一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法，可以在載體數(shù)據(jù)流如圖像數(shù)據(jù)中實(shí)現(xiàn)大容量的信息隱藏，主要用于傳輸和存儲。其特點(diǎn)在于：該方法引入虛擬數(shù)據(jù)以及高位統(tǒng)計(jì)分組，把秘密信息嵌入在數(shù)據(jù)流中進(jìn)行傳輸，接收端能無損提取秘密信息，近無損地恢復(fù)原始載體數(shù)據(jù)，該方法經(jīng)過一定的有損壓縮，接收端也能高質(zhì)量恢復(fù)秘密信息和載體數(shù)據(jù)，具有魯棒性。本發(fā)明是為了滿足高隱藏容量、魯棒性、硬件實(shí)現(xiàn)相對簡單、無損信息隱藏時(shí)恢復(fù)載體質(zhì)量高、可適應(yīng)圖像和非圖像數(shù)據(jù)的要求而提出的，隱藏方法具有優(yōu)于1/8或優(yōu)于1/10的隱藏容量，恢復(fù)載體質(zhì)量高，對圖像載體而言PSNR可達(dá)54dB。
【專利說明】
一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)通信的方法，特別涉及一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法，屬于通信(如數(shù)據(jù)通信技術(shù)等)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]信息隱藏，也稱數(shù)據(jù)隱藏是信息安全的一個(gè)重要分支，其利用人類的視覺冗余將秘密信息嵌入到載體中，從而達(dá)到安全傳輸秘密信息的目的。
[0003]信息隱藏分為無損信息隱藏或者有損信息隱藏，有損信息隱藏如LSB、DCT信息隱藏方法，經(jīng)過信息隱藏后載體數(shù)據(jù)有一定損失，信息無損失或有一定損失。無損信息隱藏方法如基于直方圖的信息隱藏方法、差值擴(kuò)展信息隱藏方法等，經(jīng)過信息隱藏后載體數(shù)據(jù)無損失，?目息也無損失。
[0004]信息隱藏也可分為魯棒信息隱藏或者非魯棒信息隱藏，有的能抗噪聲、抗壓縮等處理，該類方法為魯棒信息隱藏方法;有的不能抗噪聲也不能抗壓縮等處理，該類方法為非魯棒信息隱藏方法。通過信息隱藏技術(shù)可以做到在不改變載體(如圖像)大小、不影響載體(如圖像等)使用的情況下，在載體(如圖像等)中嵌入秘密信息進(jìn)行隱藏傳輸，接收端能夠正確提取秘密信息，按要求恢復(fù)載體數(shù)據(jù)。如果在傳輸過程中遇到噪聲或經(jīng)過一定的有損壓縮后也能恢復(fù)秘密信息，同時(shí)圖像質(zhì)量滿足要求，那么采用的方法就是魯棒信息隱藏方法。
[0005]有損信息隱藏方法如LSB信息隱藏方法，容量達(dá)到1/8，但沒有魯棒性。其它許多有損信息隱藏方法如DCT信息隱藏方法，容量根本達(dá)不到1/8，或者小容量(1/512—1/64)能抗壓縮，或者大容量不抗壓縮。
[0006]魯棒信息隱藏方法可以做到信息無損恢復(fù)，又能做到有損情況的信息無損恢復(fù)。對圖像信息隱藏來說，過去，一般情況下，相對容量高于1/128就可以稱為“大容量”，目前，相對容量高于或達(dá)到1/64，如1/8，1/16，1/32，1/64就可以稱為“大容量”，一般文獻(xiàn)中，采用頻域或空域信息隱藏方法，如方法具有魯棒性(抗壓縮)，則隱藏容量一般為1/64或1/128，介于幾十分之一到幾百分之一，也有一些信息隱藏方法隱藏容量相對較高?？傊?，目前抗壓縮的信息隱藏方法的要么隱藏容量達(dá)不到1/8，要么隱藏容量達(dá)到1/8但缺乏載體魯棒性、恢復(fù)載體質(zhì)量不夠高(PSNR值相對小)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)方案是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法，滿足了用戶信息隱藏容量大、實(shí)現(xiàn)相對簡單、具有一定魯棒性、無損信息隱藏時(shí)恢復(fù)載體質(zhì)量高、既能在圖像數(shù)據(jù)中也能在非圖像數(shù)據(jù)隱藏秘密信息的要求而提出的，使得隱藏方法優(yōu)于10%的相對隱藏容量，而且信息無任何失真。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法，步驟如下:
[0009]I)把數(shù)據(jù)流Α:Χ1，Χ2，……Xp分組，每組2個(gè)數(shù)據(jù)，每組第一個(gè)數(shù)據(jù)用8比特(a8 a7a6 a5 a4 a3 a2 al)表示，每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)用8比特(b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 bl)表示；每組第二個(gè)數(shù)據(jù)高t位與每組第一個(gè)數(shù)高t位比較，統(tǒng)計(jì)高t位相同的組數(shù)m，其中p = 2n為偶數(shù)；
