲線上下移動 或左右移動或以某一點旋轉(zhuǎn)一定角度或按任意角度旋轉(zhuǎn)后上下或左右移動。本發(fā)明解決了以下問題(1)基于LSB替換方法的安全性較差的問題，增大攻擊的難度；(2)隱藏區(qū)域不再集中，可以在最低三個位平面的任意面內(nèi)嵌入隱秘信息；(3)嵌入信息的位置在劃定一個或幾個區(qū)間內(nèi)；(4)提高隱藏秘密信息的區(qū)域的復雜性。


圖1本發(fā)明方法的流程圖；圖2—字節(jié)8bit位的8個位平面；圖3本發(fā)明實施例中預(yù)設(shè)的已知曲線；圖4設(shè)定的滑塊；圖5由曲線和滑塊產(chǎn)生的帶狀區(qū)域；圖6上下平移形成曲線簇的帶狀區(qū)域的集合；圖7左右平移形成曲線簇的帶狀區(qū)域的集合；
圖8按某一點旋轉(zhuǎn)形成曲線簇的帶狀區(qū)域的集合；圖9按某一角度旋轉(zhuǎn)后移動形成的曲線簇的帶狀區(qū)域的集合；圖10上下平移形成曲線簇的帶狀區(qū)域集合的分區(qū)間組成的信息隱藏區(qū)域；圖11左右平移形成曲線簇的帶狀區(qū)域集合的分區(qū)間組成的信息隱藏區(qū)域；圖12按某一點旋轉(zhuǎn)形成曲線簇的帶狀區(qū)域集合的分區(qū)間組成的信息隱藏區(qū)域；圖13按某一角度旋轉(zhuǎn)后移動形成的曲線簇的帶狀區(qū)域集合的分區(qū)間組成的信息 隱藏區(qū)域；圖14-29實施例2中兩個位平面的帶狀區(qū)域集合結(jié)構(gòu)示意圖；如圖14-17所示，為實施例2中2個位平面上曲線簇以相同移動方式所形成的塊 狀區(qū)域的集合，其中圖14為曲線簇都以水平方式移動形成的塊狀區(qū)域，圖15為曲線簇都以 豎直方式移動形成的塊狀區(qū)域，圖16為曲線簇以某一點旋轉(zhuǎn)形成的塊狀區(qū)域，圖17為曲線 簇以某一角度旋轉(zhuǎn)后移動形成的塊狀區(qū)域。圖18-29所示為這四種基本方式的組合結(jié)果。 實施例3即在實施例2的基礎(chǔ)上，再增加一個位平面，以圖14-17所示的4種基本方式組合 產(chǎn)生43種三個面的組合結(jié)果。圖30-37實施例4中三個位平面連接成一個或2個平面的組合結(jié)構(gòu)示意圖。如圖30-33所示，為實施例4中選取位平面0和位平面1組合成一個新的平面的 4種組合結(jié)果。圖34-37是選取位平面2作為重組平面的正中間部分，而位平面0和位平 面1按上、下、左、右的位置重新組合成一個平面的組合結(jié)果。位平面0和位平面1作為重 組平面正中的情況按以上方法類推。實施例4中組合成2個新平面的方式即先任意選取兩 個位平面按以上方式組合，另一個面單獨為一個面，最終組合成2個新的平面。
具體實施例方式
以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明屬于隱寫術(shù)，即將秘密信息隱藏到數(shù)字圖像之中；參考圖1至圖6，本實施 例提供一種基于圖像位平面的信息隱藏方法，包括以下步驟(1)秘密信息文件的預(yù)處理將秘密信息文件轉(zhuǎn)換為二進制比特流。該比特流的位 數(shù)稱為秘密信息的長度，也稱秘密信息的大小。(2)載體位平面的獲取本方法針對的載體圖像為彩色數(shù)字圖像和灰度數(shù)字圖像。 由于彩色數(shù)字圖像是由RGB三個色平面構(gòu)成，相當于3個灰度圖像。首先，由數(shù)字圖像獲取 該圖像的對應(yīng)像素矩陣?；叶戎凳墙橛?-255之間的正整數(shù)，0代表黑色，255代表白色，灰 度值越大表示的亮度越高。在灰度圖像中，像素值常用8比特的二進制表示，其中最高位對 圖像的貢獻最大，相反，最低位對圖像的貢獻最小，稱為最不重要比特位或最低比特位。