一種基于局部直方圖的信息隱藏方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于局部直方圖的信息隱藏方法，屬于信息安全處理【技術(shù)領(lǐng)域】，包括1）對原始載體圖像進行分塊，獲取圖像塊直方圖的邊界點和極值點2）對圖像塊直方圖的邊界點進行秘密信息嵌入3）至原始載體圖像分割的所有圖像塊都處理完畢后4）將載入秘密信息的載體圖像發(fā)送后，接收方對載入秘密信息的載體圖像進行分塊，分塊大小與步驟1）所述的分塊的大小保持一致5）對得到的每個圖像塊，獲取其直方圖，得到邊界點，獲取邊界點嵌入的秘密信息6）至載入秘密信息的載體圖像分割的所有圖像塊都處理完畢后，提取到原始載體圖像。本方法在實現(xiàn)重要信息的隱藏及保護的同時，能夠提高嵌入容量，同時避免了由于移動造成的失真。
【專利說明】一種基于局部直方圖的信息隱藏方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信息安全處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種圖像信息的隱藏方法，具體涉及一種基于局部直方圖的信息隱藏方法。
【背景技術(shù)】
[0002]信息技術(shù)(數(shù)字化技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，計算機技術(shù))的快速發(fā)展，使圖像、音頻、視頻等多媒體信息可以在各種通信網(wǎng)絡(luò)中迅速快捷的傳輸，給信息的壓縮、存儲、復(fù)制處理等應(yīng)用提供了更大的便利。雖然給人們生活和工作帶來了巨大的收益，但是也帶來了日益嚴(yán)峻的安全問題。各種機密信息，包括國家安全信息、軍事信息、私密信息(如信用卡賬號)等都需要通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，但互聯(lián)網(wǎng)是一個開放的環(huán)境，在其上傳輸?shù)拿孛荜P(guān)系著國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和個人穩(wěn)私等方方面面的安全，所以信息安全在當(dāng)今變得越來越重要，保障信息的安全成為當(dāng)前一個亟待解決的問題。
[0003]加密作為信息安全最基本的方法，在信息安全領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。加密的本質(zhì)是利用密鑰與原數(shù)據(jù)進行某種處理或運算，使得原始數(shù)據(jù)變得面目全非，不能識別，只有擁有密鑰的一方才能利用密鑰將加密數(shù)據(jù)恢復(fù)出來，得到原始數(shù)據(jù)。加密算法會使數(shù)據(jù)變得面目全非，對于多媒體數(shù)據(jù)來說，如視頻，音頻以及圖像，加密后這些多媒體數(shù)據(jù)面目全非，變得“不可視”或者“不可聽”，破壞了原始數(shù)據(jù)的價值和意義，使得原始數(shù)據(jù)變得毫無意義和價值。另一方面，加密算法使得明文(原始數(shù)據(jù))變成密文(加密后數(shù)據(jù))，雖然密文毫無意義并且讓人難以識別，但也正是這種與明文存在的巨大差異，更暗示著此秘密信息的重要性，吸引了攻擊者的注意力和關(guān)注度，使得攻擊者竊取信息并進行破解，降低了信息安全性。
[0004]信息隱藏技術(shù)則不同，信息隱藏不需要對信息加密，而是將秘密信息隱藏到看上去普通的信息載體中進行傳送，載體可以為圖像，視頻或音頻。以普通信息為載體去隱藏秘密信息，進而傳送，在這個過程中所有人收到的都是這個普通信息，這樣就降低了可疑度，不會使得此信息過多的被關(guān)注，安全性得到提高，而只有那些知道提取秘密信息方法的接收者才能提取秘密信息，這樣降低了信息的可見性以及可疑性和關(guān)注度，使得安全性大大提高。因此，信息隱藏是當(dāng)前受到較大關(guān)注并迅速發(fā)展的一個領(lǐng)域。在實際應(yīng)用中，往往是將加密技術(shù)與信息算法結(jié)合起來，先對機密信息進行加密，然后將加密信息隱藏于普通載體中，這無疑大大增加了信息安全性。
[0005]信息隱藏分為兩個重要分支，即隱寫術(shù)和數(shù)字水印。隱寫術(shù)主要是用于機密信息通信，數(shù)字水印則是為了保護數(shù)字多媒體的版權(quán)。隱寫術(shù)主要是對秘密信息進行隱藏，將其隱藏于普通的載體中，然后進行傳送，降低秘密信息的受關(guān)注度，使得信息通信更加安全可靠；數(shù)字水印則是給視頻、圖像中加入不可視水印，以便檢查盜版和保護版權(quán)。
