專利名稱：一種偽彩色格式圖象的無失真數(shù)據(jù)隱藏方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多媒體信號(hào)處理方法，特別是一種無失真的數(shù)據(jù)隱藏方法。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)隱藏方法，通過在原始媒體數(shù)據(jù)中嵌入信息來證實(shí)該數(shù)據(jù)的所有權(quán)歸屬或傳遞信息本身。通過數(shù)據(jù)隱藏方法，可以實(shí)現(xiàn)嵌入數(shù)據(jù)與嵌入媒體之間的數(shù)據(jù)一致性和不可分離性，可用于醫(yī)學(xué)，如電子病歷，通過將病歷隱藏在拍攝的醫(yī)學(xué)影像中，確保病歷的秘密性及與診斷依據(jù)之間的數(shù)據(jù)一致性；軍事，如將重要的軍事信息從圖中抹去，隱藏在圖中，實(shí)現(xiàn)高度機(jī)密的信息的秘密傳遞。
目前幾乎所有常規(guī)的數(shù)據(jù)隱藏方法都不可避免地在隱藏過程中在原始圖象中引入一些永久的不可逆的失真，特別是一些大容量數(shù)據(jù)嵌入方法。為了盡可能地將數(shù)據(jù)隱藏過程中引入的失真降到人眼不可覺察的程度，人們充分地利用人眼的視覺特性，提出了自適應(yīng)水印嵌入方法，雖然這些方法中引入的失真對(duì)于普通人來說可能看不出，但失真仍然存在。然而在某些場(chǎng)合是絕對(duì)不允許圖象存在任何的失真，醫(yī)學(xué)圖象就是一個(gè)這方面的例子哪怕是很微小的改動(dòng)在法律上都是不允許的，數(shù)據(jù)隱藏所引入的失真，其潛在的危險(xiǎn)是會(huì)引起醫(yī)務(wù)人員對(duì)圖象的錯(cuò)誤理解，將失真的部分診斷為病變部位，從而導(dǎo)致誤診。另一個(gè)例子就是法律證據(jù)和軍事圖象，其分析人員會(huì)運(yùn)用包括極端放大，圖象增強(qiáng)等手段對(duì)圖象進(jìn)行分析和處理，圖象因嵌入數(shù)據(jù)而引起的失真有可能在處理的過程中得到放大，破壞其不可見性的要求。
為了滿足這方面應(yīng)用需求，Miroslav Goljan提出了一種可逆的數(shù)據(jù)隱藏方法，即允許在嵌入過程中引入失真，但在檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)可以將原始圖象恢復(fù)出來。其基本思想是將原始圖象中用于嵌入數(shù)據(jù)的特征壓縮，將壓縮了的特征和待嵌入數(shù)據(jù)一起嵌入在原始圖象中，由于能夠嵌入的數(shù)據(jù)量是特征壓縮后的冗余，嵌入的數(shù)據(jù)量是很有限的。在數(shù)據(jù)檢測(cè)過程中，由于能夠檢測(cè)到原始圖象的特征，從而可以恢復(fù)原始圖象。但這種方法失去了數(shù)據(jù)隱藏的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，即隱藏信息與原始媒體的不可分離性，一旦隱藏?cái)?shù)據(jù)從圖象中提取出來，得到的無失真的圖象中就不再存在有隱藏?cái)?shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種無失真數(shù)據(jù)隱藏方法，保證嵌入信息量大，圖象不失真的同時(shí)，使隱藏信息與原始媒體具有不可分離性。
本發(fā)明利用偽彩色格式圖象的顯示原理、圖象中顏色的使用情況及顏色中存在的冗余，將大量信息隱藏在圖象中，該方法分為數(shù)據(jù)的隱藏和數(shù)據(jù)的檢測(cè)兩大步驟，數(shù)據(jù)的隱藏做法為1)檢測(cè)原始圖象中未使用的顏色數(shù)CE及未使用的顏色索引對(duì)。對(duì)于N位偽彩色格式圖象，可使用的顏色數(shù)最多為2N＝256種，如果已使用的顏色數(shù)少于2N，則至少有一種顏色是冗余的。在本發(fā)明中，只要原始圖中有一種冗余的顏色，即可以滿足要求。偽彩色格式文件中包含顏色表和位圖象素值的字節(jié)陣列。顏色表中定義了M(對(duì)于每像素8位的編碼格式，N＝8，M＝28＝256)種顏色索引對(duì)(i，RGBi)(i＝0～2N-1)列表，它為一個(gè)顏色值RGBi指派一個(gè)索引值；而位圖象素值保存的是顏色索引對(duì)的索引值。