將 一幅圖像的所有像素的比特位抽取出來，就構(gòu)成8個不同的位平面。嵌入秘密信息主要在 最低的3個位平面中進行。(3)已知曲線的設(shè)定根據(jù)秘密信息的安全性高低，選取數(shù)學中的一種曲線。要求該 曲線和位平面在X-Y坐標系內(nèi)的同一象限內(nèi)。曲線的復雜程度對秘密信息的嵌入的工作量 有較大的；將該曲線進行平移或者旋轉(zhuǎn)，形成曲線簇。根據(jù)曲線的類型和性質(zhì)，依據(jù)平面直角坐標的移軸變換(坐標平移)和轉(zhuǎn)軸變換 (坐標旋轉(zhuǎn))，判定該曲線在對應(yīng)的象限內(nèi)的移動方式將該曲線上下移動或左右移動或以某一點旋轉(zhuǎn)一定角度或按任意角度旋轉(zhuǎn)后上下或左右移動。(4)滑動塊的確定滑動塊是指一個由封閉曲線構(gòu)成的區(qū)域，滑動塊在曲線簇上滑 動，形成多個一定寬度的帶狀區(qū)域。(5)在X-Y坐標系內(nèi)的同一象限內(nèi)的位平面的X軸方向或Y軸方向，設(shè)定一個或幾 個區(qū)間。(6)嵌入秘密信息在設(shè)定的區(qū)間與帶狀區(qū)域的交叉范圍內(nèi)嵌入秘密信息。嵌入 規(guī)則為設(shè)W1和W。代表0和1的任意組合的秘密信息，bi2bnbi0是位平面內(nèi)指定區(qū)域內(nèi)的 3個連續(xù)像素。通過計算T1 =bn十6;1和7； =bi2 bi0，比較T1和T0與W1和W0的異同，可得 出四種不同的結(jié)果，對應(yīng)不同的結(jié)果至多改變bi2bnbi(l中的1位即可嵌入2位秘密信息，分 別是當T1 = W15T0 = W0時，對bi2bnbi(1不做改變；當T1興W15T0 = W0時，對bn做改變；當T1 = W1, T0^w0時，對biQ做改變；當T1興Wl，Ttl興W。時，對bi2做改變，進而實現(xiàn)嵌入隱秘信 息W1禾口 W0O實施例2與實施例1不同的是，本實施例采用與實施例1相同的規(guī)則，在實施例1的基礎(chǔ)上 增加一個位平面，在最低的兩個位平面內(nèi)采用1種相同的曲線簇嵌入秘密信息或是在最低 的兩個位平面內(nèi)采2種不同的曲線簇(即由不同曲線和滑塊產(chǎn)生的帶狀區(qū)域，再經(jīng)過移動 形成不一樣的帶狀區(qū)域的集合或是由相同曲線和滑塊產(chǎn)生的帶狀區(qū)域，再經(jīng)過上下平移、 左右平移、按某一點旋轉(zhuǎn)一定角度或按一定角度旋轉(zhuǎn)后移動形成的各種不同的帶狀區(qū)域的 集合)嵌入秘密信息。實施例3與實施例2不同的是，本實施例采用與實施例1相同的規(guī)則，在實施例2的基礎(chǔ)上 再增加一個位平面，在最低的三個位平面內(nèi)采用1種相同曲線簇嵌入秘密信息，或是在最 低的三個位平面內(nèi)采用2種不同的曲線簇嵌入秘密信息，其中任意一個位平面采用一種曲 線簇而另外兩個位平面采用另一種曲線簇嵌入秘密信息，最后還可在最低三個位平面內(nèi)采 用3種不同的曲線簇嵌入秘密信息，即每個位平面采用一種曲線簇嵌入秘密信息。實施例4參考圖30-37，與實施例1、2、3不同的是，本實施例采用與實施例1相同的規(guī)則，在 實施例3的基礎(chǔ)上，將已形成的2-3個位平面組合到一個平面上，然后再在其中嵌入秘密信 息。如果是2個位平面，可將2個位平面按上、下、左、右的位置關(guān)系組合到一個平面上，假 設(shè)選取位平面0和1，即位平面0左，位平面1右；位平面0右，位平面1左；位平面0上，位 平面1下；位平面0下，位平面1上四種方式。位平面0和2，位平面1和2組合依此方法 類推。