[發明專利]基于PVO和3D映射修改的圖像可逆信息隱藏方法

有效

• 申請號: 202110378281.4
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113095990B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 池衡曉;張靖群;洪集輝;張真誠;周陳倩;朱偉康;涂克克
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學上虞科學與工程研究院有限公司;杭州電子科技大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明提出了一種基于PVO和3D映射修改的圖像可逆信息隱藏方法。本發明通過同時考慮像素值順序和像素位置，最小值可用于預測最大三個像素，得到預測誤差三元組然后按照三維狀態轉換圖來進行秘密數據的嵌入或位移。接著，最大值用于預測最小的三個像素得到預測誤差三元組然后按照三維狀態轉換圖來進行秘密數據的嵌入或位移。通過巧妙地設計用于預測誤差三元組的三維狀態轉換圖，本發明所提出的方案可以通過僅修改三元組的單個條目來嵌入秘密數據或進行擴展而無需嵌入。實驗結果表明，本發明顯著提高了基于PVO的方案的嵌入能力，并進一步降低了嵌入帶來的失真。

技術領域

本發明研究的是信息安全之圖像內容安全這一領域，提出了一種基于PVO和3D映射修改的圖像可逆信息隱藏方法。

背景技術

隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展，數據傳輸的保密性和安全性變得越來越重要。為了使數據傳輸更加安全，研究人員開發了各種加密算法，可以將數據轉換為無法識別的密文。為了使密文在傳輸中顯得不那么明顯，研究人員開發了各種數據隱藏算法，將秘密數據嵌入到數字對象(例如圖像)中進行傳輸。由于帶有機密信息的修改后的數字對象與原始數字對象非常相似，因此其他人不會過多地關注該信息，從而達到保密的效果。

數據隱藏方法主要分為兩種：可逆的和不可逆的。可逆數據隱藏(RDH)可以提取秘密數據并恢復原始數字對象而不會變形。不可逆數據隱藏(IRDH)只能提取秘密數據，并且不能無損地恢復原始數字對象。

到目前為止，研究人員已經開發出許多有效且易于實現的圖像可逆數據隱藏(RDH)技術，例如差分擴展(DE)，直方圖移位(HS)，預測誤差擴展(PEE)，依此類推。DE方法通過擴展像素差來嵌入秘密數據。在HS技術中，必須先生成圖像強度直方圖，然后進行修改以進行數據嵌入。基于PEE算法的數據嵌入需要先生成預測誤差直方圖(PEH)，然后根據特定規則對其進行修改。

基于像素值排序(pixel-value-ordering,PVO)的RDH方案具有圖像失真極低的優點。但是，嵌入能力非常有限。本發明嘗試將成對預測誤差擴展的二維狀態空間擴展為三個維度。為此，本發明提出了一種基于PVO的預測誤差三重展開RDH方案，通過巧妙地設計用于預測誤差三元組的三維狀態轉換圖，可以通過僅修改三元組的單個條目來嵌入秘密數據或進行擴展而無需嵌入，該方案可以擴大傳統PVO的嵌入能力，并同時提高PSNR值。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中存在的問題，考慮到原始圖像的像素之間存在顯著強關聯性，基于PVO的RDH方案具有良好的圖像品質，本發明提出一種基于PVO的預測誤差三重展開RDH方案，以提高圖像的信息隱藏容量。本發明的技術方案構思是：在發送用戶端，首先，對原始圖像I實施分塊和像素值排序，用第四大值來預測最大值、次大值和第三大值，并計算三個預測誤差，組成最大側預測誤差三元組；其次，將最大側預測誤差三元組映射到三維狀態空間中的特定狀態，根據我們設計的的3D狀態轉換圖來修改最大側預測誤差三元組，以便可以嵌入機密數據或擴展不可嵌入狀態；然后，根據新的最大側預測誤差三元組來修改三個最大像素值，再對像素值進行一次排序，用第四小值來預測最小值、次小值和第三小值，并計算三個預測誤差，組成最小側預測誤差三元組，將最小側預測誤差三元組映射到三維狀態空間中的特定狀態，根據我們設計的的3D狀態轉換圖來修改最小側預測誤差三元組，以便可以嵌入機密數據或擴展不可嵌入狀態。遍歷全圖就能得到一張嵌入有秘密數據的隱蔽圖像。在接收端，數據提取與圖像恢復階段的操作就是嵌入時的逆操作，先提取最小側的信息再提取最大側的數據即可。

本發明的技術方案步驟如下：

一種基于PVO和3D映射修改的圖像可逆信息隱藏方法，用于在發送用戶端對圖像進行秘密數據嵌入，并將其發送至接收用戶端實現秘密信息的傳輸，其中在所述發送用戶端，按照S11～S19產生嵌入有秘密數據的圖像：

S11、將原始圖像I分割成若干個不重疊的圖像區塊，每個圖像區塊大小為p×q，每個圖像區塊有n個像素；