[0006]信息隱藏有著廣泛的應(yīng)用前景，如電子商務(wù)中的電子交易保護、保密通信、版權(quán)保護、拷貝控制和操作跟蹤、認(rèn)證和簽名等各個方面。更為普遍的則是應(yīng)用到人們的日常生活中，如用手機發(fā)短信，直接發(fā)送很可能被接收者以外的人竊取，從而得知你們之間的通話內(nèi)容，這時可以將想要說的“悄悄話”隱藏到一幅很普通的圖像中，然后傳送，這樣就可以實現(xiàn)隱秘通信。在軍事上，信息隱藏也有著重要的用途，可以將軍事機密信息加密后隱藏到一幅普通不易受懷疑的圖像中，從而達到隱秘通信而不被敵人知曉，這在軍事上有著重大的意義。信息隱藏技術(shù)使得通信安全性大大提高，不論在軍事還是日常生活都能發(fā)揮巨大的作用，所以對信息隱藏算法研究具有不可估量的現(xiàn)實意義。
[0007]近年來，信息隱藏越來越多的受到關(guān)注，也有許多新的算法被提出來，基于直方圖的信息隱藏算法就是其中一個?；谥狈綀D的信息隱藏算法選取載體圖像直方圖中一對峰值點和零值點，如圖1所示，然后將處于峰值點和零值點之間的像素向零值點移動，為峰值點嵌入信息提供額外的空間，如圖2所示，再利用峰值點進行信息嵌入?；谥狈綀D的信息隱藏算法簡單有效，并且實時性很好，對載體圖像造成的失真也較小，視覺上造成影響很小。
[0008]但是，基于直方圖的信息隱藏算法也存在不足，移動那些處于峰值點和零值點之間的像素會帶來額外的失真，并且這些失真是造成載體的主要失真。利用峰值點進行秘密信息嵌入，嵌入容量的大小就是峰值點的數(shù)量，通常情況下，峰值點的數(shù)量都較小，這直接導(dǎo)致嵌入容量很小?？偟膩碚f，基于直方圖的信息隱藏算法嵌入容量小，并且會造成額外的失真，不能滿足實際應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，該方法在實現(xiàn)重要信息的隱藏及保護的同時，能夠提高嵌入容量，同時避免了由于移動造成的失真。
[0010]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0011]一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，包括以下步驟:
[0012]I)對原始載體圖像進行分塊，得到若干個圖像塊，對其中一個圖像塊制作出直方圖，獲取該圖像塊直方圖的邊界點和極值點；
[0013]2)對該圖像塊直方圖的邊界點進行秘密信息嵌入；
[0014]3)重分步驟I)和步驟2)直至原始載體圖像分割的所有圖像塊都處理完畢后，得到了載入秘密信息的載體圖像；
[0015]4)將載入秘密信息的載體圖像發(fā)送后，接收方對載入秘密信息的載體圖像進行分塊，得到若干個圖像塊，分塊大小與步驟I)所述的分塊的大小保持一致；
[0016]5)對于步驟4)得到的每個圖像塊，獲取其直方圖，得到邊界點，獲取邊界點嵌入的秘密信息；
[0017]6)重復(fù)步驟4)和5)直至載入秘密信息的載體圖像分割的所有圖像塊都處理完畢后，得到了所有的秘密bit，也提取到了原始載體圖像。
[0018]步驟2)所述的秘密信息嵌入分為單邊界點嵌入和雙邊界點嵌入。
[0019]所述的單邊界點嵌入是以左邊界點為參考點，從右邊界點進行秘密信息嵌入，并引入一張用于記錄額外信息的bit map，所述的額外信息是指左、右邊界點的差值的奇偶性。
[0020]所述的雙邊界點嵌入，是以左、右邊界點同時進行秘密信息嵌入，并記錄左、右邊界點的信息作為額外信息。
[0021]所述的左、右邊界點的信息包括左邊界點、右邊界點和左、右邊界點的差值。
[0022]步驟5)所述的獲取邊界點嵌入的秘密信息包括對單邊界點嵌入的秘密信息的獲取及對雙邊界點嵌入的秘密信息的獲取。
[0023]對單邊界點嵌入的秘密信息的獲取，是根據(jù)右邊界點與左邊界點的差值的奇偶性進行秘密信息提取，從秘密信息中分離出bit map,結(jié)合bit map記錄的差值奇偶性信息,實現(xiàn)載體圖像的恢復(fù)。
