技术特征：
1.一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，包括：对预处理后的原始图像进行分块得到像素块；对像素块选取基准像素进行线性预测得到残差值组成原始残差图像，并生成原始图像的残差直方图；提取像素块的基准像素组成基准图像，对基准图像进行分块和线性预测得到基准残差图像，并生成基准图像的残差直方图；将秘密数据逐次嵌入至所述原始残差图像和基准残差图像中，得到原始加密图像和基准加密图像；将原始加密图像和基准加密图像进行合并，得到最终的加密图像；对最终的加密图像中的秘密数据进行提取和恢复。2.根据权利要求1所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，还包括：将原始图像中的像素值为0修改为1，255修改为254，并且在位置地图中标记为1，得到预处理后的原始图像。3.根据权利要求2所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，将秘密数据嵌入至所述原始残差图像中，包括：将原始图像的残差直方图分为nnh和nh，其中，nnh是由所有经过线性预测后得到的非负预测误差值生成的残差直方图，nh是由所有经过线性预测后得到的负预测误差值生成的残差直方图；对nnh和nh分别进行直方图平移；基于平移后的残差直方图，将一定数量的秘密数据s1嵌入相应的残差图像中；将嵌入秘密数据s1的残差图像进行反向线性预测得到原始加密图像p1。4.根据权利要求3所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，将秘密数据嵌入至所述基准残差图像中，包括：对基准图像的残差直方图进行直方图平移；基于平移后的残差直方图，将一定数量的秘密数据s2嵌入基准残差图像中；将嵌入秘密数据s2的残差图像进行反向线性预测得到基准加密图像p2。5.根据权利要求4所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，如果经过原始残差图像和基准残差图像的嵌入后，秘密数据仍然没有被全部嵌入，则提取上一次嵌入完成后得到的基准加密图像p2中的所有基准像素点，组成第二基准图像，对第二基准图像进行分块和线性预测得到第二基准残差图像，将一定数量的秘密数据嵌入第二基准残差图像中，并以此类推。6.根据权利要求5所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，所述将原始加密图像和基准加密图像进行合并，包括：将第n次嵌入得到的基准加密图像p
n
的像素逐个覆盖第n-1次嵌入得到的加密图像p
n-1
中的基准像素，以此类推，直到原始加密图像p1的基准像素被逐个覆盖，生成最终加密图像。7.根据权利要求5所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征
在于，进行直方图平移包括：在残差直方图h(x)中，找到峰值点h(a)a∈[0,255]和零点h(b)b∈[0,255]，x表示残差值；当a<b时，将残差直方图h(x)x∈(a,b)的元素整体向右平移1bit；当a>b时，将残差直方图h(x)x∈(a,b)的元素整体向左平移1bit。8.根据权利要求7所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，将秘密数据嵌入至残差图像中，包括：按从上到下，从左到右的顺序扫描残差图像，如果遇到峰值点像素值a，则检查待嵌入位，如果待嵌入位为1，则将该点像素值向零点b的方向移动1个单元，否则不做任何改变；重复操作，直到秘密信息全部嵌入或者不存在峰值点；所述残差图像包括原始残差图像和所有的基准残差图像。9.