[发明专利]基于编码压缩的加密图像可逆信息隐藏方法

摘要

本发明公开了一种基于编码压缩的加密图像可逆信息隐藏方法，在加密之前将原始图像分为预测区域和非预测区域，计算预测区域像素预测值得到预测差值，对预测差值进行无损压缩，得到压缩数据；然后，随机生成载体数据，将非预测像素、压缩数据和载体数据进行加密重构图像。为了正确恢复原始图像，需确定码表隐藏信息，将码表信息和秘密信息一起隐藏在载体数据中实现可逆隐藏。对于载密图像，首先在载体数据中提取秘密信息，然后对非预测像素和压缩数据进行解密，根据码表信息将压缩数据进行解压得到预测差值，最后根据非预测像素和预测差值无损恢复原始图像。本发明方法相比于现有方法具有较大的隐藏容量，能完全实现可逆隐藏，实际应用价值大。

主权项

1.一种基于编码压缩的加密图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)确定载体数据设原始未压缩的灰度图像I的大小为H×W，I(i,j)表示图像的像素值，0≤I(i,j)≤255,1≤i≤H,1≤j≤W，图像像素预测区域为Ω＝{(i,j):3≤i≤H,3≤j≤W‑1}；对于像素I(i,j)，若则不对I(i,j)进行预测；若(i,j)∈Ω，则采用AGSP预测算子对像素进行预测，设当前像素I(i,j)的预测值为I'(i,j)，原始像素与预测值的差值为D(i,j)，则D(i,j)＝I'(i,j)‑I(i,j)，F为非预测像素与预测差值数据组成大小为H×W的矩阵，则有：F中非预测像素为原始图像的前两行、前两列和最后一列，设非预测像素二进制串为E0，大小为l0，则有：l0＝(2×W+3×(H‑2))×8＝16×W+24×H‑48利用Huffman编码对F中预测差值数据进行压缩，设压缩后的二进制串为E1，其长度为l1，由于原载体图像的大小为H×W×8，令：R＝H×W×8‑l1‑l0随机生成大小为R的二进制串，将E0、E1和大小为R的二进制串重构得到图像数据G，通过秘钥seed生成大小为H×W×8伪随机二进制串C，将C中的二进制串与G中的二进制串进行异或运算得到加密图像，随机生成大小为R的二进制串加密后成为载体数据；(2)确定码表隐藏信息由于对图像进行Huffman压缩，因此需要压缩的码表才能正确恢复图像，码表由编码和其对应值两部分组成，设c＝{c1,c2,…,cn}为编码，编码对应值为e＝{e1,e2,…,en}，通过对码表进行隐藏，在恢复图像时提取码表对原始图像进行恢复；由于每个编码的长度不相同，提取时需要知道每个编码的长度，因此需要隐藏每个编码的长度信息，并将这些信息转换成二进制数据进行信息隐藏；(2.1)计算编码长度隐藏信息为了能正确提取编码长度，隐藏每个编码的长度信息位数都要相同，设bi为编码ci的长度，bi的隐藏二进制串为ri，1≤i≤n，令：M1＝max{b1,b2,…,bn}设M1的二进制位数为k1，则有：将bi转换为二进制串，若这些二进制串长度不足k1位，则对高位补0，使bi的二进制位长度都为k1，这样可得编码长度bi的k1位二进制隐藏信息ri；(2.2)计算编码对应值隐藏信息每个编码对应值是图像的预测差值，由于预测差值有正有负，有大有小，需确定最长的位数及正负情况，令：M2＝max{|e1|,|e2|,…,|en|}将M₂转化成二进制串，则该二进制串的位数为为了能正确提取编码对应值，隐藏编码二进制串的位数都要相同，且需要1位符号位，设编码对应值隐藏信息的二进制数长度为k₂，则：设pi为ei的二进制串，1≤i≤n；pi(j)为ei的第j位二进制数，1≤j≤k2，其中pi(1)为符号位，则：将|e_i|转换成位二进制串，若长度不足位，则对高位补0，可得到|e_i|的二进制串{p_i(2),p_i(3),…,p_i(k₂)}，通过上述方法可确定e_i的k₂位二进制隐藏信息p_i；由编码长度、编码和对应值的二进制串可得一组编码数据{ri，ci，pi}，1≤i≤n；根据上述方法可确定huffman码表中n组编码数据，设由n组编码数据得到码表隐藏信息为E2，则：E2＝{r1，c1，p1，r2，c2，p2，….,rn，cn，pn}令：由上可得l2位码表隐藏信息E2；(3)编码压缩的加密图像可逆信息隐藏在加密图像的载体数据中，先隐藏码表信息，然后隐藏秘密信息；在码表隐藏过程中，首先隐藏编码长度r1，然后隐藏编码c1，最后隐藏对应值p1，完成码表第1组的隐藏，这样依次隐藏n组码表数据，实现码表E2的l2位信息隐藏；码表隐藏后，剩下R‑l2位空间可隐藏秘密信息，设隐藏秘密信息E3有l3位，若l3≤R‑l2，则可在剩余的R‑l2位中将秘密信息替换载体数据，实现对E3的隐藏，得到载密图像，最后将加密秘钥seed、k1、k2、n、l1、l2和l3作为秘钥；(4)秘密信息提取及图像恢复将载密图像转换成大小为H×W×8的二进制串，由隐藏过程可知，在二进制串中从第1位到第l0位为非预测数据E0；根据秘钥li，i＝1,2,3的值，第l0+1位到l0+l1位为压缩数据E1，第l0+l1+1位到l0+l1+l2位为码表隐藏信息E2，第l0+l1+l2+1位到l0+l1+l2+l3位为隐藏的二进制秘密信息E3；在载密图像二进制串中根据li，i＝1,2,3的值可分别提取E1、E2和E3；在E2中根据秘钥k1、k2、n的值依次提取n组码表数据，在码表数据的提取过程中，首先提取k1位二进制串得到r1，将其转换成十进制数得到编码长度b1，再根据编码长度提取b1位二进制串得到编码c1，最后提取k2位二进制数据可得p1，将{p1(2),p1(3),…,p1(k2)}组成的二进制串转换成十进制数|e1|，根据符号位pi(1)可得e1，由此可得到第1组码表数据c1和e1；根据上述方法可依次确定剩余n‑1组码表数据{c2,…,cn}和{e1,e2,…,en}，最终得到Huffman码表；通过秘钥seed对数据E0和E1解密，根据Huffman码表，对压缩数据E1解压，将E1中的二进制串转化为十进制数，得到的预测差值；根据E0确定非预测区域像素，这些像素为原始图像前两行、前两列和最后一列像素，应用AGSP算子，在预测区域按从左到右，从上到下顺序计算当前像素的预测值；通过预测差值和预测值得到原始像素值，无损恢复图像。