[0024]對雙邊界點嵌入的秘密信息的獲取，根據(jù)記錄的右邊界點與左邊界點的差值信息，進行右邊界點信息提取，并恢復(fù)右邊界點；根據(jù)記錄的左邊界點信息，提取左邊界點嵌入的信息，并恢復(fù)左邊界點。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0026]本發(fā)明分為兩個模塊，分別是信息嵌入模塊和信息提取及圖像恢復(fù)模塊，信息嵌入模塊主要利用邊界點和極值點代替峰值點和零值點，由于邊界點和極值點之間沒有像素存在，不再需要處于峰值點和零值點之間的像素移動，就避免了由于大量像素移動造成的失真；同時，本發(fā)明不再使用峰值點進行秘密信息嵌入，而是使用邊界點代替峰值點，通過邊界點進行秘密信息嵌入，并且結(jié)合局部化的思想，大大的提高了嵌入容量。
[0027]進一步地，本發(fā)明秘密信息嵌入分為單邊界點嵌入和雙邊界點嵌入，根據(jù)實際中的需求，可選取不同的方式，如果對載體圖像的視覺效果要求較高，就選擇單邊界點嵌入，其優(yōu)點就是載體圖像失真小，嵌入秘密信息后載體圖像視覺效果好；如果對嵌入容量有較高要求，則選擇雙邊界點信息嵌入，其優(yōu)點在于嵌入秘密信息的容量大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中信息隱藏的載體圖像直方圖，圖中包含峰值點、零值點以及處于峰值點和零值點之間的像素；
[0029]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中處于峰值點和零值點之間的像素點移動后的直方圖，圖中峰值點右相鄰點個數(shù)為0,為峰值點進行信息嵌入提供空間；
[0030]圖3為本發(fā)明的單邊界點嵌入直方圖，圖中的右邊界點主要用來嵌入秘密信息；
[0031]圖4為本發(fā)明的雙邊界點嵌入直方圖，圖中左、右邊界點用來嵌入秘密信息。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0033]參見圖3和圖4，本發(fā)明的信息嵌入模塊主要利用邊界點和極值點代替峰值點和零值點，并使用邊界點進行信息嵌入，這里的邊界點信息嵌入分為單邊界點信息嵌入，和雙邊界點信息嵌入，單邊界點信息嵌入的優(yōu)點就是載體圖像失真小，嵌入信息后載體圖像視覺效果好；而雙邊界點信息嵌入優(yōu)點在于嵌入容量大，使用哪種方式進行信息嵌入取決于實際中的需求。如果對載體圖像的視覺效果要求較高，就選擇單邊界點信息嵌入；如果對嵌入容量有較高要求，則選擇雙邊界點信息嵌入。由于邊界點和極值點之間沒有像素存在，就避免了移動造成的額外失真，并結(jié)合局部化的思想增加嵌入容量，[0034]本發(fā)明的具體實施例實施的硬件環(huán)境為=Intel(R)Core(TM)i5-2400CPUi3.10GHz3.1OGHz，4.0OGB內(nèi)存的計算機，運行的軟件環(huán)境為:Windows7和Matlab2009。采用Matlab程序設(shè)計語言實現(xiàn)了本發(fā)明提出的方法。實驗所用的圖像均為8比特灰度圖像，圖像大小為512X512。
[0035](I)信息嵌入模塊
[0036]1.局部化:假設(shè)載體圖像I為8比特，MXN大小的灰度圖像，將其分成不互相重疊的大小為hXw的圖像塊B。這里分塊是為了使得更多的邊界點參與信息嵌入，從而使得嵌入容量大大增加。嵌入容量主要跟邊界點個數(shù)有關(guān)，分成小圖像塊以后，因為每個圖像塊至少有一個邊界點用來嵌入信息(單邊界點信息嵌入)，而對于雙邊界點信息嵌入，每塊圖像最少可以有兩個邊界點進行信息嵌入，所以嵌入容量就跟圖像塊個數(shù)成線性關(guān)系，圖像塊個數(shù)越多，嵌入容量越大。
[0037]2.獲取直方圖以及邊界點:對分塊后得到的每個圖像塊B，先得到其直方圖，然后根據(jù)直方圖獲取此圖像塊的右邊界點RBp和左邊界點LBp。這里的極值點就是直方圖的邊界點，也就是0和255。與左邊界點配對的極值點是0，與右邊界點配對的極值點是255
[0038]3.秘密信息嵌入:對于單邊界點信息嵌入，以圖像塊B中左邊界點LBp作為參考點，利用右邊界點進行信息嵌入。由于右邊界點RBp和極值點(255)之間沒有像素，所以不需要進行移動，這就避免了額外的失真。計算出右邊界點和左邊界點之間的差值d ;
[0039]d = RBp-LBp
[0040]根據(jù)差值d的奇偶性進行信息嵌入，如果差值d為偶數(shù)，嵌入的秘密比特s為0，則右邊界點保持不變；如果嵌入的秘密比特s為1，則右邊界點的值加I。
-f RBp+ I mod(^,2) = 0,5 = 1`[0041]RBp = \ y
\RBp2) = 0,.v = 0
[0042]如果差值d為奇數(shù)，嵌入的秘密比特s為1，則右邊界點保持不變；如果嵌入的秘密比特s為0，則右邊界點的值加I。
——{RBp + l mod(rf,2) = 1,5 = 0