[0010]2)產(chǎn)生虛擬數(shù)據(jù)，形成載體數(shù)據(jù)流B
[0011]將數(shù)據(jù)流A經(jīng)步驟I)產(chǎn)生的所有分組中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整:把第一個(gè)數(shù)據(jù)最低位al去掉，全部下移一位，最高位為c8，形成新的8比特?cái)?shù)據(jù)，如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位相同，則把新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 = 0，如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位不相同，則把新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 =I，最終形成新的8比特?cái)?shù)據(jù):(c8 a8 a7 a6 a5 a4 a3 a2)，記為虛擬數(shù)據(jù);將虛擬數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)組成一組新的數(shù)據(jù);將調(diào)整后的每組數(shù)據(jù)按順序排列，作為載體數(shù)據(jù)流B;
[0012]3)嵌入隱藏信息
[0013 ] 31)秘密信息隱藏格式變換:將二進(jìn)制秘密信息SO每t比特為I組進(jìn)行分組，加密或加擾形成秘密數(shù)據(jù)V;
[0014]32)如果載體數(shù)據(jù)流B中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位c8 = 0，則用秘密數(shù)據(jù)V每t位替換對應(yīng)的載體數(shù)據(jù)流B中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)中除c8以外的所有次高t位，如果載體數(shù)據(jù)流B中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位c8 = l，則不隱藏秘密數(shù)據(jù)V，最終形成含密的數(shù)據(jù)流；
[0015]4)接收端信息提取和載體恢復(fù)的步驟如下:
[0016]41)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，每組2個(gè)數(shù)據(jù)，每組第一個(gè)數(shù)據(jù)用8比特表示，每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)用8比特表示，每組第二個(gè)數(shù)據(jù)高t位與每組第一個(gè)數(shù)高t位比較，統(tǒng)計(jì)高t位相同的組數(shù)m，其中P = 2n為偶數(shù)；
[0017]42)如果接收到的數(shù)據(jù)中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位c8 = 0，則提取第一個(gè)數(shù)據(jù)的次高t位數(shù)據(jù)作為提取的秘密信息SI，得到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上移I比特得到X0;之后用接收到的數(shù)據(jù)中每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位替換XO的高t位得到恢復(fù)的數(shù)據(jù)XI;最低位置為O;
[0018]43)如果接收到的數(shù)據(jù)中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)的高位c8 = I，則該數(shù)據(jù)中不含秘密數(shù)據(jù)，去掉c8，直接把得到的次高7位直接上移I位，最低位置為I，得到的數(shù)據(jù)XO作為恢復(fù)的Xlo
[0019]將所述步驟2)中產(chǎn)生載體數(shù)據(jù)流B的方法替換為:
[0020]將數(shù)據(jù)流A經(jīng)步驟I)產(chǎn)生的所有分組中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整:把第一個(gè)數(shù)據(jù)最低位al去掉，全部下移一位，最高位為c8，形成新的8比特?cái)?shù)據(jù)，如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位相同，則把新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 = 0，如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位不相同，則把新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 =I;如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位相同的前ml個(gè)分組已經(jīng)達(dá)到實(shí)際要求隱藏容量Rl，Rl = int(t*ml/(16*n))，則把ml個(gè)分組之后產(chǎn)生的新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 = l;最終形成新的8比特?cái)?shù)據(jù):(c8 a8 a7 a6 a5 a4 a3 a2)，記為虛擬數(shù)據(jù);將虛擬數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)組成一組新的數(shù)據(jù)。
