一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏方法，提出了一種子圖像分類的準(zhǔn)則，在信息嵌入前，先根據(jù)載體子圖像的特征對載體子圖像分類，選擇出最優(yōu)的子圖像進(jìn)行信息隱藏，有效提高了信息隱藏的性能。為了進(jìn)一步增強(qiáng)信息隱藏的魯棒性，巧妙地提出了一種“加固位”的方法，在大壓縮比壓縮的情況下仍能保證秘密信息提取的正確性，最大相對隱藏容量可達(dá)1/8，最大抗壓縮倍數(shù)可達(dá)20倍甚至更高。能在用JPEG2000算法壓縮2倍～16倍壓縮的情況下高質(zhì)量恢復(fù)秘密信息和載體圖像，恢復(fù)載體圖像PSNR典型值為40dB。
【專利說明】一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像通信的方法，特別涉及一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏 方法，屬于通信（如數(shù)據(jù)通信技術(shù)等）領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，人們對高分辨率圖像的需求越來越大，如果在其中隱藏?cái)?shù)據(jù)則 能提高數(shù)據(jù)存儲和傳輸效率；因此，在不增加傳輸速率（或不增加傳輸數(shù)據(jù)量）的情況下提 高高速數(shù)據(jù)中隱藏信息的數(shù)量和質(zhì)量非常有意義。
[0003] 目前，國際上信息隱藏方法問題如下：
[0004] 最低有效位（LSB)隱藏方法是最簡單的一種信息隱藏方法，它用待隱藏的信息比 特直接替換載體圖像的最低有效位，隱藏容量可以達(dá)到1/8,但是沒有抗壓縮能力；就算把 隱藏容量降低到1/16, 1/32等，也難于對抗數(shù)據(jù)壓縮，也就是說經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮后，隱藏的秘 密信息無法正確恢復(fù)。
[0005] 最高有效位（MSB)方法是一種無法使用的信息隱藏方法，它用待隱藏的信息比特 直接替換載體圖像的最高有效位，不考慮載體質(zhì)量則隱藏容量可以達(dá)到1/8,且具有一定的 抗壓縮能力，但是該方法完全破壞了載體圖像，即使不經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮等處理，也無法恢復(fù)載 體圖像，隱藏的信息破壞了原始圖像，可以說"得不償失"、"喧賓奪主"，違背了信息隱藏方 法必須保證載體圖像質(zhì)量的基本原則。
[0006] 能抗壓縮的典型隱藏方法隱藏容量小，一般低于1/128 ;對于信息隱藏而言，一般 情況下，相對容量高于1/128屬于"大容量"；抗壓縮能力大于8倍可稱為"抗大壓縮"。隱 藏容量決定了隱藏傳輸?shù)男剩箟嚎s能力決定了隱藏傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的性能。顯然，當(dāng)前的隱 藏算法的性能還有待進(jìn)一步的提高。隱藏的容量過小，將對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的減輕起不 到實(shí)質(zhì)的作用；抗壓縮能力較弱，則不能保證隱藏傳輸壓縮的可靠性。因此，對于以數(shù)據(jù)傳 輸為背景的信息隱藏應(yīng)用而言，大容量且抗大壓縮的隱藏算法提出迫在眉睫。
[0007] 常規(guī)的嵌入方法嵌入后經(jīng)過JPEG2000壓縮后即使像素的改變值為1、2也有可能 造成高位的突變，因此在抵抗壓縮攻擊時即使在最高位嵌入的隱藏方法的魯棒性也不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服傳統(tǒng)隱藏方法在大容量隱藏情況下抗壓縮能力 相對較弱的不足，提供了一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏方法，具有抗大壓縮比壓縮 (JPEG2000)的能力，可達(dá)8倍、16倍、20倍甚至更高。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏方法，步驟如下： [0010] 1)將載體圖像A分解為η幅大小相同的子圖像，并從中選擇m幅載體子圖像用于 隱藏秘密信息；其中，m〈n，圖像A的量化比特為Q，尺寸為M*N ;