圖象顯示時(shí)，根據(jù)位圖象素值，在顏色表中索引得到顯示時(shí)使用的顏色值。目前存在的數(shù)據(jù)隱藏方法基本上是通過改變圖象的象素值來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)嵌入的。如采用改變灰度值最后一個(gè)二進(jìn)制有效位的方法，在嵌入信息時(shí)，有可能會(huì)改變水印圖象的顯示色，如，若原始灰度值是0，但嵌入信息“1”后，實(shí)際灰度值變?yōu)榱恕?”，則對(duì)應(yīng)的顯示色會(huì)發(fā)生變化，(嵌入“0”，不影響索引色)從而使嵌入水印的圖象和原始圖象有很大的不同。統(tǒng)計(jì)表明，大部分圖象使用的顏色數(shù)都未達(dá)到256。在顏色表中，可以將一個(gè)已使用的顏色索引對(duì)的顏色值拷貝到幾個(gè)未使用的顏色索引對(duì)的顏色值中，使同一種顏色出現(xiàn)在多個(gè)顏色索引對(duì)中，該顏色在下文中被稱為被拷貝顏色。表1給出了常見圖象使用顏色的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表1我們可以看到多數(shù)圖象中都存在顏色冗余。
2)檢測(cè)原始圖象中各種顏色的使用次數(shù)；3)選擇嵌入模式“LBit/顏色”；4)根據(jù)嵌入模式、沒有被原始圖象使用過的顏色索引對(duì)、CE及每一種顏色的使用次數(shù)修改原始圖象的顏色表，并建立被拷貝顏色的索引值表。具體做法為根據(jù)原始圖象中每一種顏色的使用次數(shù)，得到使用次數(shù)排在前CE/(2L-1)位的顏色，作為被拷貝顏色。對(duì)于每一種被拷貝顏色，在顏色查找表中沒有被原始圖象使用過的顏色索引對(duì)中選取L-1個(gè)顏色索引對(duì)，將其拷貝到這L-1個(gè)顏色索引對(duì)的顏色值中，這樣，同一種被拷貝顏色將出現(xiàn)在調(diào)色板中的L個(gè)顏色索引對(duì)中，記錄這L個(gè)顏色索引對(duì)的索引值，將索引值按遞增的順序排列，生成被拷貝顏色的索引值表；5)根據(jù)待隱藏的數(shù)據(jù)和被拷貝顏色的索引值表修改位圖象素值的字節(jié)陣列，嵌入信息。具體做法為首先將待隱藏的數(shù)據(jù)看作由二進(jìn)制位組成的位流，將位流分割成組，每組中包含L個(gè)比特；依次掃描位圖字節(jié)陣列中的象素和待隱藏信息組，根據(jù)象素的象素值，在顏色查找表中找到其對(duì)應(yīng)的顏色值；判斷該顏色值是否是被拷貝顏色，如是，則可以嵌入信息，由被拷貝顏色的索引值表及信息組的十進(jìn)制值Value-D，將當(dāng)前象素的象素值修改為該被拷貝顏色的索引值表中第Value-D項(xiàng)中記錄的索引值，否則跳過該象素。6)得到嵌入數(shù)據(jù)后的圖象，該圖象在顯示時(shí)和原始圖象間不存在任何差異。
表1圖象特征統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)的檢測(cè)做法為1)分析待檢測(cè)的圖象的顏色查找表，找出具有相同顏色的顏色索引對(duì)的數(shù)目，確定嵌入模式“LBit/顏色”，及嵌入數(shù)據(jù)時(shí)使用的被拷貝顏色；對(duì)每一種被拷貝顏色，記錄其所在的L個(gè)顏色索引對(duì)的索引值，并按遞增順序排列，建立其索引值表；2)依次掃描位圖字節(jié)陣列中的象素，根據(jù)象素的象素值，在顏色查找表中找到其顯示用顏色值；判斷該顏色值是否是嵌入數(shù)據(jù)時(shí)使用的被拷貝顏色，如是，則根據(jù)象素值在該被拷貝顏色的索引值表中的位置提取出隱藏的L位二進(jìn)制信息；3)將步驟2)中得到的信息按比特進(jìn)行組裝獲得隱藏的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)比較有以下優(yōu)點(diǎn)帶有顏色查找表的偽彩色圖象格式是目前使用最廣泛的圖象格式之一，如8位BMP格式圖象、醫(yī)學(xué)中的用偽彩色進(jìn)行增強(qiáng)的X光片，MRI(核磁共振成像)圖。本發(fā)明利用偽彩色格式圖象的顯示原理、圖象中顏色的使用情況及顏色中存在的冗余，既可以在圖中隱藏大量的數(shù)據(jù)，又可以保證嵌入數(shù)據(jù)后的圖象跟原始圖象在顯示時(shí)是完全相同的，避免由于數(shù)據(jù)嵌入而引入的失真使觀察者對(duì)圖象產(chǎn)生誤解，或覺察到秘密信息的存在。而且本發(fā)明使隱藏信息與原始媒體具有不可分離性。隱藏信息的提取速度快，不需要原始圖象的輔助。本發(fā)明適用于不允許有任何失真(包括其它對(duì)圖象色彩、分辨率有較高要求的情況)、穩(wěn)健性要求相對(duì)較低的應(yīng)用場(chǎng)合。
