一種大容量隱寫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息安全、保密通信與多媒體應用領(lǐng)域的一種大容量隱寫方法，尤其 涉及到一種基于自適應參考矩陣設(shè)計和像素對修改方向挖掘的大容量隱寫方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀大數(shù)據(jù)時代，隱寫術(shù)是數(shù)字化信息時代信息安全領(lǐng)域的一個重要方向，隱 寫術(shù)利用的載體信號可以是普通文本、靜止圖像、語音，視頻等。其中圖像隱寫術(shù)又是其重 中之重。所以，在安全領(lǐng)域中，存在一種需求：在圖像中嵌入某種額外數(shù)據(jù)，既可以作為所有 權(quán)或完整性認證的標志，又可以作為躲避第三方注意的保密通信數(shù)據(jù)。
[0003] 利用圖像隱寫術(shù)實現(xiàn)隱蔽通信時，隱藏載荷和隱藏質(zhì)量是兩個重要指標，也就是 一方面能夠在載體圖像中嵌入足夠多的數(shù)據(jù)，通常用嵌入率表示；另一方面，數(shù)據(jù)嵌入后不 能造成載體圖像外觀發(fā)生可察覺的變化，通常以峰值信噪比PSNR作為一種量化參考，研宄 表明當兩幅灰度圖像間的PSNR值大于30時人眼就分辨不出二者的區(qū)別。
[0004] 在大數(shù)據(jù)的時代背景下，高容量的嵌入率成為圖像隱寫發(fā)展的需要。然而隱藏質(zhì) 量和隱藏載荷二者往往是此消彼長互相矛盾的?，F(xiàn)有的基于參考表或者參考矩陣的信息隱 藏方法主要思路如下。2006年上海大學張新鵬和王朔中教授提出著名的EMD(Exploiting Modification Direction)算法，用一組（η個）宿主像素攜帶一個2n+l進制數(shù)據(jù)，嵌入 率趙
【主權(quán)項】
1. 一種大容量隱寫方法，其為基于自適應參考矩陣設(shè)計和像素對修改方向挖掘的大容 量隱寫方法，發(fā)送方與接收方擁有共同的密鑰序列，所述大容量隱寫方法包括W下步驟： 發(fā)送方利用所述密鑰序列在載體圖像中嵌入秘密數(shù)據(jù)形成載密圖像； 接收方根據(jù)所述密鑰序列從所述載密圖像中提取所述秘密數(shù)據(jù)； 其特征在于： 發(fā)送方進行秘密數(shù)據(jù)嵌入時，先根據(jù)密鑰序列依次完成產(chǎn)生參考矩陣、進行像素匹配 產(chǎn)生幅度、確定隱藏方案=個步驟，再利用所述參考矩陣，W所述幅度為I 5 I根據(jù)所述隱 藏方案修改所述載體圖像的像素值完成秘密數(shù)據(jù)的嵌入，I 5 I《4 ; 接收方收到所述載密圖像時，根據(jù)密鑰序列依次完成產(chǎn)生相同的參考矩陣、進行像素 匹配W及確定解密方案=個步驟，并利用確定的解密方案完成數(shù)據(jù)的提取。
2. 如權(quán)利要求1所述的大容量隱寫方法，其特征在于：發(fā)送方的所述秘密數(shù)據(jù)嵌入包 括W下步驟： (1) 發(fā)送方首先將要隱藏的秘密數(shù)據(jù)D采用九進制表示；D = {di，d2, ds，…，屯}，秘密數(shù) 據(jù)長度為L ; (2) 發(fā)送方利用密鑰Ki分別產(chǎn)生9個由數(shù)字0?8組成的全排列 G = !C0，.'.，C,.，…，Cg}，i G [0,引且i G N，N為整數(shù)；令Ki= {s〇,…，S。…，SsK 其中 Si 表示第i個排列種子：
再依次嵌入到9個大小為3X3的矩陣中，從而形成本方法中的9X9大小的自適應矩 陣觀9:
其中即表示第k個3X3的矩陣的第i個元素，Ck(i)表示第k個排列中的第i 個元素 k G [0, 8], k G Z ; (3) 發(fā)送方利用密鑰K2將大小為HXW的載體圖像的像素P進行像素匹配：
其中，K,為產(chǎn)生像素序列的種子且取正整數(shù)，Py為載體圖像的第y個像素值， y G [1，HXW]且y為整數(shù)，r，t為兩個整數(shù)且r《y，t《y，H為載體圖像高度，W為載體圖 像的寬度； (4) 發(fā)送方根據(jù)秘密數(shù)據(jù)長度L的大小，確定隱藏方案： ①計算m = I- L巧xW/2」，當m《〇時，發(fā)送方利用3 X 3的矩陣化的，通過修改一 像素對的像素值嵌入一位秘密數(shù)據(jù)；

