一种数字图像隐写方法
【专利摘要】本发明涉及一种数字图像隐写方法，用于在大小为M×N的载体图像C中插入秘密信息，本发明提供的方法都会对隐写图像的直方图改变进行补偿，最终使隐写图像的直方图与原始载体图像直方图相差无几，能抵御卡方检测、RS分析、隐写图像一阶统计分析检测，同时保持较小的相对熵，即隐写术系统具有较高的安全性了。
【专利说明】一种数字图像隐写方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种修改盈亏补偿的数字图像隐写方法。
【背景技术】
[0002] 隐写术是利用文本、声音、图像以及视频等多媒体中的冗余和人类感官冗余，把信 息隐藏在多媒体中，通过公共网络传送出去而实现了的隐蔽通信。隐写术不但隐藏了通信 的内容，同时隐藏了通信的事实。由于网络上图像的大量存在以及图像数据的冗余大、可嵌 入秘密信息的容量也大等特点，目前主流的隐写术是以图像为载体的。不可感知性是隐写 术重要的特性，也叫透明性或者抗检测性能。它包含视觉不可感知性或者统计不可感知性， 通过改进隐写术实现方法，或者选择合适的隐写载体，或者改善载体图像与秘密信息之间 的匹配关系，都可以提高隐写术的不可感知性。
[0003] 隐写术不同于传统加密技术，加密技术是以密码学为理论基础，对明文进行加密 变换来隐藏通信内容，难以掩盖通信发生的事实，而密文传输易引起敌方的怀疑，进而可能 被截获、攻击或破译。隐写术弥补了密码技术隐蔽性的不足，它是通过将通信内容秘密地隐 藏在公开载体媒体中进行传送，以掩盖真正的通信目的和通信发生的事实。隐写术与密码 学不是竞争关系，二者可以相互补充，进一步保证隐蔽通信的安全性。
[0004] 现有的图像隐写方法中应用比较多的两种方法为LSB方法和LSB Matching方法。 LSB(Least Significant Bit)方法是空间域方法里最简单的图像隐写方法，由Trikel等人 于1993年提出。该方法将图像的像素值（以8位的灰度图像为例）划分为8个平面，每个 平面对图像质量的影响不一样，平面从最高位到最低位，分别代表8位的二进制像素值从 高到低；从高到低依次对图像质量的影响依次下降，最低几位对图像整体质量的改变作用 很小。故将图像中这些不重要的位的像素值用秘密信息替换，这是LSB方法的核心嵌入过 程。在嵌入过程中，可以顺序嵌入或者随机间隔插入。由于LSB算法的单一的奇偶值变换 的特性，使其安全性降低，无法抵抗卡方检测和RS攻击等分析方法，而且其鲁棒性很差，同 时但这种方法得到的载密图像不可感知性好，且嵌入的信息量较大，但是通过直方图检测 发现，该方法抗攻击能力弱。
[0005] 为了抵御卡方检验等方法，有人提出LSB matching方法，LSB matching方法基本 上与LSB方法相似，只改变了最后的处理方式，若秘密信息的比特位与嵌入点的像素值最 低位相同，则原像素值不变，若不同，则将嵌入点的像素值随机加一或减一。LSB matching 方法虽然有效地避免了 LSB方法的奇偶不对称性，但这种算法在直方图保持特性上存在缺 陷，用该算法对图像进行隐写，会使直方图的改变非常明显，易被针对直方图特性的分析算 法攻击。为了保持直方图的改变，张新鹏等提出了非线性优化等方法，但是这些方法的算法 复杂度较高。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能使直方图特性基本 保持不变的数字图像隐写方法。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种数字图像隐写方法，用于在 大小为MXN的载体图像C中插入秘密信息，插入的秘密信息记为e [0，1]，载体图像C 中的像素值为Cy e [0,255], 」e [0,1]为的最低位,插入秘密信息后图像称为隐 写图像记为S，其中，i = 0，1，...，M-1，j = 0，1，...，N-1，其特征在于：
[0008] 在秘密信息插入载体图像之前，先设置一个直方图改变追踪器h[n], n e [0, 255]，直方图改变追踪器h[n]用于记录秘密信息插入载体图像后造成载体图像直方图改 变盈亏的状况，对于所有的n，在没有进行秘密信息插入前h [η]初始值为0 ;
[0009] 秘密信息插入载体图像C的过程中，分以下三种情况进行分别处理：
[0010] (1)、当插入到载体图像C中点的像素值为255时，即Ci,j = 255，此时，Ci,j的最低 位li, j = 1 ;当插入的秘密信息nii, J为0时，该点的像素值减1处理，即Si, j = Ci,厂1，得到 254作为隐写图像S该点的像素值，同时令h[254] = h[254]+l，令h[255] = h[255]_l ;当 插入的秘密信息为1时，载体图像C该处的像素值不做任何改变；
[0011] (2)、当插入到载体图像C中点的像素值为0时，即Ci,j = 0，此时，Ci,j的最低位li, j = 0 ;当插入的秘密信息为0时，载体图像C该点的像素值不做任何改变，当插入的秘 密信息为1时，该点的像素值加 1处理，即Si,j = Ci,j+1，得到1作为隐写图像S该点的 像素值，同时令 h[0] = h[0]-l,令 h[l] = h[l]+l ；