由于本發(fā)明利用偽彩色格式圖象的顯示原理，顏色冗余實(shí)現(xiàn)無失真的數(shù)據(jù)隱藏，與Goljan的方法相比較，在數(shù)據(jù)嵌入的過程中不會(huì)引入失真，使嵌入數(shù)據(jù)的保密性得到提高。Goljan方法的數(shù)據(jù)隱藏量是有限的，因?yàn)槠渲械囊徊糠秩萘坑脕砬度雺嚎s的特征，而本發(fā)明在嵌入數(shù)據(jù)的信息量上有明顯的優(yōu)勢(shì)。有關(guān)嵌入量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2-3，表2是灰度圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表3是彩色圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在表2和3中我們測(cè)試了大量的實(shí)際使用圖象，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇了3種嵌入模式。表中“文件大小”指原始圖象文件的大小，單位是字節(jié)，“顏色”指已被原始圖象使用的顏色數(shù)，“隱藏量”的單位是字節(jié)，“比例”＝“隱藏量/文件大小”?！白畲蟊壤笔侨N隱藏模式中“比例”最大的，“N/A”表示在某種嵌入模式下無法嵌入數(shù)據(jù)。從表中我們可以看到本發(fā)明的隱藏?cái)?shù)據(jù)量通常都比較大，且本發(fā)明的數(shù)據(jù)隱藏量很容易計(jì)算，為L(zhǎng)Σi=0[CE/](2L-1)]-1ColorUsedTimes[i]8----(1)]]>其中[CE/(2L-1)]表示CE被整除，它表示可以隱藏信息的顏色數(shù)，ColorUsedTimes指原始圖象中每種顏色的使用次數(shù)。Goljan方法，由于涉及到數(shù)據(jù)的壓縮，其預(yù)測(cè)過程較復(fù)雜。
本發(fā)明對(duì)原始圖象能否嵌入數(shù)據(jù)的要求較低，只要求顏色表中至少存在一個(gè)未使用的顏色索引對(duì)，判斷方法簡(jiǎn)單。


圖1為本發(fā)明方法對(duì)圖象”Pentagon”(1024×1024)無失真隱藏一幅256×256的“F-16”圖象的效果圖。其中(a)為原始圖象(b)為嵌入數(shù)據(jù)“F-16.bmp”(256×256)(c)嵌入數(shù)據(jù)后的圖象。
圖2為本發(fā)明方法對(duì)實(shí)際使用的醫(yī)學(xué)圖象Spine(490×367)中無失真隱藏66,286個(gè)字符的效果圖。其中(a)為原始圖象(b)為嵌入數(shù)據(jù)后的圖象。
圖1、2中給出本發(fā)明提出的方法在實(shí)際圖象上的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
首先根據(jù)得到圖象的顏色冗余和顏色使用次數(shù)，以及選定的嵌入模式，修改顏色表并計(jì)算得到嵌入的數(shù)據(jù)量。修改象素值，嵌入信息位。
圖1顯示的是用本發(fā)明方法對(duì)圖象Pentagon.bmp隱藏“F-16”圖的結(jié)果。其中圖1(a)為原始圖象，圖1(b)是嵌入的信息，為一個(gè)256×256的“F-16.bmp”。圖1(c)為在嵌入模式為“2Bits/Color”下嵌入信息后的效果圖。從圖中可以看到嵌入前后的圖象是完全相同的。而且嵌入的信息量也是很大的。
圖2顯示的是用本發(fā)明方法對(duì)醫(yī)學(xué)圖象Spine.tif隱藏66,286個(gè)字符的結(jié)果。其中圖2(a)為原始圖象，圖2(b)為在嵌入模式為“1Bits/Color”下嵌入信息后的效果圖。從圖中可以看到嵌入前后的圖象是完全相同的，而且嵌入的信息量也是很大的。