②當m〉0時，發(fā)送方首先利用9X9的矩陣RMg，通過修改一像素對的像素值嵌入兩位 秘密數(shù)據(jù)，完成2 X m個數(shù)據(jù)嵌入后，再采用步驟①嵌入剩下的秘密數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求2所述的大容量隱寫方法，其特征在于：當m《0時，發(fā)送方利用3 X 3的 矩陣化，根據(jù)方案1通過修改一像素對的像素值嵌入一位秘密數(shù)據(jù)； 方案1具體步驟如下： a. 發(fā)送方每次取一個待嵌入數(shù)據(jù)di，在3 X 3矩陣中找到其行數(shù)與列數(shù)U，V滿足： RMl{u,v) = d, (4). b. 對宿主像素對（I化)，I化4))，X G [1，HXW]且X G N，選擇滿足等式妨的像素 對（I化'），I化4'））代替宿主像素對（I化)，I化4))，即完成對數(shù)據(jù)di的嵌入；
對修改后的像素上溢和下溢點處理如下：
C.完成整個秘密數(shù)據(jù)嵌入，得到隱藏圖像。
4. 如權(quán)利要求3所述的大容量隱寫方法，其特征在于：當m〉0發(fā)送方首先利用9 X 9的 矩陣RMg，根據(jù)方案2通過修改一像素對的像素值嵌入兩位秘密數(shù)據(jù)，完成2Xm個數(shù)據(jù)嵌入 后，再采用方案1嵌入剩下的秘密數(shù)據(jù)；方案2具體步驟如下： a. 發(fā)送方首先將秘密數(shù)據(jù)截為兩段：
b. 發(fā)送方每次從Di中取一對待嵌入數(shù)據(jù)（di，d2)，在矩陣中得到d2的行數(shù)與列數(shù) U, V ; RMy {u,v) = (8). c. 我們對宿主像素對（I化)，I化+1))，選擇滿足等式（9)的像素對（I化'），I化+1'）） 代替宿主像素（I化)，I化4))，即完成對數(shù)據(jù)的嵌入：
d. 依次完成秘密數(shù)據(jù)Di嵌入。
5. 如權(quán)利要求4所述的大容量隱寫方法，其特征在于：發(fā)送方的所述秘密數(shù)據(jù)提取包

括w下步驟： (1) 接收方首先利用共享的密鑰Ki和公式（1)生成參考矩陣Mg; (2) 接收方再利用共享的密鑰K,，確定匹配且修改后的像素對； (3) 接收方根據(jù)共享的密鑰以確定解密方案。
6. 如權(quán)利要求5所述的大容量隱寫方法，其特征在于：接收方首先計算 m = i - [7/ X W / 2」，若m《0接收方利用3 X 3的矩陣化yt，根據(jù)解密方案一進行秘密數(shù)據(jù) 提取，方案一的步驟如下： ① 接收方依次取載密像素對（I (P,'），I (Pw'）），分別計算其映射在矩陣化心上的坐 標；
② 根據(jù)公式（12)提取秘密數(shù)據(jù)； A = RMliu, y) (口）； ⑨完成整個秘密數(shù)據(jù)的提取。
7. 如權(quán)利要求6所述的大容量隱寫方法，其特征在于：若所計算m〉0,接收方首先利用 9X9的矩陣RMg，對載密圖像的前2Xm個像素值根據(jù)解密方案二提取秘密數(shù)據(jù)，再利用解 密方案一完成剩下的數(shù)據(jù)提?。环桨付唧w步驟如下： ① 接收方將含密像素對分成兩部分：
② 接收方從Ii中依次取載密像素對（I (P y'），I (Pw'）），分別計算其映射在自適應矩陣 上的坐標：
④完成整個秘密數(shù)據(jù)的提取。

【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大容量隱寫方法，其為基于自適應參考矩陣設(shè)計和像素對修改方向挖掘的大容量隱寫方法，適用于保密通信與多媒體應用領(lǐng)域。在本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，信息發(fā)送方與接收方擁有共同的密鑰序列，發(fā)送方首先根據(jù)密鑰序列依次完成產(chǎn)生參考矩陣、進行像素匹配以及確定隱藏方案三個步驟，再利用確定的隱藏方案完成數(shù)據(jù)的嵌入；接收方收到載密圖像，根據(jù)同樣的密鑰序列依次完成產(chǎn)生相同的參考矩陣、進行像素匹配以及確定解密方案三個步驟，并利用確定的解密方案完成數(shù)據(jù)的提取。本方法安全性極佳，隱蔽性好，嵌入率高達log29bpp(比特每像素)。
【IPC分類】G06T1-00
【公開號】CN104599226
【申請?zhí)枴緾N201510081039
【發(fā)明人】殷趙霞, 夏彥, 馬猛, 王良民, 牛雪靜, 曹澤坤
【申請人】安徽大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月14日