根据权利要求6所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，所述对最终的加密图像中的秘密数据进行提取和恢复，包括：对最终加密图像进行分块，提取所有的像素块的基准像素得到基准加密图像；对基准加密图像进行分块和线性预测，生成基准残差图像；遍历基准残差图像，按规则提取嵌入的秘密数据：进行反向线性预测，得到基准图像；将最终的加密图像中的基准像素逐个替换为基准图像的像素，得到原始加密图像；对原始加密图像进行分块和线性预测，得到原始残差图像；遍历原始残差图像，按规则提取嵌入的秘密数据；进行反向线性预测，得到原始图像；将所有提取的秘密数据进行合并得到初始的秘密数据；所述提取秘密数据的规则如下：ⅰ)像素值与峰值点像素值a相等，则提取值为1的1bit秘密数据，并且保持像素值不变；ⅱ)像素值与峰值点像素值a的绝对差为1，则提取值为0的1bit秘密数据，并且将像素值修改为a；ⅲ)将不满足ⅰ)和ⅱ)的像素值向峰值点a的方向调整1，不提取秘密数据。10.根据权利要求1、5或9任意一项所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法，其特征在于，进行分块包括：对图像按照从上到下从左到右的顺序进行分块，分块大小为n
×
n。11.一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏装置，其特征在于，包括：初始模块，用于对预处理后的原始图像进行分块得到像素块；第一生成模块，用于对像素块选取基准像素进行线性预测得到残差值组成的原始残差图像，并生成原始图像的残差直方图；第二生成模块，用于提取像素块的基准像素组成基准图像，对基准图像进行分块和线性预测得到基准残差图像，并生成基准图像的残差直方图；嵌入模块，用于将秘密数据逐次嵌入至所述原始残差图像和基准残差图像中，得到原始加密图像和基准加密图像；合并模块，用于将原始加密图像和基准加密图像进行合并，得到最终的加密图像；
以及，恢复模块，用于对最终的加密图像中的秘密数据进行提取和恢复。12.根据权利要求11所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏装置，其特征在于，所述嵌入模块具体用于，将原始图像的残差直方图分为nnh和nh，其中，nnh是由所有经过线性预测后得到的非负预测误差值生成的残差直方图，nh是由所有经过线性预测后得到的负预测误差值生成的残差直方图；对nnh和nh分别进行直方图平移；基于平移后的残差直方图，将一定数量的秘密数据s1嵌入相应的残差图像中；将嵌入秘密数据s1的残差图像进行反向线性预测得到原始加密图像p1；对基准图像的残差直方图进行直方图平移；基于平移后的残差直方图，将一定数量的秘密数据s2嵌入基准残差图像中；将嵌入秘密数据s2的残差图像进行反向线性预测得到基准加密图像p2；如果经过原始残差图像和基准残差图像的嵌入后，秘密数据仍然没有被全部嵌入，则提取上一次嵌入完成后得到的基准加密图像p2中的所有基准像素点，组成第二基准图像，对第二基准图像进行分块和线性预测得到第二基准残差图像，将一定数量的秘密数据嵌入第二基准残差图像中，并以此类推。13.根据权利要求12所述的一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏装置，其特征在于，所述嵌入模块还用于，在残差直方图h(x)中，找到峰值点h(a)a∈[0,255]和零点h(b)b∈[0,255]，x表示残差值；当a<b时，将残差直方图h(x)x∈(a,b)的元素整体向右平移1bit；当a>b时，将残差直方图h(x)x∈(a,b)的元素整体向左平移1bit；按从上到下，从左到右的顺序扫描残差图像，如果遇到峰值点像素值a，则检查待嵌入位，如果待嵌入位为1，则将该点像素值向零点b的方向移动1个单元，否则不做任何改变；重复操作，直到秘密信息全部嵌入或者不存在峰值点；所述残差图像包括原始残差图像和所有的基准残差图像。
技术总结
本发明公开了一种基于多重残差直方图平移的可逆数据隐藏方法及装置，该方法利用图像像素间临近相似性，对原始图像进行分块并选取像素块中的一个像素点作为基准像素，由所有基准像素组成基准图像，对其进行预测生成残差直方图，然后通过平移残差直方图进行秘密数据的嵌入，根据原始图像的大小，可多次分块进行秘密数据的嵌入。本发明不仅实现了在提取秘密信息后，完整恢复原始图像，而且在保证良好的隐写图像质量的同时，提高了嵌入容量。提高了嵌入容量。提高了嵌入容量。
技术研发人员：平萍 付德银 郝洁 赵红泽
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2021.10.09
技术公布日：2022/1/11