专利名称：利用游程直方图修改和逻辑运算进行可逆二进制图像数据隐藏的系统和方法
技术领域：
本公开的主题总体上涉及根据数字格式图像的数据嵌入和数据提取。更具体地，本公开涉及利用游程直方图的修改和逻辑运算的可逆二进制图像数据隐藏。
发明内容
典型实施例涉及一种可逆二进制图像数据隐藏技术，可以应用于任何类型的二进 制图像(文字、或图形或文字和图形的混合)以及半色调图像。可逆图像数据隐藏技术是指 令人察觉不到地隐藏数字图像中的数据，并且已经提取出隐藏的数据之后重建原始图像， 而不会发生任何失真。根据至少一个典型实施例，游程直方图修改用于可逆二进制图像数据隐藏。更具 体地，产生二进制图像的游程，修改其直方图来可逆地嵌入数据。直方图修改和移动可以达 到无损的数据隐藏。根据至少一个典型实施例，黑白游程操作与用于可逆数据隐藏的直方图对的操作 相组合。对黑白游程进行操作，以解决覆盖二进制图像中独立的白像素可能损害可逆性的 问题。为了提高数据嵌入能力并增强标记的二进制图像(其中具有隐藏数据的二进制图 像)的视觉质量，在应用基于游程直方图修改的可逆数据隐藏之前，对覆盖二进制图像应 用包含逻辑运算的变换。将相应的逆变换应用到数据提取之后的部分，该数据提取利用了 基于游程直方图修改的数据提取技术。这里提出的典型变换包括使用与(AND)运算和使用 异或(XOR)运算。典型实施例应用于非半色调二进制图像和半色调二进制图像。它们可以用于文 本、图形、以及文本与图形二进制图像的混合。这些二进制图像可通过摄像机、扫描仪、字处 理器(word processor)、或计算机图形软件来产生。数据可以直接被嵌入二进制图像中， 而不涉及字处理软件。为了无损地将数据隐藏到二进制文本图像中，这里不需要执行“行分 割”或“词分割”。在用典型实施例提取隐藏数据时，不需要原始的二进制图像。带有隐藏 数据的二进制图像对人类视觉系统不是明显的。主二进制图像的分辨率越高，能被嵌入的 数据量就越大，也就能达到更好的性能。典型实施例可以应用于使用二进制图像的许多领 域，包括图像认证、注释和隐秘通信(通常被称为隐写术)。这里描述的典型实施例提供了可逆二进制图像数据隐藏，将基于直方图对的可逆 数据隐藏应用到二进制图像的黑游程的直方图。通过适当操作白和黑游程，可以成功地消 除隔离的白点。诸如与和异或运算这样的逻辑运算也可以用来实质地增强嵌入能力。
与当前现有的可逆二进制图像数据隐藏方案相比，这里描述的典型实施例可以以相同数目的变化像素(这里由相同的峰值信噪比(PSNR)所评估的标记图像的视觉质量)， 嵌入更多数据，获得标记图像相对于原始图像有较少变化。嵌入相同数量的数据到二进制 图像中可以应用于二进制非半色调图像和半色调图像。根据至少一个典型实施例，具有与 运算的变换看起来适于非半色调二进制图像，而具有异或运算的变换则更适于半色调二进 制图像。基于以下附图、详细描述和所附权利要求，其它的主要特征和优点对本领域技术 人员而言将变得显而易见。
图14(b)是用嵌入的比特标记的图14(a)的图像。图14(c)是具有改变像素的图14(a)的图像。图15(a)是地图的原始图像。图15(b)是用嵌入的18，037个比特标记的图15(a)的图像。图15(c)是具有9，159个改变像素的图15(a)的图像。图16示出了实现典型实施例的可逆二进制图像数据隐藏计算系统。
具体实施例方式图1(a)示出了与一维(I-D)序列[3,3,1,2,1]相对应的直方图，这是灰度级图像 中行的一部分，用于可逆数据隐藏并由五个像素3，3，1，2，1组成。图1(a)的直方图包括3 个垂直条。这三个垂直条可以由h(l) =2、h(2) =1、和11(3) =2表示。在这里，h(l)= 2表示在该图像中有假定灰度级值为1的两个像素。图1(b)示出了使用直方图对的数据嵌入。基于示例直方图对的无损数据隐藏方 法和装置在于2007年2月 19 日提交的题为“Apparatus and Method for Reversible Data Hiding for JPEG Images”的美国专利申请序号No. 11/676，399中进行描述，，其全部内容 通过引用合并于此。作为示例，在灰度级等于1和/或2的像素处嵌入数据，以便在灰度 级值2处产生直方图中的零点。因此，如图1(b)所示，变化h(l) = 2未被改变。然而，将 h(2) =1移至h(3) =1，剩下}!(2) = 0，从而产生一个直方图对，S卩，[h(l) =2，h(2)= 0]。此外，h(3) =2移至1!(4) = 2，意味着h(2)和h(3)同时朝着右侧移动一个单位。同 样的，现在可以将数据嵌入到所产生的直方图对[h(l) =2，h(2) =0]中。将两个比特1、0嵌入到所产生的直方图对中。从左到右扫描像素序列。当发现灰 度级为1的第一像素(五个像素中的第三个像素)时，确定要嵌入的第一比特为1，并且在 第三个像素处将该灰度级值从1改变到2。继续扫描像素序列。当找到灰度级为1的第二 个像素(五个像素中的第五个像素)时，确定要嵌入的第二个比特为0，并且该灰度级值没 有改变。