专利名称：一种基于直方图峰值波动量的可逆图像隐写分析方法
技术领域：
本发明是基于空域检测技术的特定隐写分析方法，主要针对直方图位移隐写技术进行分析与检测。
背景技术：
随着互联网技术的蓬勃发展，海量数字资源正通过开放式的网络环境进行传递， 其安全性问题已成为人们长久以来讨论和研究的议题。自20世纪90年代初以来，信息隐藏作为信息安全中的重要课题引起了国际学术界的重视。信息隐写技术是信息隐藏技术的重要分支。隐写是以表面上正常的数字载体，如图像、音频和视频等作为掩护，在其中嵌入秘密信息，隐藏的数据既不改变载体信号的视听觉效果，也不改变计算机文件的大小和格式，因而可实现不为人知的隐蔽通信。载密媒体通常与大量正常媒体资料混在一起，通过各种渠道特别是互联网进行传播。与隐写技术相对应的隐写分析，是专门针对隐写技术进行分析的一门技术，目的是为了检测秘密信息的存在性以至破坏秘密通信，甚至希望能够实现对于秘密信息的破译。对隐写分析的研究还可以揭示当前隐写技术的缺陷，衡量隐写方法的优劣(或者说安全性)，是信息隐藏技术发展与完善的一条有效途径。可逆图像隐写 (Reversible Image Steganography)作为一种较为特殊的信息隐藏方法近年来得到了较快发展。可逆图像隐写基于可逆图像信息隐藏技术，将秘密信息嵌入载密图像后使用公共媒介进行传播，由于其在信息嵌入的同时保持了可逆性，即接收方提取秘密信息后可以无损恢复原始图像，因而在军事侦查，航拍图片等领域有重要的应用价值。与此同时，目前关于可逆图像信息隐写分析的研究还不够，是信息隐藏领域中提出的新问题。可逆图像信息隐写方法根据嵌入域的不同，主要可分为空域方法和变换域方法。 其中空域方法应用较为广泛，最早的可逆信息隐写方法是由Barton在1997年提出(参见 Barton J. Method and Apparatus for Embedding Authentication Information within Digital Data[P], U. S. Patent 5 64 6997,1997)。随着研究的深入，近年来学者们提出大量的空域可逆信息隐写方法，大致可以分为三类使用数据压缩的可逆信息隐写、基于直方图修改的可逆信息隐写和基于差值扩展的可逆信息隐写。在基于直方图修改的可逆信息隐写方面，2006年，Ni等人首先提出了一种通过改变空间域像素值直方图而嵌入信息的可逆隐写方法(参见 Ni Z. C.，Shi Y. Q.，Ansari N.，et al. Reversible Data Hiding [J], IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,2006,16 (3) 354-36 ，该方法通过寻找直方图的峰值，继而对其附近的刻度进行移位，对空出的原峰值刻度处进行二值秘密信息的嵌入。由于改方法利用了直方图的一个最大和最小区间进行信息隐藏，且隐藏的比特位数是峰值点的个数，因而该方法的容量有限。随后Hwang 等人在Ni的基础上提出了一种性能更为优越的嵌入方法(参见Hwang J.，Kim J.，and Choi J. A Reversible Watermarking Based on Histogram Shifting[A] · Proceedings of International Workshop on Digital Watermarking, Lecture Notes in Computer Science[C], 2006,4283 :348-361)，相比于Ni等人的方法，该方法的嵌入容量大大提升。该方法使用Location Map记录峰值点和零值点的位置，并将Location Map作为隐写信息的一部分嵌入到图像中，这意味着接收方无需从发送方额外获取像素点信息即可完整提取秘密信息，同时无损恢复原始图像。鉴于上述优点，该方法成为一种广泛使用的可逆图像隐写方法。 目前关于可逆图像隐写方法的隐写分析尚处于起步阶段，相关研究成果较少，主要包括基于特征统计的隐写分析，如RCM可逆图像隐写分析，基于载密图像特征异常的隐写分析，如基于直方图位移的可逆图像隐写分析，等等，但从检测意义上说，部分传统的隐写检测方法对于可逆隐写分析同样适用。