一種基于分塊自適應(yīng)直方圖平移的可逆信息隱藏方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多媒體信息安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于分塊自適應(yīng)直方圖平移的可 逆信息隱藏方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像數(shù)據(jù)隱藏是將有用的信息隱藏于公開的圖像中進(jìn)行發(fā)送和傳播。多數(shù)數(shù)據(jù)隱 藏算法都會(huì)使圖像產(chǎn)生不可逆失真，但在某些實(shí)際應(yīng)用中，因嵌入信息而導(dǎo)致的圖像改變 是不可接受的。譬如在軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域中，不僅所嵌入信息具有重大意義，原始載體圖像 同樣也是不可或缺的?？赡嫘畔㈦[藏技術(shù)的目的在于，使用者不僅能夠完整地提取嵌入的 信息，同時(shí)能夠無損的恢復(fù)原始圖像。不僅在軍事和醫(yī)療領(lǐng)域，可逆信息隱藏技術(shù)擁有廣闊 的發(fā)展空間，在司法領(lǐng)域，用戶權(quán)限多級(jí)管理領(lǐng)域，其同樣具有很好的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明方法的目的在于提出一種基于分塊自適應(yīng)的直方圖平移可逆信息隱藏方 法，相較于現(xiàn)有的直方圖平移方法，本發(fā)明方法能夠在保持較高的圖像質(zhì)量情況下進(jìn)行信 息的嵌入，并能無損的提取信息并恢復(fù)原始圖像，實(shí)現(xiàn)無損可逆信息隱藏，為醫(yī)療和軍事提 供幫助，并且本發(fā)明方法非常適用于高精度圖像。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種基于分塊自適應(yīng)的直方圖平移可逆信息隱藏方法，包括以下步驟：
[0006] (1)對(duì)載體圖像分塊、自適應(yīng)的選擇嵌入塊，包括以下幾個(gè)步驟：
[0007] (11)將載體圖像分為Μ個(gè)N*N大小的子塊，并將其置亂，將所有子塊分為兩類S和A， S類子塊用于嵌入有效信息，A類子塊用于嵌入附加信息；
[0008] (12)在嵌入有效信息之前，先計(jì)算每個(gè)子塊的嵌入容量，依據(jù)有效信息的長(zhǎng)度計(jì) 算嵌入容量門限值R，以此來確定待嵌入信息塊；
[0009] (13)對(duì)于選定的用來嵌入信息的子塊，為防止嵌入信息后溢出，需對(duì)子塊進(jìn)行預(yù) 處理，做溢出調(diào)整，即：按照從上到下從左到右的順序逐一掃描各像素點(diǎn)，對(duì)像素值為〇、1、 254、255的像素點(diǎn)做標(biāo)記(像素值為1或254的不做調(diào)整，標(biāo)記為0;像素值為0的調(diào)整為1、像 素值為255的調(diào)整為254,并標(biāo)記為1)，此0、1標(biāo)記構(gòu)成定位圖LM1;
[0010] (14)在選定嵌入塊時(shí)注意，如若當(dāng)前子塊中峰值像素值(子塊直方圖的峰值是指h (X)取得最大值時(shí)的像素值X，也就是在子塊中像素點(diǎn)最多的像素值)在本子塊直方圖有效 寬度的左邊界上且嵌入的比特信息全為0時(shí)，為避免提取出錯(cuò)，采用〇、1序列標(biāo)記，出現(xiàn)此類 特殊情況的子塊標(biāo)記為1，否則標(biāo)記為〇，此〇、1序列構(gòu)成定位圖LM2;
[0011] (15)用0、1序列來標(biāo)記各子塊是否嵌入了信息，嵌入了有效信息的子塊標(biāo)記為1， 否則標(biāo)記為0，此0、1序列構(gòu)成定位圖LM3。
[0012] (2)自適應(yīng)的選擇嵌入信息時(shí)直方圖平移的方向，具體為：
[0013]先得出子塊的直方圖，直方圖橫軸X為像素值，取值范圍[0,255]，縱軸h(x)為各像 素值對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，設(shè)從0左起第一個(gè)非零h(x)對(duì)應(yīng)像素值為a，從255右起第一個(gè)非零 h(x)對(duì)應(yīng)像素值為b，那么直方圖對(duì)應(yīng)的有效像素值取值范圍為[a，b]，比較直方圖中峰值 像素值max與a、b的距離，若max距b較近，則直方圖向右平移，反之，直方圖向左平移。
[0014] (3)為了能提取出發(fā)送方嵌入到載體圖像中的有效信息并恢復(fù)原始圖像，發(fā)送方 還需要將嵌入了信息的子塊的峰值像素值等附加信息也嵌入到圖像中傳送給接收方，自適 應(yīng)選擇比特長(zhǎng)度減少附加信息，具體步驟如下：
[0015] (31)根據(jù)子塊的直方圖分布，計(jì)算其有效寬度range;
[0016] (32)確定表示(range+1)所需的最少二進(jìn)制位數(shù)k，加1是因?yàn)榭紤]到直方圖平移 可能會(huì)使有效寬度增加，超出k位二進(jìn)制數(shù)所能表示的范圍；
[0017] (33)將峰值在直方圖中的位置用k位二進(jìn)制數(shù)表示，位置數(shù)從0開始計(jì)。
[0018] (4)有效信息嵌完后，采用直方圖平移的方法將附加信息嵌入到預(yù)留的A類子塊 中，附加信息包括定位圖、各個(gè)子塊峰值的邊信息等。