所有這些實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明方法可以隱藏大量的數(shù)據(jù)，并不會(huì)給圖象帶來失真。表2灰度圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表3彩色圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種偽彩色格式圖象的無失真數(shù)據(jù)隱藏方法，其特征是利用偽彩色格式圖象的顯示原理、圖象中顏色的使用情況及顏色中存在的冗余，將大量信息隱藏在圖象中，該方法分為數(shù)據(jù)的隱藏和數(shù)據(jù)的檢測(cè)兩大步驟，數(shù)據(jù)的隱藏做法為1)記錄顏色查找表中沒有被原始圖象使用過的顏色索引對(duì)及其個(gè)數(shù)CE，原始圖象中每一種顏色的使用次數(shù)；2)選擇嵌入模式“LBit/顏色”；3)根據(jù)嵌入模式、CE及原始圖象中每一種顏色的使用次數(shù)修改圖象的顏色查找表，并建立被拷貝顏色的索引值表；4)根據(jù)待隱藏的數(shù)據(jù)和被拷貝顏色的索引值表修改位圖象素值的字節(jié)陣列，嵌入信息；5)得到嵌入數(shù)據(jù)后的圖象；數(shù)據(jù)的檢測(cè)做法為1)分析待檢測(cè)的圖象的顏色查找表，找出具有相同顏色的顏色索引對(duì)的數(shù)目，確定嵌入模式“LBit/顏色”，及嵌入數(shù)據(jù)時(shí)使用的被拷貝顏色；對(duì)每一種被拷貝顏色，記錄其所在的L個(gè)顏色索引對(duì)的索引值，并按遞增順序排列，建立其索引值表；2)依次掃描位圖字節(jié)陣列中的象素，根據(jù)象素的象素值，在顏色查找表中找到其顯示用顏色值；判斷該顏色值是否是嵌入數(shù)據(jù)時(shí)使用的被拷貝顏色，如是，則根據(jù)象素值在該被拷貝顏色的索引值表中的位置提取出隱藏的L位二進(jìn)制信息；3)將步驟2)中得到的信息按比特進(jìn)行組裝獲得隱藏的數(shù)據(jù)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的偽彩色格式圖象的無失真數(shù)據(jù)隱藏方法，其特征是數(shù)據(jù)的隱藏做法3)的具體方法為根據(jù)原始圖象中每一種顏色的使用次數(shù)，得到使用次數(shù)排在前CE/(2L-1)位的顏色，作為被拷貝顏色；對(duì)于每一種被拷貝顏色，在顏色查找表中沒有被原始圖象使用過的顏色索引對(duì)中選取L-1個(gè)顏色索引對(duì)，將其拷貝到這L-1個(gè)顏色索引對(duì)的顏色值中，這樣，同一種被拷貝顏色將出現(xiàn)在調(diào)色板中的L個(gè)顏色索引對(duì)中，記錄這L個(gè)顏色索引對(duì)的索引值，將索引值按遞增的順序排列，生成被拷貝顏色的索引值表；
3.一種如權(quán)利要求1所述的偽彩色格式圖象的無失真數(shù)據(jù)隱藏方法，其特征是數(shù)據(jù)的隱藏做法4)的具體方法為首先將待隱藏的數(shù)據(jù)看作由二進(jìn)制位組成的位流，將位流分割成組，每組中包含L個(gè)比特；依次掃描位圖字節(jié)陣列中的象素和待隱藏信息組，根據(jù)象素的象素值，在顏色查找表中找到其對(duì)應(yīng)的顏色值；判斷該顏色值是否是被拷貝顏色，如是，則可以嵌入信息，由被拷貝顏色的索引值表及信息組的十進(jìn)制值Value-D，將當(dāng)前象素的象素值修改為該被拷貝顏色的索引值表中第Value-D項(xiàng)中記錄的索引值，否則跳過該象素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多媒體信號(hào)處理方法，特別是一種無失真的數(shù)據(jù)隱藏方法。它利用偽彩色格式圖象的顯示原理、圖象中顏色的使用情況及顏色中存在的冗余，在圖象中嵌入大量信息的同時(shí)保證嵌入信息的圖象不會(huì)出現(xiàn)任何失真。本發(fā)明可適用于醫(yī)學(xué)、軍事等要求隱藏信息后的圖象不出現(xiàn)任何失真的應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H04N9/64GK1406054SQ0213508
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月6日
發(fā)明者劉紅梅, 黃繼武 申請(qǐng)人:中山大學(xué)