关于基于直方图修改隐写方法的(即HM 方法)隐写分析的相关研究成果最早由Kuo等人提出(参见Wfen-Chung Kuo, Yan-Hung Lin.On the Security of Reversible Data Hiding Based-on Histogram Shift[C]. The 3rd Intetnational Conference on Innovative Computing Information and Control (ICICIC 08).2008 :174-176)，他们基于该隐写策略形成的直方图异常提出了一种检测方法，该方法通过比较直方图异常点像素数目的相对关系来分析图像是否含有秘密信息。然而该方法本质上是一种感官检测法(指利用人类感知和分辨噪音的能力来对数字载体中是否含有隐写信息进行检测)，其检测性能存在一定不足，特别是在低嵌入率情况下检测率很低。本发明提出了一种性能更优的隐写分析方法。
发明内容
现有针对直方图可逆隐写分析的检测方法存在一定的不足，特别是在低嵌入率的情况下，方法存在失效的可能。基于上述背景，本发明提出了一种基于直方图峰值波动量的可逆图像隐写分析方法。具体步骤如下■针对待检测图像I，计算其峰值波动量PH(I)；■选取临界阈值τ ；■如果PH(I) > τ，则图像经过基于直方图修改隐写方法的隐写，含有载密信息； 否则可判断该图像未经过基于直方图修改隐写方法的隐写；对任一图像，如图2所示为Baboon图像，设其为I，其像素直方图如图3所示，设峰值点为PA，左右邻值点分别为P^和PK，Pa的灰度值为A，Pl和Pk的灰度值分别为L禾口 R ；所述的图像I的峰值波动量计算公式如下
… (1 - H'；. I — 1 , - ￡ft|),/i ..
_1] ■⑴=W料⑷⑴其中Ha表示图像I中灰度值为A的像素点数量。^表示图像I中灰度值为L的像素点数量，He表示图像I中灰度值为R的像素点数量。公式中的Mean(I)表示图像I的直方图平均波动量，其计算公式如下
Afi a (il = — > IH1-Hi.^
■l· 觀^Tl·g(QZ(2) 其中Hi表示图像I中灰度值为i的像素点数量，图像I的峰值点Pa的灰度值为A， 峰值点附近，且包括峰值点在内的五个连续点Ρη，Κ，Ρα，Ρκ，Ρκ+1的灰度值分别为L-1，L，A，
4R，R+1，该公式(2)排除了这五个点的影响；Sgn(I)是一个符号函数，它描述了峰值点附近的直方图波动情况是否服从图 4(b)所示的分布，设
权利要求
1.一种基于直方图峰值波动量的可逆图像隐写分析方法，针对直方图位移隐写技术进行分析与检测，其特征在于如下步骤a.针对待检测图像，计算其峰值波动量PH(I)；b.选取临界阈值τ；c.如果PH⑴>τ，则图像经过了基于直方图修改隐写方法的隐写，含有载密信息；否则就判断该图像未经过基于直方图修改隐写方法的隐写。
2.根据权利要求1所述的基于直方图峰值波动量的可逆图像隐写分析方法，其特征在于引入了直方图峰值波动量的方法来判别图像是否载密。
3.根据权利要求2所述的基于直方图峰值波动量的可逆图像隐写分析方法，其特征在于，所述的峰值波动量计算方法如下对任一图像，设其为I，其像素直方图中，设峰值点为ΡΑ，左右邻值点分别为&和PK，Pa 的灰度值为A，Pl和Pk的灰度值分别为L和R，所述的图像I的峰值波动量计算公式如下
全文摘要
一种基于直方图峰值波动量的可逆图像隐写分析方法，主要针对直方图位移隐写技术进行分析与检测。首先引入直方图平滑度的概念作为定量评测方法稳定性的指标，在此基础上，从直方图位移隐写造成的直方图“陷阱”的异常点出发，提出了直方图峰值波动量的概念，通过计算图像的直方图峰值波动量并与经验阈值进行比较得出图像是否为载密信息。本发明的方法对基于直方图位移的隐写检测正确率高，简单易行，检测速度快。
文档编号G06T1/00GK102411771SQ20111022048
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者付芳杰, 张平安, 杨小澎, 熊璋, 陈真勇 申请人:北京航空航天大学