[0011] 2)將秘密信息采用基礎(chǔ)信息隱藏方法嵌入所述載體子圖像中，獲得m幅含密載體 子圖像；所述采用基礎(chǔ)信息隱藏方法嵌入所述載體子圖像中的具體步驟為：將秘密信息轉(zhuǎn) 化為二進(jìn)制碼流后，以R比特為一組，依次替換m幅中的每一幅載體子圖像中像素的高R 位，即Q至R-1位，其中Q為最高位；
[0012] 3)對得到的m幅含密子圖像進(jìn)行抗壓縮處理，得到m幅處理后的含密子圖像；
[0013] 4)將經(jīng)抗壓縮處理后的m幅含密載體子圖像和n-m幅不含密子圖像按步驟1)中 分解的逆過程合成為一幅與A同等尺寸的含密圖像，并將其數(shù)據(jù)壓縮后傳輸至發(fā)送端；
[0014] 5)接收端對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓譯碼后，通過與步驟1)相同的分解方法得到m幅 含密載體子圖像和n-m幅不含密子圖像，并從m幅含密載體子圖像中提取出秘密信息；提取 秘密信息的具體方法為：按照步驟2)中的嵌入順序依次提取載體子圖像中像素的高R位， 即Q至Q-R-1位；
[0015] 6)利用n-m幅不含密子圖像對m幅子圖像進(jìn)行預(yù)測值恢復(fù)，然后按分解的逆過程 合成得到完整的載體圖像；所述預(yù)測值恢復(fù)的具體方法為：求取S = (λ 1*Χ1+λ 2*X2+··· ? +Ak*Xn-mVU 1+λ2+…·+ληι);其中，S表示m幅含密子圖像中每一幅的預(yù)測值；XI、 Χ2···、Χη-ηι分別為n-m幅不含密子圖像中與S對應(yīng)位置的像素值；λ 1、λ 2、….、λ n-m為 預(yù)測的權(quán)值。
[0016] 所述步驟1)中所述的載體子圖像的選取方法如下：依次計(jì)算η幅子圖像的如下參 數(shù)G = DAV+1)，其中D為子圖像的方差，V為子圖像像素的均值；根據(jù)參數(shù)G的值從小到大 順序排列，選擇前m幅子圖像作為最適合嵌入的載體子圖像。
[0017] 所述步驟3)中所述抗壓縮處理步驟如下：含密載體子圖像的前R位，即Q至Q-R-1 位保持不變，第Q-R位設(shè)置為1，其余的位全部設(shè)置為〇。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0019] 1)本發(fā)明提出了對含密圖像的抗壓縮處理的新方法。將加固方法與高位信息隱藏 方法相結(jié)合，避免這種含密圖像中高位跳變的發(fā)生，使得本發(fā)明具有很強(qiáng)的抗壓縮能力。能 在JPEG2000算法2倍?16倍壓縮的情況下高質(zhì)量恢復(fù)秘密信息和載體圖像。
[0020] 2)本發(fā)明打破了傳統(tǒng)的信息隱藏方法中存在的缺點(diǎn)。在傳統(tǒng)信息隱藏中信息隱藏 后需對載體圖像的影響要特別小、如果信息隱藏后對載體圖像影響特別大，載體將無法使 用。而本發(fā)明從其它含密載體圖像中恢復(fù)載體圖像，在發(fā)送端擺脫了不可見性的束縛，在接 收端保證了載體的質(zhì)量,恢復(fù)載體圖像PSNR典型值為40dB (大于37dB)。
[0021] 3)本發(fā)明在擁有抗大壓縮比的同時擁有較大的容量，容量最高可達(dá)1/8,其算法 的性能是當(dāng)前現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利中的隱藏算法所無法比擬的。
[0022] 4)本發(fā)明較之于其它隱藏算法，具有魯棒性強(qiáng)、易于硬件實(shí)現(xiàn)等有優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面就結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0025] 如因1所示為本發(fā)明方法流程圖，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0026] 1)將載體圖像A分解為η幅大小相同的子圖像，并從中選擇m幅載體子圖像用于 隱藏秘密信息。其中，m〈n，A為Q比特量化，圖像尺寸為M*N。