当已经扫描了所有像素后，嵌入就完成了。灰度级值等于2的两个像素已经用于数 据嵌入。在图1(c)中示出了标记图像(其中有数据隐藏的图像)的所获得的直方图。像 素灰度级值序列成为[4，4，2，3，1]。在数据提取期间，按照与数据嵌入相同的顺序逐像素地扫描标记图像。当找到灰 度级值等于2的像素(五个像素中的第三个像素)时，提取比特1。当遇到灰度级值等于1 的像素(五个像素中的最后一个像素)时，提取比特0。在提取比特序列1、0后，所有等于 或者大于2的灰度级值减1。通过这种方式，像素灰度级值序列从[4，4，2，3，1]变换为[3， 3，1，2，1]。这样，基于直方图的数据隐藏方法是可逆的。即，可以无错地提取嵌入的数据， 并且可以无损地恢复原始覆盖图像。以下是附加示例，示出了如何将基于直方图对的无损数据隐藏处理应用到二进制 图像的游程(RL)的直方图。在第一示例中，示出了如何通过操作RL直方图将数据嵌入到二进制图像中。值得 注意的是，这里没有所涉及的预变换操作。为了示意的目的，表1中示出了仅由两个含和15 个列组成的简单二进制图像，其中，0和1用来分别表示白色像素和黑色像素。表 权利要求
一种在数据集合中隐藏数据的方法，所述方法包括创建第一数据集合的属性的直方图，所述直方图包括所述属性的出现；选择所述直方图中的两个相邻的出现，其中，两个相邻出现之一的计数为0；以及将第二数据集合嵌入到第一数据集合中与选定的相邻出现相关联的数据中。
2.如权利要求1所述的方法，还包括对嵌入后第一数据集合中与选定的出现相关联的数据值进行分析；以及 基于选定的出现，从嵌入后第一数据集合中提取第二数据集合。
3.如权利要求1所述的方法，还包括改变第一数据集合以创建两个相邻的出现，其 中，两个相邻出现之一的计数为O。
4.如权利要求1所述的方法，其中，第一数据集合包括图像。
5.如权利要求4所述的方法，还包括通过拼接图像中的行，来形成一维序列。
6.如权利要求1所述的方法，其中，属性包括数据值。
7.如权利要求1所述的方法，其中，属性包括数据值的游程。
8.如权利要求7所述的方法，其中，数据值包括二进制值。
9.如权利要求8所述的方法，还包括选择第一窗，其中，将第二数据集合进行嵌入到 第一数据集合中与第一窗相关联的偶数阶数据中。
10.如权利要求8所述的方法，其中，第一窗与第一数据集合的奇数阶部分中连续的第 二值之前的至少一个第一数据值序列相关联。
11.如权利要求9所述的方法，还包括选择第二窗，其中，将第二数据集合仅嵌入到与 第一数据集合中第二窗相关联的偶数阶数据中。
12.如权利要求11所述的方法，其中，第二窗口与和第一窗相关联的至少一个序列相 关联，所述至少一个序列不包括值为第一数据值的第一序列元素，也不包括值为第二数据 值的最后序列元素。
13.如权利要求8所述的方法，还包括用第一数据集合的偶数阶部分与一个奇数阶部分的异或，来代替第一数据集合的偶数 阶部分；创建第一数据集合的偶数阶部分的属性的直方图；将第二数据集合嵌入到第一数据集合中与选定的出现相关联的偶数阶部分的数据中；以及用第一数据集合的嵌入后的偶数阶部分与第一数据集合的奇数阶部分的异或，来代替 第一数据集合的嵌入后的偶数阶部分。
14.如权利要求1所述的方法，还包括对第一数据集合进行滤波。
15.如权利要求1所述的方法，还包括在创建直方图之前，将第一数据集合的分辨率 加倍。
16.如权利要求1所述的方法，其中，将第二数据集合仅嵌入到第一数据集合的数偶 中，其中，所述数偶的第一值的第一数加上所述数偶的第二值的第二数大于阈值。
17.如权利要求1所述的方法，还包括创建嵌入后的第一数据集合的第二属性的第二直方图，所述第二直方图包括第二属性 的第二出现；选择两个相邻的第二出现，其中，两个相邻第二出现之一的第二计数为O ；以及 将第三数据集合嵌入到嵌入后第一数据集合中与选定的第二出现相关联的数据中。
18.如权利要求17所述的方法，还包括在创建第二直方图之前，操作嵌入后的第一数据集合。
19.如权利要求18所述的方法，其中，操作嵌入后的第一数据集合包括将嵌入后的第 一数据集合旋转90度。
20.一种其上存储有计算机可读指令的计算机可读介质，由处理器执行时，所述计算机 可读指令使计算设备执行进行以下操作创建第一数据集合的属性的直方图，所述直方图包括所述属性的出现； 选择两个相邻的出现，其中，两个相邻出现之一的计数为0 ；以及 将第二数据集合嵌入到第一数据集合中与选定的出现相关联的数据中。
全文摘要
一种隐藏数据的方法，包括创建第一数据集合的属性的直方图。该直方图包括该属性的出现。选择两个相邻出现，其中，该两个相邻出现之一的计数为零。将第二数据集合嵌入到与选定的相邻出现相关联的第一数据集合的数据中。
文档编号G06T1/00GK101990681SQ200980103465
公开日2011年3月23日 申请日期2009年1月30日 优先权日2008年2月1日
发明者史云庆, 宣国荣 申请人:新泽西理工学院