[0019] (5)接收方在收到攜帶有嵌入信息的圖像后，提取信息、恢復(fù)原始圖像的過程為：
[0020] (51)同樣將攜帶嵌入信息的圖像分塊并置亂，先提取出A類子塊中的附加信息，得 出定位圖、以及嵌入塊直方圖的峰值的位置信息，并恢復(fù)對(duì)A類子塊的溢出調(diào)整；
[0021] (52)掃描子塊，依據(jù)定位圖LM3可以找出攜帶了信息的子塊，依據(jù)子塊的直方圖計(jì) 算像素分布范圍range，再依據(jù)提取出的峰值位置信息以及特殊情況標(biāo)記圖LM2來確定峰值 點(diǎn)的像素值；
[0022] (53)若峰值在直方圖中的位置大于等于[，可推斷出信息在嵌入時(shí)直方 圖是向右平移的，則在提取時(shí)，直方圖向左平移;反之，提取信息時(shí)直方圖向右平移;最后再 依據(jù)溢出校正定位圖LM1對(duì)提取信息后的圖像做溢出調(diào)整；由此，可以提取出嵌入的信息， 并無損的恢復(fù)出原始圖像。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明是一種新型的直方圖平 移方法，能夠高效的嵌入信息并能無損的提取所嵌入信息、恢復(fù)原始圖像，采用分塊的方法 使得嵌入信息更加安全、提高整體嵌入率，自適應(yīng)選擇直方圖平移方向則能有效提高圖像 的峰值信噪比，進(jìn)一步改善圖像質(zhì)量。從而可以為醫(yī)療、軍事等應(yīng)用提供幫助，本發(fā)明方法 對(duì)精度越高的圖像的可逆信息隱藏效果越好。
【附圖說明】
[0024]圖1是采用本發(fā)明方法進(jìn)行可逆信息隱藏的流程圖；
[0025] 圖2是在lena圖像嵌入信息的統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制;為了更好說明本實(shí)施例，附 圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；
[0027] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解 的。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0028] 如圖1，為本發(fā)明方法中基于分塊自適應(yīng)直方圖平移的可逆信息隱藏方法的流程 圖，其具體步驟如下：
[0029] (1)對(duì)載體圖像分塊、自適應(yīng)的選擇嵌入塊，具體為：
[0030] (11)將載體圖像分為Μ個(gè)N*N大小的子塊，并將其置亂；
[0031] (12)將被置亂的子塊分為兩類S和A，S類子塊用于嵌入有效信息，A類子塊用于嵌 入附加ig息；
[0032] (13)對(duì)于用來嵌入有效信息的S類子塊，先計(jì)算每個(gè)子塊的直方圖，得出其嵌入容 量；
[0033] (14)根據(jù)各子塊的嵌入容量將其按降序排列，計(jì)算出使用最少數(shù)量的子塊完整嵌 入有效信息所要求的嵌入容量門限值R;
[0034] (15)掃描被置亂后的子塊，計(jì)算其嵌入容量，若嵌入容量2 R，則該子塊用來嵌入 有效信息，否則跳過，直到所有有效信息完全嵌入為止；
[0035] (16)對(duì)于選定的用來嵌入有效信息的子塊，為防止嵌入有效信息后溢出，需對(duì)S類 子塊進(jìn)行預(yù)處理，即：按照從上到下從左到右的順序逐一掃描各像素點(diǎn)，對(duì)像素值為〇、1、 254、255的像素點(diǎn)做標(biāo)記(像素值為1或254的不做調(diào)整，標(biāo)記為0;像素值為0的調(diào)整為1、像 素值為255的調(diào)整為254,并標(biāo)記為1)，此0、1標(biāo)記構(gòu)成定位圖LM1;
[0036] (17)在選定嵌入塊時(shí)注意，如若當(dāng)前子塊中峰值像素值在本子塊直方圖有效寬度 的左邊界上且嵌入的比特信息全為〇時(shí)，為避免提取出錯(cuò)，采用〇、1序列標(biāo)記，出現(xiàn)此類特殊 情況的子塊標(biāo)記為1，否則標(biāo)記為〇，此〇、1序列構(gòu)成定位圖LM2;
[0037] (18)用0、1序列來標(biāo)記各子塊是否嵌入了信息，嵌入了有效信息的子塊標(biāo)記為1， 否則標(biāo)記為0，此0、1序列構(gòu)成定位圖LM3。
[0038] (2)自適應(yīng)的選擇嵌入信息時(shí)直方圖平移的方向，具體為：
[0039] (21)對(duì)符合嵌入要求的子塊，先得到其直方圖，然后計(jì)算直方圖分布的像素值范 圍[a, b]，找出峰值像素值；
[0040] (22)計(jì)算峰值像素值與a、b兩端點(diǎn)間的距離length (a)、length (b)，假若length (aH length(b)，則嵌入信息時(shí)直方圖向右平移，反之，直方圖向左平移；
[0041] (23)若判定直方圖向右平移，掃描子塊的像素點(diǎn)p，嵌入比特為b(b為0或1)，嵌入 信息后的像素值為P'則：
[0042]
[0043]反之，若判定直方圖向左平移，則：
[0044]
[0045] (3)為了能提取出發(fā)送方嵌入到載體圖像中的有效信息并恢復(fù)原始圖像，發(fā)送方 還需要將嵌入了信息的子塊的峰值像素值等附加信息也嵌入到圖像中傳送給接收方，自適 應(yīng)選擇比特長(zhǎng)度減少附加信息，具體步驟如下：
[0046] (31)根據(jù)子塊的直方圖分布，計(jì)算其有效寬度range;
[0047] (32)確定表示(range+1)所需的最少二進(jìn)制位數(shù)k，加1是因