[发明专利]基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法

权利要求书

1.基于最近邻像素预测的可分离加密域可逆信息隐藏方法，其特征在于：本方法由三部分组成：(Ⅰ)内容拥有者；(Ⅱ)信息隐藏者；(Ⅲ)接收者；

Ⅰ.内容拥有者将载体图像进行预处理以腾出空余空间，并对带有空余空间的载体图像进行加密，具体包括下列步骤：

第一步，读入一幅M×N的载体图像I；

第二步，定义I(i,j)(i＝1,3,5,...,M；j＝1,3,5,...,N)为参考像素，其余像素为预测像素，使用公式(1)对载体图像I进行像素预测，得到预测图像

其中，1≤i≤M，1≤j≤N；m＝0,1,2,...,(M/2-1),n＝0,1,2,...,(N/2-1)；表示向下取整运算；

第三步，保持参考像素不变，根据公式(2)计算预测像素的预测误差：

其中，i≠1,3,5,...,M；j≠1,3,5,...,N；

第四步，保持参考像素不变，所有预测误差可以被划分为3类分块结构，将其进行移位操作形成2×2大小的块，分别记为DB₁、DB₂、DB₃，并按以下排列规则对所有参考像素和分块结构进行重排：

1)逐行提取参考像素并依次排列在图像左上角1/4位置，其大小为M/2×N/2，记为RB子图；

2)依次提取DB₁并按列方向排放在图像的右上角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₁子图；

3)依次提取DB₂并按列方向排放在图像的左下角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₂子图；

4)依次提取DB₃并按列方向排放在图像的右下角1/4位置，大小为M/2×N/2，记为DB₃子图；

以上第二步、第三步和第四步为预处理过程，预处理后的图像与原始图像大小相同，RB子图清晰地保留了原始图像的所有信息，其大小为原始图像的1/4；

第五步，对于所有的DB_k(k＝1,2,3)子图，以2×2预测误差块为单位，利用公式(3)产生独立的标记位图，用于标记误差块是否可用于嵌入附加信息：

其中，DB_k(a,b)表示2×2预测误差块中的每一个误差值，当LM＝0时，表示该误差块可用于嵌入附加信息；当LM＝1时，表示该误差块不能用于嵌入附加信息，后续处理时，将误差值替换为原始像素保存；

第六步，对可嵌入附加信息的误差块，通过设置2比特的标记符记录误差区间，并按照以下规则，腾出空余空间用于隐藏附加信息，生成带有空余空间的载体图像，记为I′：

规则1：如果块内误差值都为0，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入00，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则2：如果块内误差值都为(-2,2]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入01，在每个像素的最高两位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则3：如果块内误差值都为(-4,4]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入10，在每个像素的最高三位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

规则4：如果块内误差值都为(-8,8]，则在块中第一个像素的最低两位比特中记入11，在每个像素的最高四位比特中记录误差值，其余比特均可以被空出来用于隐藏附加信息；

第七步，使用加密密钥K_e创建一个大小M×N的伪随机矩阵R，然后利用公式(4)进行逐位异或操作，生成包含冗余空间的密文图像E；

其中1≤i≤M，1≤j≤N，表示逐位异或操作；

Ⅱ.信息隐藏者可以在不知道载体图像内容的情况下，直接嵌入附加信息，具体包括下列步骤：

第一步，信息隐藏者需要持有标记位图LM；

第二步，将待藏入的附加信息转换成二进制比特流；

第三步，创建一个隐藏密钥K_d，并使用此密钥对二进制比特流进行乱序加密处理；

第四步，将加密图像E划分为2×2大小的不重叠的块，并从除去参考子图外的每个块中第一个像素的最后两比特提取标记符，根据标记位图和标记符，用比特位直接替代的方法将加密后的附加信息依次嵌入预先空余的比特位中，形成载密密文图像E′；

Ⅲ.接收者获得载密密文图像E′后，可以分别进行附加信息的提取和载体图像的恢复，这两个过程是可分离的：

(1)如果接收者仅拥有隐藏密钥K_d和标记位图，那么他可以在不知道任何原始图像内容的情况下提取出嵌入的附加信息，具体步骤如下：

第一步，找出参考子图位置，将剩余像素划分为互不重叠、大小为2×2的块；

第二步，根据标记位图的指引，当标记位图为0时，提取对应块的标记符，并从相应的嵌入位置中依次提取嵌入的附加信息；

第三步，使用隐藏密钥K_d解密附加信息；

(2)如果接收者仅拥有加密密钥K_e和标记位图，那么原始图像可以被无损地重建，具体步骤如下：

第一步，找出参考子图位置，将剩余像素划分为互不重叠、大小为2×2的块；

第二步，使用加密密钥K_e对图像进行解密；

第三步，根据标记位图的指引，当标记位图为0时，提取误差值，并按照预处理中误差重排及块内移位的逆操作还原参考像素和误差值的位置；

第四步，利用参考像素和误差值，无损恢复原始图像；

(3)如果接收者同时拥有信息隐藏密钥K_d和图像加密密钥K_e，则可同时执行以上(1)、(2)过程，既可以无损恢复载体图像，又可以完全提取嵌入的附加信息。