如果是3個位平面，可將三個位平面按上、下、左、右、中的位置關(guān)系組合到一個平面 上，假設(shè)位平面2位于中間位置，則有位平面0左，位平面2中，位平面1右；位平面0右，位 平面2中，位平面1左；位平面0上，位平面2中，位平面1下；位平面0下，位平面2中，位 平面1上四種方式。位平面0和位平面1位于中間位置的組合依此方法類推。本發(fā)明的信息隱藏方法具有以下有益效果(1)秘密信息的嵌入位置和區(qū)域難以推測，提高了安全性；(2)攜帶秘密信息的載體的像素值不會發(fā)生明顯的變化，像素值的變化程度為土^與LSB替換方法相當，視覺 效果好。(3)可根據(jù)秘密信息的安全級別選擇較復雜的數(shù)學曲線或自己構(gòu)造新的曲線，產(chǎn) 生復雜的帶狀區(qū)域，用來嵌入秘密信息。應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于圖像位平面曲線簇的信息隱藏方法，其特征在于，包括以下步驟(1)秘密信息文件的預(yù)處理，將秘密信息文件轉(zhuǎn)換為二進制比特流；(2)獲取載體位平面；(3)設(shè)定已知曲線，該曲線和步驟(2)獲取的位平面在X-Y坐標系內(nèi)的同一象限內(nèi)；利 用該曲線形成曲線簇；(4)確定滑動塊，所述滑動塊在所述曲線簇上滑動，形成多個一定寬度的帶狀區(qū)域；(5)在所述位平面的X軸方向或Y軸方向，設(shè)定一個或幾個區(qū)間；(6)嵌入秘密信息在步驟(5)設(shè)定的區(qū)間與步驟(4)獲得的帶狀區(qū)域的交叉范圍內(nèi) 嵌入秘密信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息隱藏方法，其特征在于，所述步驟(2)中獲取1個或2個 或3個位平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息隱藏方法，其特征在于，將所述已形成的2或3個位平面 組合到一個平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息隱藏方法，其特征在于，在所述2個位平面中使用不同的 曲線簇。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息隱藏方法，其特征在于，在所述3個位平面中采用2或3 種不同的曲線簇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息隱藏方法，其特征在于，所述步驟(3)中形成曲線簇的方 法為將該曲線上下移動或左右移動或以某一點旋轉(zhuǎn)一定角度或按任意角度旋轉(zhuǎn)后上下或 左右移動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像位平面曲線簇的信息隱藏方法，包括以下步驟(1)秘密信息文件的預(yù)處理；(2)獲取載體位平面；(3)設(shè)定已知曲線，該曲線和步驟(2)獲取的位平面在X-Y坐標系內(nèi)的同一象限內(nèi)；利用該曲線形成曲線簇；(4)確定滑動塊，所述滑動塊在所述曲線簇上滑動，形成多個一定寬度的帶狀區(qū)域；(5)在所述位平面的X軸方向或Y軸方向，設(shè)定一個或幾個區(qū)間；(6)嵌入秘密信息在步驟(5)設(shè)定的區(qū)間與步驟(4)獲得的帶狀區(qū)域的交叉范圍內(nèi)嵌入秘密信息?；贚SB替換方法的安全性較差的問題，增大攻擊的難度；隱藏區(qū)域不再集中，可以在最低三個位平面的任意面內(nèi)嵌入隱秘信息。
文檔編號G06T1/00GK102136129SQ20111010161
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者付東來, 伍玉良, 楊秋翔, 陳夠喜 申請人:中北大學