[0021 ] 所述的t為整數(shù)，t = int(R*16*n/m)，其中R為隱藏容量。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于:
[0023]本發(fā)明利用信息隱藏技術(shù)在數(shù)據(jù)中嵌入秘密信息進(jìn)行傳輸，接收端可以從載體數(shù)據(jù)中提取秘密信息，并高質(zhì)量恢復(fù)原始載體數(shù)據(jù)。在不增加信息傳輸速率的情況下，能在其中隱藏十分之一的大數(shù)據(jù)量(1/8左右)，恢復(fù)載體質(zhì)量高達(dá)54dB，且具有一定的抗壓縮抗噪聲能力。
[0024]本發(fā)明與目前【背景技術(shù)】相比有下面幾點(diǎn)實(shí)質(zhì)性不同及進(jìn)步:
[0025](I)目前大容量的信息隱藏算法大都是通過空域多層嵌入或數(shù)據(jù)差值或頻域隱藏處理等方法實(shí)現(xiàn)，而本發(fā)明屬空域直接隱藏方法，基于數(shù)據(jù)流中存在兩個(gè)數(shù)(一組)高位的數(shù)、而且相同的數(shù)目很多這一技術(shù)特征(本發(fā)明人分析和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn))，因而隱藏容量大，恢復(fù)載體數(shù)據(jù)的質(zhì)量高；
[0026](2)目前的信息隱藏方法，如EMD以及FEMD方法等，通過2個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息隱藏，隱藏容量為1/8時(shí)沒有魯棒性，隱藏容量為1/32時(shí)也沒有魯棒性，但本文的方法同樣隱藏容量情況下具有一定魯棒性。
[0027](3)目前的有損魯棒信息隱藏方法，在大容量情況下恢復(fù)載體質(zhì)量往往不高，一般達(dá)不到40-50dB，但本發(fā)明的方法PSNR比較高達(dá)54dB ；
[0028](4)本發(fā)明的方法事先可根據(jù)高t位的相同數(shù)據(jù)數(shù)量來調(diào)整隱藏容量的大小，當(dāng)t取3或4時(shí)隱藏容量相對較大；
[0029](5)本發(fā)明可根據(jù)高t位的相同數(shù)據(jù)的情況靈活調(diào)整隱藏容量的大小，避免了容量不能隨情況變化的問題，增加了實(shí)用性。
[0030](6)本發(fā)明引入虛擬的數(shù)據(jù)，用高位表示隱藏或不隱藏，不需要傳輸附加信息，t值雙方可事先約定，不需要傳輸。
【附圖說明】
[0031]圖1(a)-圖1(d)為仿真用載體圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0032]信息隱藏技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于地面信息網(wǎng)絡(luò)，也已經(jīng)用于航天器及各類衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)論證中，在今后必將得到更廣泛應(yīng)用。
[0033]本發(fā)明提供了一種抗壓縮的大容量信息隱藏方法，具有非常大的隱藏容量，可達(dá)1/8，同時(shí)該方法具有復(fù)雜度低、實(shí)現(xiàn)資源占用少等實(shí)用性的特點(diǎn)，從而在地面系統(tǒng)以及航天器工程中都具有實(shí)用價(jià)值。
[0034]為了驗(yàn)證本發(fā)明所提出的算法的性能，仿真實(shí)驗(yàn)中首先采用了UGR標(biāo)準(zhǔn)測試圖像庫中4幅大小為512X512的8比特灰度圖像數(shù)據(jù)，如圖1(a)-圖1(d)所示，采用本發(fā)明進(jìn)行信息隱藏試驗(yàn)。將0、1分布等概的隨機(jī)序列數(shù)據(jù)作為秘密信息嵌入的圖像載體中，以信息無損隱藏容量、恢復(fù)載體質(zhì)量來衡量本方法的隱藏性能。
[0035]數(shù)據(jù)流A的形成過程可以采用多種方法，如:
[0036](I)把圖像按行排列形成一維數(shù)據(jù)流A;
[0037](2)把圖像按列排列形成一維數(shù)據(jù)流A;
[0038](3)把圖像按塊排列，每塊形成一維數(shù)據(jù)流A0，再形成數(shù)據(jù)流A;
[0039](4)把圖像任意分組，2個(gè)一組，形成數(shù)據(jù)流A;
