[發(fā)明專利]一種大容量的圖像加密域信息隱藏方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010080173.4
• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111311474B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉麗;王安紅;李志宏;呂琪;韓宇崢
• 申請（專利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06F21/60
• 代理公司: 太原中正和專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14116
• 代理人: 焦進(jìn)宇

1.一種大容量的圖像加密域信息隱藏方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一、預(yù)測差值的計算和標(biāo)簽地圖的產(chǎn)生，包括下列步驟：

第一步，讀入一幅尺寸為M×N的載體圖像I；

第二步，預(yù)測差值的計算過程：

(一)、在載體圖像中，標(biāo)記當(dāng)前像素為x(i,j)；

(二)、使用中值邊緣預(yù)測法計算當(dāng)前像素的預(yù)測值px(i,j)，如公式(1)所示，其中，2≤i≤M,2≤j≤N：

(三)、使用公式(2)，計算當(dāng)前像素與預(yù)測值的差值，將差值記為D(i,j)：

D(i,j)＝x(i,j)-px(i,j)?????????????(2)

第三步，設(shè)置閾值參數(shù)T，并利用公式(3)獲得當(dāng)前像素的標(biāo)簽值m(i,j)：

標(biāo)簽值m(i,j)為0，表示x(i,j)可用于藏入秘密信息；標(biāo)簽值為1，則不可用；

第四步，所有像素的標(biāo)簽值構(gòu)成M×N階的矩陣m(i,j)，該矩陣稱為標(biāo)簽地圖；

步驟二、載體圖像的加密，包括下列步驟：

第一步，創(chuàng)建一個加密密鑰K_e，并使用此密鑰產(chǎn)生一個取值為[0,255]、大小為M×N的隨機矩陣r(i,j)；

第二步，利用公式(4),將載體圖像及隨機矩陣中的每一個值轉(zhuǎn)換為8比特二進(jìn)制序列；

第三步，使用公式(5)加密載體圖像，其中，表示逐位異或計算；

第四步，將加密后的二進(jìn)制序列轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，形成加密圖像I′；

步驟三、預(yù)測差值的保存及秘密信息的嵌入，包括下列步驟：

第一步，將待藏入的秘密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制比特流S＝{s₁,s₂,...,s_q}；

第二步，創(chuàng)建一個隱藏密鑰K_d，并使用此密鑰對二進(jìn)制比特流進(jìn)行亂序加密處理；

第三步，預(yù)測差值的保存及秘密信息的嵌入過程：

(一)、保持加密圖像I′的第一行、第一列像素值不變；

(二)、在加密圖像I′中，標(biāo)記當(dāng)前像素為x′(i,j)，其中，2≤i≤M,2≤j≤N；

(三)、將當(dāng)前像素x′(i,j)轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)制比特序列；

(四)、讀取標(biāo)簽地圖m(i,j)，2≤i≤M,2≤j≤N，并按以下兩種情況分別進(jìn)行判斷：

a)、當(dāng)m(i,j)＝0，按以下分類修改當(dāng)前像素x′(i,j)以完成預(yù)測差值的保存及秘密信息的藏入：

當(dāng)D(i,j)＝0時，將當(dāng)前像素x′(i,j)的前7位比特依次替換為待隱藏的秘密比特，并修改末位比特為0；

當(dāng)0D(i,j)≤T時，將當(dāng)前像素x′(i,j)的最高位比特修改為0，第二到第P位比特依次替換為D(i,j)的二進(jìn)制表示，這里，同時，第(P+1)到第七位比特依次替換為未被隱藏的秘密比特，并修改末位比特為1；

當(dāng)-T≤D(i,j)0時，將當(dāng)前像素x′(i,j)的最高位比特修改為1，第二到第P位比特依次替換為|D(i,j)|的二進(jìn)制表示，這里，同時，第(P+1)到第七位比特依次替換為未被隱藏的秘密比特，并修改末位比特為1；

b)、當(dāng)m(i,j)＝1，當(dāng)前像素x′(i,j)不做任何的修改；

(五)、將步驟(四)中修改后的二進(jìn)制比特序列轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)；

(六)、重復(fù)以上步驟，直到所有像素全部處理完為止；載密圖像I_e產(chǎn)生；

步驟四、載體圖像的可逆恢復(fù)及秘密信息的無損提取，包括下列操作過程：

過程一、當(dāng)接收者收到載密圖像I_e后，若持有加密密鑰K_e和標(biāo)簽地圖，則原始的載體圖像可以被無失真的恢復(fù)，具體包括以下步驟：

第一步，使用加密密鑰K_e產(chǎn)生一個取值為[0,255]、大小M×N的隨機矩陣r(i,j)；

第二步，在載密圖像I_e中，標(biāo)記當(dāng)前像素為x_e(i,j)，并使用公式(6)解密第一行及第一列的像素值；

第三步，使用公式(1)計算當(dāng)前像素的預(yù)測像素px(i,j)，2≤i≤M,2≤j≤N；

第四步，將當(dāng)前像素x_e(i,j)轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)制比特序列；

第五步，讀取標(biāo)簽地圖m(i,j)，2≤i≤M,2≤j≤N，則：

當(dāng)m(i,j)＝0且當(dāng)前像素x_e(i,j)的末位比特為0時，x(i,j)＝px(i,j)；

當(dāng)m(i,j)＝0且當(dāng)前像素x_e(i,j)的末位比特為1時，提取x_e(i,j)的第一到第P位比特，并轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)D(i,j)，其中，第一位比特為符號位，0表示“+”，1表示“-”；并利用公式(7)恢復(fù)原始像素；

x(i,j)＝D(i,j)+px(i,j)???????????????(7)

當(dāng)m(i,j)＝1時，使用公式(6)解密當(dāng)前像素x_e(i,j)即可恢復(fù)原始像素x(i,j)；

第六步，重復(fù)以上步驟，直到所有的像素均被處理，則載體圖像I被無失真地恢復(fù)；

過程二、當(dāng)接收者收到載密圖像I_e后，若持有隱藏密鑰K_d和標(biāo)簽地圖，則秘密信息能夠被無損的提取，具體包括以下步驟：

第一步，在載密圖像I_e中，標(biāo)記當(dāng)前像素為x_e(i,j)，2≤i≤M,2≤j≤N，并轉(zhuǎn)化為8比特二進(jìn)制序列；

第二步，讀取標(biāo)簽地圖m(i,j)，2≤i≤M,2≤j≤N，則：

當(dāng)m(i,j)＝0且當(dāng)前像素x_e(i,j)的末位比特為0時，依次提取x_e(i,j)的第一到第七比特即為隱藏的秘密比特；

當(dāng)m(i,j)＝0且當(dāng)前像素x_e(i,j)的末位比特為1時，依次提取x_e(i,j)的第(P+1)到第七比特即為隱藏的秘密比特；

當(dāng)m(i,j)＝1時，不做任何操作；

第三步，使用隱藏密鑰K_d對上述步驟提取的秘密比特序列進(jìn)行解密處理，即可獲得原始的秘密信息；

當(dāng)接收者收到載密圖像I_e后，若持有加密密鑰K_e、隱藏密鑰K_d和標(biāo)簽地圖，則同時執(zhí)行以上一、二過程，既可以無損恢復(fù)載體圖像，又可以完全提取嵌入的秘密信息。