[发明专利]一种基于无损压缩的加密图像可逆信息隐藏方法

说明书

本发明公开了一种基于无损压缩的加密图像可逆信息隐藏方法。内容所有者先将原始图像无损压缩以腾出空间来容纳额外信息，再根据加密密钥加密压缩后的图像，得到加密图像。之后数据嵌入者根据信息嵌入密钥在腾出的空间中嵌入额外信息，再将含有额外信息的加密图像传送给接收者。若接收者仅持有信息嵌入密钥时可提取额外信息，若仅持有加密密钥时可恢复原始图像，若同时持有加密密钥与信息嵌入密钥则可提取额外信息与恢复原始图像。本发明可在保证解密图像质量的同时使得加密图像可逆信息隐藏的信息嵌入容量与明文图像中的可逆信息隐藏方法相当。

技术领域

本发明涉及加密域信号处理领域，具体涉及一种基于无损压缩的加密图像可逆信息隐藏方法。

背景技术

信息隐藏通过轻微改变载体数据将额外信息嵌入到载体中，以实现隐蔽通信、版权保护等功能。但在军事、医学、司法等特殊领域中除提取额外信息外，还需要无失真地恢复载体内容，即需要可逆的信息隐藏方案。目前已存在许多优秀的可逆信息隐藏方法，如差值扩展、直方图平移、无损压缩、整数变换等。但这些可逆信息隐藏方法均需要在明文图像中进行。

在云计算与云存储等场景中，内容所有者不信任数据嵌入者，即内容所有者担心图像内容被数据嵌入者泄露。内容所有者为了保护隐私希望在发送前先将原始图像加密，之后云端管理员(数据嵌入者)为了认证、管理等目的需要在加密后的图像中嵌入额外信息。最后合法的接收者需要提取信息及恢复原始图像。因此需要一个加密图像中的可逆信息隐藏方案。现有的加密图像可逆信息隐藏方法可分为四类：1、加密前不作任何处理，通过简单修改部分密文数据以嵌入信息；2、将密文数据压缩以腾出空间容纳额外信息；3、加密图像前先进行预处理，预留出空间以便于信息嵌入；4、用公钥机制加密载体数据，利用加密技术的同态性嵌入信息。

现有的加密图像可逆信息隐藏方法信息嵌入容量有限，与明文图像中的可逆信息隐藏方法的容量还相距甚远，有很大的发展空间。本发明基于无损压缩技术提出了一种大容量的加密图像可逆信息隐藏方法，信息嵌入容量与明文图像中的可逆信息隐藏方法相当。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无损压缩的加密图像可逆信息隐藏方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于无损压缩的加密图像可逆信息隐藏方法，内容所有者在加密图像嵌先将原始图像无损压缩以腾出空间来容纳额外信息，以使信息隐藏容量与与明文图像可逆信息隐藏方法的信息嵌入容量相当。

进一步的，包括图像加密阶段、信息嵌入阶段，以及信息提取与图像恢复阶段。

进一步的，对一幅大小为M×N的8位灰度原始图像，具体步骤如下：

S1：将原始图像采用现有的图像无损压缩算法JPEG-LS进行压缩，得到长度为L的序列D＝{d(i)}^1×L∈[0，255]，i∈{1，2，…，L}，1≤L≤MN；

S2：根据加密密钥产生一个伪随机二元矩阵R＝{r(i，j)}^L×8∈{0，1}，将矩阵中的比特分别与d(i)的各比特位进行异或运算，从而加密序列D，

其中表示异或运算，b′_j(i)为加密后的比特；

S3：按照式(2)将各加密比特b′_j(i)重组，得到D加密后的序列D′＝{d′(i)}^1×L∈[0，255]；

S4：通过填充取值范围为[0，255]的随机数将D′扩展为长度为MN的序列，并按从上到下、从左到右的顺序将D′转换为二维矩阵X＝{x(u，v)}^M×N∈[0，255]，u∈{1，2，…，M}，v∈{1，2，…，N}，则X即为加密后的图像；