一种基于分块自适应直方图平移的可逆信息隐藏方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多媒体信息安全领域，具体涉及一种基于分块自适应直方图平移的可 逆信息隐藏方法。
【背景技术】
[0002] 图像数据隐藏是将有用的信息隐藏于公开的图像中进行发送和传播。多数数据隐 藏算法都会使图像产生不可逆失真，但在某些实际应用中，因嵌入信息而导致的图像改变 是不可接受的。譬如在军事、医疗等领域中，不仅所嵌入信息具有重大意义，原始载体图像 同样也是不可或缺的。可逆信息隐藏技术的目的在于，使用者不仅能够完整地提取嵌入的 信息，同时能够无损的恢复原始图像。不仅在军事和医疗领域，可逆信息隐藏技术拥有广阔 的发展空间，在司法领域，用户权限多级管理领域，其同样具有很好的发展前景。
【发明内容】
[0003] 本发明方法的目的在于提出一种基于分块自适应的直方图平移可逆信息隐藏方 法，相较于现有的直方图平移方法，本发明方法能够在保持较高的图像质量情况下进行信 息的嵌入，并能无损的提取信息并恢复原始图像，实现无损可逆信息隐藏，为医疗和军事提 供帮助，并且本发明方法非常适用于高精度图像。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0005] -种基于分块自适应的直方图平移可逆信息隐藏方法，包括以下步骤：
[0006] (1)对载体图像分块、自适应的选择嵌入块，包括以下几个步骤：
[0007] (11)将载体图像分为Μ个N*N大小的子块，并将其置乱，将所有子块分为两类S和A， S类子块用于嵌入有效信息，A类子块用于嵌入附加信息；
[0008] (12)在嵌入有效信息之前，先计算每个子块的嵌入容量，依据有效信息的长度计 算嵌入容量门限值R，以此来确定待嵌入信息块；
[0009] (13)对于选定的用来嵌入信息的子块，为防止嵌入信息后溢出，需对子块进行预 处理，做溢出调整，即：按照从上到下从左到右的顺序逐一扫描各像素点，对像素值为〇、1、 254、255的像素点做标记(像素值为1或254的不做调整，标记为0;像素值为0的调整为1、像 素值为255的调整为254,并标记为1)，此0、1标记构成定位图LM1;
[0010] (14)在选定嵌入块时注意，如若当前子块中峰值像素值(子块直方图的峰值是指h (X)取得最大值时的像素值X，也就是在子块中像素点最多的像素值)在本子块直方图有效 宽度的左边界上且嵌入的比特信息全为0时，为避免提取出错，采用〇、1序列标记，出现此类 特殊情况的子块标记为1，否则标记为〇，此〇、1序列构成定位图LM2;
[0011] (15)用0、1序列来标记各子块是否嵌入了信息，嵌入了有效信息的子块标记为1， 否则标记为0，此0、1序列构成定位图LM3。
[0012] (2)自适应的选择嵌入信息时直方图平移的方向，具体为：
[0013]先得出子块的直方图，直方图横轴X为像素值，取值范围[0,255]，纵轴h(x)为各像 素值对应的像素点个数，设从0左起第一个非零h(x)对应像素值为a，从255右起第一个非零 h(x)对应像素值为b，那么直方图对应的有效像素值取值范围为[a，b]，比较直方图中峰值 像素值max与a、b的距离，若max距b较近，则直方图向右平移，反之，直方图向左平移。
[0014] (3)为了能提取出发送方嵌入到载体图像中的有效信息并恢复原始图像，发送方 还需要将嵌入了信息的子块的峰值像素值等附加信息也嵌入到图像中传送给接收方，自适 应选择比特长度减少附加信息，具体步骤如下：
[0015] (31)根据子块的直方图分布，计算其有效宽度range;
[0016] (32)确定表示(range+1)所需的最少二进制位数k，加1是因为考虑到直方图平移 可能会使有效宽度增加，超出k位二进制数所能表示的范围；
[0017] (33)将峰值在直方图中的位置用k位二进制数表示，位置数从0开始计。
[0018] (4)有效信息嵌完后，采用直方图平移的方法将附加信息嵌入到预留的A类子块 中，附加信息包括定位图、各个子块峰值的边信息等。
[0019] (5)接收方在收到携带有嵌入信息的图像后，提取信息、恢复原始图像的过程为：
[0020] (51)同样将携带嵌入信息的图像分块并置乱，先提取出A类子块中的附加信息，得 出定位图、以及嵌入块直方图的峰值的位置信息，并恢复对A类子块的溢出调整；