[0043]卿八RBp mod(d, 2) = 1,5 = 1
[0044]RBp為未嵌入信息的右邊界點，RB!)為嵌入信息后的右邊界點,mod(d, 2)表示d對2求余。
[0045]對所有圖像塊B進行秘密信息嵌入后，得到了利用單邊界點嵌入信息后的圖像塊B由這些嵌入信息的圖像塊5組成嵌入信息后的載體圖像7。這里還需要一張bit map記
卜圖像塊中右邊界點和左邊界點之間差值d的奇偶性，bit map大小為圖像塊的個數(shù)，用I bit表示一個圖像塊。如果差值d為偶數(shù)，則對應(yīng)bit位為I ;否則，就是O。Bit map將會作為秘密信息的一部分嵌入到載體圖像中。
[0046]對于雙邊界點信息嵌入，利用圖像塊圖像塊B左邊界點LBp和右邊界點RBp進行信息嵌入，這里依然需要計算出右邊界點和左邊界點之間的差值d ；
[0047]d = RBp-LBp
[0048]但是這里的嵌入不再依靠差值d的奇偶性，主要是利用差值進行信息的提取以及圖像的恢復(fù)。對于每一個圖像塊B，需要記錄左邊界點LBp和右邊界點與左邊界點的差值d作為額外信息，在信息提取以及圖像恢復(fù)時需要左邊界點以及差值d的信息。
[0049]當(dāng)嵌入秘密比特s為I時，右邊界點RBp的值加1，左邊界點LBp的值減I ;當(dāng)嵌入秘密比特s為0時，右邊界點RBp和左邊界點LBp都保持不變。
【權(quán)利要求】
1.一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)對原始載體圖像進行分塊，得到若干個圖像塊，對其中一個圖像塊制作出直方圖，獲取該圖像塊直方圖的邊界點和極值點； 2)對該圖像塊直方圖的邊界點進行秘密信息嵌入； 3)重分步驟I)和步驟2)直至原始載體圖像分割的所有圖像塊都處理完畢后，得到了載入秘密信息的載體圖像； 4)將載入秘密信息的載體圖像發(fā)送后，接收方對載入秘密信息的載體圖像進行分塊，得到若干個圖像塊，分塊大小與步驟I)所述的分塊的大小保持一致； 5)對于步驟4)得到的每個圖像塊，獲取其直方圖，得到邊界點，獲取邊界點嵌入的秘密信息； 6)重復(fù)步驟4)和5)直至載入秘密信息的載體圖像分割的所有圖像塊都處理完畢后，得到了所有的秘密bit，也提取到了原始載體圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，其特征在于，步驟2)所述的秘密信息嵌入分為單邊界點嵌入和雙邊界點嵌入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，其特征在于，所述的單邊界點嵌入是以左邊界點為參考點，從右邊界點進行秘密信息嵌入，并引入一張用于記錄額外信息的bit map，所述的額外信息是指左、右邊界點的差值的奇偶性。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，其特征在于，所述的雙邊界點嵌入，是以左、右邊界點同時進行秘密信息嵌入，并記錄左、右邊界點的信息作為額外信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，其特征在于，所述的左、右邊界點的信息包括左邊界點、右邊界點和左、右邊界點的差值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，其特征在于，步驟5)所述的獲取邊界點嵌入的秘密信息包括對單邊界點嵌入的秘密信息的獲取及對雙邊界點嵌入的秘密信息的獲取。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，其特征在于，對單邊界點嵌入的秘密信息的獲取，是根據(jù)右邊界點與左邊界點的差值的奇偶性進行秘密信息提取，從秘密信息中分離出bit map,結(jié)合bit map記錄的差值奇偶性信息,實現(xiàn)載體圖像的恢復(fù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于局部直方圖的信息嵌入和提取方法，其特征在于，對雙邊界點嵌入的秘密信息的獲取，根據(jù)記錄的右邊界點與左邊界點的差值信息，進行右邊界點信息提取，并恢復(fù)右邊界點；根據(jù)記錄的左邊界點信息，提取左邊界點嵌入的信息，并恢復(fù)左邊界點。
【文檔編號】G06T1/00GK103617589SQ201310432151
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】潘志斌, 胡森, 馬肖肖, 王凌飛 申請人:西安交通大學(xué)