[0027] 本實(shí)施例中 Μ = N = 512, Q = 8，n = 4，m=l;
[0028] 2)將秘密信息采用基礎(chǔ)信息隱藏方法嵌入所述載體子圖像中，獲得m幅含密載體 子圖像。
[0029] 所述的基礎(chǔ)隱藏方法為：采用有效位直接替換的方法。將秘密信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制 碼流后，以R比特為一組，依次替換載體子圖像中像素的高R位（即Q至Q-R-1位，Q為最 高位），隱藏的相對容量為Cap = m*lV(n*Q)，其中，R為小于Q的正整數(shù)；令秘密信息的bit 數(shù)為 L，L < Cap*M*N*Q。
[0030] 本實(shí)施例中，R = 1 時 Cap = 1/32 ;R = 2 時 Cap = 1/16 ;R = 4 時 Cap = 1/8 ;
[0031] 3)對得到的m幅含密子圖像進(jìn)行抗壓縮處理，得到m幅處理后的含密子圖像。
[0032] 4)將經(jīng)抗壓縮處理后的m幅含密載體子圖像和n-m幅不含密子圖像按步驟1)中 分解的逆過程合成為一幅與A同等尺寸的含密圖像，并將其數(shù)據(jù)壓縮后傳輸至發(fā)送端。
[0033] 5)接收端在進(jìn)行解壓譯碼后，通過與步驟1)相同的分解方法得到m幅含密載體子 圖像和n-m幅不含密子圖像。然后從m幅含密載體子圖像中提取出秘密信息。
[0034] 其中，提取秘密信息的方法為：按照步驟2)中的嵌入順序依次提取載體子圖像中 像素的高R位（即Q至Q-R-1位，Q為最高位）。
[0035] 6)利用n-m幅不含密子圖像對m幅子圖像進(jìn)行預(yù)測值恢復(fù)，然后按分解的逆過程 合成得到完整的載體圖像；所述預(yù)測值恢復(fù)的具體方法為：求取S = (λ 1*Χ1+λ 2*X2+··· ? +Ak*Xn-mVU 1+λ2+…·+ληι);其中，S表示m幅含密子圖像中每一幅的預(yù)測值；XI、 Χ2···、Χη-ηι分別為n-m幅不含密子圖像中與S對應(yīng)位置的像素值；λ 1、λ 2、….、λ n-m為 預(yù)測的權(quán)值；由于與S越相鄰的像素與S的相關(guān)性越強(qiáng)，故越相鄰像素的權(quán)值λ越大，反 之，λ越小。特殊的，當(dāng)λ 1 = λ 2 =···. = λ n-m時，預(yù)測值S為Χ1、Χ2···、Χη-ηι的均值。
[0036] S = ( λ 1*Χ1+ λ 2*Χ2+... · + λ k*Xn_m) / ( λ 1+ λ 2+... · + λ n_m);
[0037] 本實(shí)施例中 λ 1 = 〇，λ 2 = 1 ;
[0038] S 的取值如下：SI = (Xl+X2)/2, S2 = (Χ1+Χ2+Χ3)/3。
[0039] 具體實(shí)施例
[0040] 為了驗(yàn)證本文提出的算法的性能，實(shí)驗(yàn)采用了多幅大小為512X512的8比特灰度 圖像進(jìn)行了仿真，下面以一個具體實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的工作過程和驗(yàn)證本發(fā)明提出算 法的性能。
[0041] 采用多幅大小為512X512的8比特灰度圖像進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真，嵌入秘密信息后載 體圖像的改變程度用峰值信噪比（PSNR)來衡量，恢復(fù)的載體圖像的PSNR主要取決于分解 圖像中含密子圖像所占的比例Μ/Ν。本發(fā)明的峰值信噪比（PSNR)均在30dB以上，甚至達(dá) 40-50dB，典型值為40dB左右（大于35dB)。
[0042] 隱藏容量 Cap = m*R/ (n*Q);
[0043] 其中，m為隱藏子圖像個數(shù)，η為總子圖像個數(shù)，Q為圖像量化比特?cái)?shù)，R為子圖像 隱藏容量控制因子。如只用最高位R = 1 ;用最高位和次高位，R = 2 ;用最高位到第三位， R = 3 ;用最高位到第四位，R = 4。