[0021] (52)扫描子块，依据定位图LM3可以找出携带了信息的子块，依据子块的直方图计 算像素分布范围range，再依据提取出的峰值位置信息以及特殊情况标记图LM2来确定峰值 点的像素值；
[0022] (53)若峰值在直方图中的位置大于等于[，可推断出信息在嵌入时直方 图是向右平移的，则在提取时，直方图向左平移;反之，提取信息时直方图向右平移;最后再 依据溢出校正定位图LM1对提取信息后的图像做溢出调整；由此，可以提取出嵌入的信息， 并无损的恢复出原始图像。
[0023] 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是:本发明是一种新型的直方图平 移方法，能够高效的嵌入信息并能无损的提取所嵌入信息、恢复原始图像，采用分块的方法 使得嵌入信息更加安全、提高整体嵌入率，自适应选择直方图平移方向则能有效提高图像 的峰值信噪比，进一步改善图像质量。从而可以为医疗、军事等应用提供帮助，本发明方法 对精度越高的图像的可逆信息隐藏效果越好。
【附图说明】
[0024]图1是采用本发明方法进行可逆信息隐藏的流程图；
[0025] 图2是在lena图像嵌入信息的统计实验结果图。
【具体实施方式】
[0026] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例，附 图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0027] 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解 的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0028] 如图1，为本发明方法中基于分块自适应直方图平移的可逆信息隐藏方法的流程 图，其具体步骤如下：
[0029] (1)对载体图像分块、自适应的选择嵌入块，具体为：
[0030] (11)将载体图像分为Μ个N*N大小的子块，并将其置乱；
[0031] (12)将被置乱的子块分为两类S和A，S类子块用于嵌入有效信息，A类子块用于嵌 入附加ig息；
[0032] (13)对于用来嵌入有效信息的S类子块，先计算每个子块的直方图，得出其嵌入容 量；
[0033] (14)根据各子块的嵌入容量将其按降序排列，计算出使用最少数量的子块完整嵌 入有效信息所要求的嵌入容量门限值R;
[0034] (15)扫描被置乱后的子块，计算其嵌入容量，若嵌入容量2 R，则该子块用来嵌入 有效信息，否则跳过，直到所有有效信息完全嵌入为止；
[0035] (16)对于选定的用来嵌入有效信息的子块，为防止嵌入有效信息后溢出，需对S类 子块进行预处理，即：按照从上到下从左到右的顺序逐一扫描各像素点，对像素值为〇、1、 254、255的像素点做标记(像素值为1或254的不做调整，标记为0;像素值为0的调整为1、像 素值为255的调整为254,并标记为1)，此0、1标记构成定位图LM1;
[0036] (17)在选定嵌入块时注意，如若当前子块中峰值像素值在本子块直方图有效宽度 的左边界上且嵌入的比特信息全为〇时，为避免提取出错，采用〇、1序列标记，出现此类特殊 情况的子块标记为1，否则标记为〇，此〇、1序列构成定位图LM2;
[0037] (18)用0、1序列来标记各子块是否嵌入了信息，嵌入了有效信息的子块标记为1， 否则标记为0，此0、1序列构成定位图LM3。
[0038] (2)自适应的选择嵌入信息时直方图平移的方向，具体为：
[0039] (21)对符合嵌入要求的子块，先得到其直方图，然后计算直方图分布的像素值范 围[a, b]，找出峰值像素值；
[0040] (22)计算峰值像素值与a、b两端点间的距离length (a)、length (b)，假若length (aH length(b)，则嵌入信息时直方图向右平移，反之，直方图向左平移；
[0041] (23)若判定直方图向右平移，扫描子块的像素点p，嵌入比特为b(b为0或1)，嵌入 信息后的像素值为P'则：
[0042]
[0043]反之，若判定直方图向左平移，则：
[0044]
[0045] (3)为了能提取出发送方嵌入到载体图像中的有效信息并恢复原始图像，发送方 还需要将嵌入了信息的子块的峰值像素值等附加信息也嵌入到图像中传送给接收方，自适 应选择比特长度减少附加信息，具体步骤如下：
[0046] (31)根据子块的直方图分布，计算其有效宽度range;
[0047] (32)确定表示(range+1)所需的最少二进制位数k，加1是因