[0012] (3)、当插入到载体图像C中点Ci,j的像素值不为0或255的其他值时，比较 Ci,」的 最低位li, j与插入的秘密信息nii,」；
[0013] 当」=j时,载体图像C该点的像素值不做任何改变；
[0014]当 li,」关 nii,判断 h[Ci,」+1]与 大小：
[0015] 如果hh.j+l] >1ι[(：Μ-1]，即直方图改变追踪器记录着秘密信息嵌入到当前的像 素点时具有如下的盈亏情况：像素值为Cq+Ι的直方图改变比像素值为Cq-Ι的直方图改 变有更多的盈余，或者更少的亏损，或者Cq+Ι的直方图改变有盈余，而Cq-1的直方图改 变处于亏损状态，那么令则Si,j = Ci,rl,同时令htcy-l] = h[Ci,厂1]+1，这样像素值为Ci, j_l的直方图的亏损状况得到及时补偿或者不要使得cM+l的直方图改变盈余过大；同时刷 新Α,」改变情况=h[Ci,」]-1 ；
[0016] 如果h[Ci,j+l] < h[Ci,j-l]，则盈亏情况正好与上面相反，那么令Si,j = Ci,j+1，同 时令h[cM+l] =h[cM+l]+l，这样cM+l的直方图的亏损状况得到及时补偿或者不要使得 A, j-Ι的直方图改变盈余过大，同时刷新cy的改变情况：h[cu] = h[CijJ]-l ；
[0017] 如果h[Ci,j+l] = h[Ci,j-l]，随机应用下列a处理方式或b处理方式：
[0018] a处理方式：Si, j = j-Ι,同时令h[Ci,厂1] = htc^厂1]+1，然后刷新」的改变 情况：h[Ci, j] = h[Ci, j]_l,
[0019] b处理方式：Si, j = j+1,同时令h[Ci,」+l] = h[cu」+l]+l,然后刷新」的改变 情况：h[Ci, j] = h[Ci, j]_l。
[0020] 与现有技术相比，本发明的优点在于：在每次插入秘密信息时，本发明提供的方法 都会对隐写图像的直方图改变进行补偿，最终使隐写图像的直方图与原始载体图像直方图 相差无几，能抵御卡方检测、RS分析、隐写图像一阶统计分析检测，同时保持较小的相对熵， 即隐写术系统具有较高的安全性了。
【权利要求】
1. 一种数字图像隐写方法，用于在大小为MXN的载体图像C中插入秘密信息，插入的 秘密信息记为叫,」e [0，1]，载体图像C中的像素值为Ci,j e [0,255], 1" e [0,1]为cu j的最低位，插入秘密信息后图像称为隐写图像记为S，其中，i = 0,1,2,…M-l，j = 0,1, 2，…N-1，其特征在于： 在秘密信息插入载体图像之前，先设置一个直方图改变追踪器h[n]，n e [0，255]，直 方图改变追踪器h[n]用于记录秘密信息插入载体图像后造成载体图像直方图改变盈亏的 状况，对于所有的n，在没有进行秘密信息插入前h [η]初始值为0 ; 秘密信息插入载体图像C的过程中，分以下三种情况进行分别处理： (1)、当插入到载体图像C中点的像素值为255时，即Ci,j = 255，此时，Ci,j的最低位 j = 1 ;当插入的秘密信息πιΜ为0时，该点的像素值减1处理，即Si,j = Ci,j_l，得到254作 为隐写图像S该点的像素值，同时令h[254] = h[254]+l，令h[255] =h[255]_l ;当插入的 秘密信息为1时，载体图像C该处的像素值不做任何改变； (2)、当插入到载体图像C中点的像素值为0时，即Ci,j = 0，此时，Ci,j的最低位= 0 ;当插入的秘密信息为0时，载体图像C该点的像素值不做任何改变，当插入的秘密信 息πιΜ为1时，该点的像素值加 1处理，即Si,j = Ci,」+1，得到1作为隐写图像S该点的像素 值，同时令 h[0] = h[0]-l,令 h[l] = h[l]+l ； (3)、当插入到载体图像C中点Ci, j的像素值不为0或255的其他值时，比较Ci, j的最 低位li,」与插入的秘密信息nii,」； 当」=m^j时，载体图像C该点的像素值不做任何改变； 当li,」关nii,判断h[Ci, j+Ι]与的大小： 如果 h[Ci, j+1] > h[Ci, j_l]，令 Si,」=「I,同时令 h[Ci,「1] = h[cu 厂1]+1，同时刷 新A,」改变情况=h[Ci,」]-1 ； 如果 h[Ci, j+1] < h[Ci, j_l]，令 Si,」=j+1,同时令 h[Ci,」+l] = h[cu j+l]+l,同时刷 新Α,」的改变情况=htc^ j]-l ； 如果h[Ci, j+1] = h[Ci, j-1],随机应用下列a处理方式或b处理方式： a处理方式=c^j-1,同时令hUcy-l] = 1ι[(^,」-1]+1,然后刷新Cy的改变情况： h[Ci,」]=h[Ci,」]-1, b处理方式=c^j+1,同时令1ι[(^,」+1] = 1ι[(^,」+1]+1,然后刷新Cy的改变情况： h[Ci,」]=h[Ci,」]-1。
【文档编号】G06T1/00GK104050624SQ201410277228
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】杨任尔, 陶顺, 郑紫微, 丁石磊, 江宝钏, 刘俊 申请人:宁波大学