[0044] 本發(fā)明隱藏容量可取許多值，極限隱藏容量Cap = 1/2*4/8 = 1/4,最大隱藏容量 Cap = 1/4*4/8 = 1/8,其他值為：
[0045] Cap = 1/4*2/8 = 1/16 ;Cap = 1/4*3/8 = 3/16 ;
[0046] Cap = l/4*l/8 = 1/32 ;Cap = l/8*2/8 = 1/16 ;
[0047] Cap = l/8*l/8 = 1/64 ;Cap = 1/16*1/4 = 1/64 ;
[0048] Cap = 2/16*1/8 = 1/64。
[0049] Cap小于1/64當(dāng)然具有更優(yōu)的質(zhì)量。
[0050] 本發(fā)明隱藏方法可以對抗JPEG2000壓縮算法的攻擊，大容量情況下，壓縮比在2 倍到20倍甚至更高。本發(fā)明隱藏容量可達(dá)1/8-1/64,恢復(fù)載體圖像典型值為40dB左右（大 于 37dB)。
[0051] 本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
【權(quán)利要求】
1. 一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏方法，其特征在于步驟如下： 1) 將載體圖像A分解為η幅大小相同的子圖像，并從中選擇m幅載體子圖像用于隱藏 秘密信息；其中，m〈n，圖像A的量化比特為Q，尺寸為M*N ; 2) 將秘密信息采用基礎(chǔ)信息隱藏方法嵌入所述載體子圖像中，獲得m幅含密載體子圖 像；所述采用基礎(chǔ)信息隱藏方法嵌入所述載體子圖像中的具體步驟為：將秘密信息轉(zhuǎn)化為 二進(jìn)制碼流后，以R比特為一組，依次替換m幅中的每一幅載體子圖像中像素的高R位，即 Q至R-1位，其中Q為最高位； 3) 對得到的m幅含密子圖像進(jìn)行抗壓縮處理，得到m幅處理后的含密子圖像； 4) 將經(jīng)抗壓縮處理后的m幅含密載體子圖像和n-m幅不含密子圖像按步驟1)中分解 的逆過程合成為一幅與A同等尺寸的含密圖像，并將其數(shù)據(jù)壓縮后傳輸至發(fā)送端； 5) 接收端對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓譯碼后，通過與步驟1)相同的分解方法得到m幅含 密載體子圖像和n-m幅不含密子圖像，并從m幅含密載體子圖像中提取出秘密信息；提取秘 密信息的具體方法為：按照步驟2)中的嵌入順序依次提取載體子圖像中像素的高R位，即 Q 至 Q-R-1 位； 6) 利用n-m幅不含密子圖像對m幅子圖像進(jìn)行預(yù)測值恢復(fù)，然后按分解的逆過程合 成得到完整的載體圖像；所述預(yù)測值恢復(fù)的具體方法為：求取S = (λ 1*Χ1+λ 2*X2+··· ? +Ak*Xn-mVU 1+λ2+…·+ληι);其中，S表示m幅含密子圖像中每一幅的預(yù)測值；XI、 Χ2···、Χη-ηι分別為n-m幅不含密子圖像中與S對應(yīng)位置的像素值；λ 1、λ 2、….、λ n-m為 預(yù)測的權(quán)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏方法，其特征在于：所 述步驟1)中所述的載體子圖像的選取方法如下：依次計(jì)算η幅子圖像的如下參數(shù)G = D/ (V+1)，其中D為子圖像的方差，V為子圖像像素的均值；根據(jù)參數(shù)G的值從小到大順序排 列，選擇前m幅子圖像作為最適合嵌入的載體子圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大容量抗大壓縮的圖像信息隱藏方法，其特征在于：所 述步驟3)中所述抗壓縮處理步驟如下：含密載體子圖像的前R位，即Q至Q-R-1位保持不 變，第Q-R位設(shè)置為1，其余的位全部設(shè)置為0。
【文檔編號】H04N19/467GK104065969SQ201410239943
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】周詮, 呼延烺, 黎軍, 朱厲洪, 方海, 張怡, 李靜玲, 魏佳圓 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所