[0040](5)其它數(shù)據(jù)類似上面進(jìn)行排列，形成數(shù)據(jù)流A。
[0041]首先把圖像按行排列，對應(yīng)上面(I)，形成一維數(shù)據(jù)流A，采用本發(fā)明進(jìn)行信息隱藏試驗(yàn)。
[0042 ]令η = p / 2，表示數(shù)據(jù)流A的數(shù)組分組總數(shù)，則本發(fā)明的信息隱藏容量為R = i n t (t /16*m/n)；
[0043]對于圖像I (a):
[0044]t = 3，滿足條件分組占總分組的比例:m/n = 81.5%
[0045]隱藏容量:3/16*m/n= 13.6%>l/8>10%
[0046]對于圖像1(b):
[0047]t = 3，滿足條件分組占總分組的比例:m/n = 59.6%
[0048]隱藏容量:3/16*m/n= 10%
[0049]PSNR = 54.1dB,
[0050]對于圖像I (c):
[0051 ] t = 3，滿足條件分組占總分組的比例:m/n = 78.6%
[0052]隱藏容量:3/16*m/n= 13.1%>l/8>10%
[0053]對于圖像1(d):Peppers.bmp
[0054]t = 3，滿足條件分組占總分組的比例:m/n = 80.9%
[0055]隱藏容量:3/16*m/n= 13.5%>l/8>10%
[0056]均有:信息無損恢復(fù)，
[0057]載體近無損恢復(fù)PSNR = 54dB，
[0058]隱藏容量:3/16*m/n平均大于1/8，優(yōu)于10%，達(dá)1/8左右。
[0059]一般PSNR = 35dB就感覺不到失真，PSNR=54dB遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于35dB，秘密信息完全恢復(fù)，載體圖像質(zhì)量非常高。
[0060]其它圖像結(jié)果類似。
[0061]仿真結(jié)果說明算法具有較大的容量，對于圖像，無損隱藏容量一般優(yōu)于1/10，平均大于1/8，個(gè)別小于1/8但大于10%。因?yàn)槊孛軘?shù)據(jù)藏在數(shù)據(jù)的高位，對噪聲和壓縮處理具有一定的魯棒性。
[0062]經(jīng)過噪聲試驗(yàn)，在通用測試強(qiáng)度情況下，秘密信息誤碼，經(jīng)過后處理恢復(fù)載體圖像的質(zhì)量仍然較高，可以達(dá)到45dB以上。
[0063]本發(fā)明提出的方法可以通過降低嵌入量進(jìn)一步提高抗壓縮性能，在實(shí)際中事先對秘密數(shù)據(jù)經(jīng)過糾錯(cuò)編碼，犧牲一定的隱藏容量就可以達(dá)到低誤碼或無誤碼，糾錯(cuò)碼可以所用RS碼、LDPC碼或任何具有糾錯(cuò)能力的碼。
[0064]本發(fā)明提出的一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法，在涉及圖像數(shù)據(jù)、SAR數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊隙伎梢詰?yīng)用，通過調(diào)整t達(dá)到適應(yīng)不同載體數(shù)據(jù)的目的。
[0065]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法，其特征在于步驟如下: 1)把數(shù)據(jù)流441』2，……Xp分組，每組2個(gè)數(shù)據(jù)，每組第一個(gè)數(shù)據(jù)用8比特(38373635&4333231)表示，每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)用8比特(^8&7&6&5&4^3&2131)表示；每組第二個(gè)數(shù)據(jù)高t位與每組第一個(gè)數(shù)高t位比較，統(tǒng)計(jì)高t位相同的組數(shù)m，其中P = 2n為偶數(shù)； 2)產(chǎn)生虛擬數(shù)據(jù)，形成載體數(shù)據(jù)流B 將數(shù)據(jù)流A經(jīng)步驟I)產(chǎn)生的所有分組中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整:把第一個(gè)數(shù)據(jù)最低位al去掉，全部下移一位，最高位為c8，形成新的8比特?cái)?shù)據(jù)，如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位相同，則把新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 = 0，如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位不相同，則把新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 = l，最終形成新的8比特?cái)?shù)據(jù):(C8a8a7a6a5a4a3a2)，記為虛擬數(shù)據(jù);將虛擬數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)組成一組新的數(shù)據(jù);將調(diào)整后的每組數(shù)據(jù)按順序排列，作為載體數(shù)據(jù)流B; 3)嵌入隱藏信息 31)秘密信息隱藏格式變換:將二進(jìn)制秘密信息SO每t比特為I組進(jìn)行分組，加密或加擾形成秘密數(shù)據(jù)V; 32)如果載體數(shù)據(jù)流B中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位c8= 0，則用秘密數(shù)據(jù)V每t位替換對應(yīng)的載體數(shù)據(jù)流B中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)中除c8以外的所有次高t位，如果載體數(shù)據(jù)流B中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位c8 = l，則不隱藏秘密數(shù)據(jù)V，最終形成含密的數(shù)據(jù)流； 4)接收端信息提取和載體恢復(fù)的步驟如下: 41)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，每組2個(gè)數(shù)據(jù)，每組第一個(gè)數(shù)據(jù)用8比特表示，每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)用8比特表示，每組第二個(gè)數(shù)據(jù)高t位與每組第一個(gè)數(shù)高t位比較，統(tǒng)計(jì)高t位相同的組數(shù)m，其中P = 2n為偶數(shù)； 42)如果接收到的數(shù)據(jù)中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位c8= 0，則提取第一個(gè)數(shù)據(jù)的次高t位數(shù)據(jù)作為提取的秘密信息SI，得到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上移I比特得到X0;之后用接收到的數(shù)據(jù)中每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位替換XO的高t位得到恢復(fù)的數(shù)據(jù)XI;最低位置為O; 43)如果接收到的數(shù)據(jù)中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)的高位c8= l，則該數(shù)據(jù)中不含秘密數(shù)據(jù)，去掉c8，直接把得到的次高7位直接上移I位，最低位置為I，得到的數(shù)據(jù)XO作為恢復(fù)的XI。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法，其特征在于:將所述步驟2)中產(chǎn)生載體數(shù)據(jù)流B的方法替換為: 將數(shù)據(jù)流A經(jīng)步驟I)產(chǎn)生的所有分組中每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整:把第一個(gè)數(shù)據(jù)最低位al去掉，全部下移一位，最高位為c8，形成新的8比特?cái)?shù)據(jù)，如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位相同，則把新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 = 0，如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位不相同，則把新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 = l;如果每組的第一個(gè)數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)的高t位相同的前ml個(gè)分組已經(jīng)達(dá)到實(shí)際要求隱藏容量Rl，Rl = int(t*ml/(16*n))，則把ml個(gè)分組之后產(chǎn)生的新的8比特?cái)?shù)據(jù)的最高位標(biāo)記為c8 = l;最終形成新的8比特?cái)?shù)據(jù):(C8a8a7a6a5a4a3a2)，記為虛擬數(shù)據(jù);將虛擬數(shù)據(jù)和每組的第二個(gè)數(shù)據(jù)組成一組新的數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于虛擬數(shù)據(jù)的魯棒信息隱藏方法，其特征在于:所述的t為整數(shù)，t = int(R*16*n/m)，其中R為隱藏容量。
【文檔編號】H04L29/06GK106027545SQ201610478703
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】周詮, 劉娟妮, 呼延烺, 魏佳圓
【申請人】西安空間無線電技術(shù)研究所