[发明专利]一种基于预测编码的JPEG无损压缩图像隐写方法

说明书

技术领域

本发明是属于多媒体信号处理领域，具体涉及一种基于预测编码的JPEG无损压缩图像的隐写方法。

背景技术

随着多媒体信号处理技术的不断进步，信息隐藏正在越来越多地被应用到信息安全领域。对于数字图像的隐写主要有两种方法，即空域和变换域方法。空域最典型的隐写算法是LSB替代法，该算法简单易行，但早已被攻破。作为变换域的隐写算法可分为：基于DFT、DCT和DWT三种，其中大部分是针对基于DCT的JPEG有损压缩图像，代表算法有：J-Steg、F5、OutGuess、Model-Based等，但这些算法都相继被攻破。

对基于预测编码的JPEG无损压缩图像的隐写算法，至今还没有学者提出，只有一些用于图像压缩的基于预测编码的隐写算法，但却不能直接运用JPEG无损压缩图像中，而且还存在着密文图像质量差，抗攻击能力弱等缺点，所以缺乏实用价值。

相关的参考对比文献有以下2篇：

[1].Yuan-Hui Yu，Chin-Chen Chang，Yu-Chen Hu.Hiding secret data inimages via predictive coding.Pattern Recognition Vol.38，2005，pp.691-705

[2].Guangjie Liu，Yuewei Dai，Zhiquan Wang.BreakingPredictive-Coding-Based Steganography and Modification for EnhancedSecurity.IJCSNS International Journal of Computer and Network Security，Vol.6，No.3B March 2006，pp.144-149.

发明内容

本发明克服了现有的基于预测编码的隐写算法的密文图像质量差、抗攻击能力弱等缺点，提出一种嵌入数据量大、密文图像质量好、对图像统计特征破坏小的基于预测编码的JPEG无损压缩图像隐写方法。

为了实现上述目的，本发明方法所采用的技术方案如下：一种基于预测编码的JPEG无损压缩图像隐写方法，包括机密数据的嵌入和提取两个过程。JPEG无损压缩的载体图像先经过Huffman解码，恢复出预测误差值，并对其进行更新；然后将机密数据嵌入在更新后的预测误差中；最后将嵌入数据后的预测误差值再进行Huffman编码，生成JPEG无损压缩的密文图像。

嵌入时需要三个数据：①未经预测编码的当前像素灰度值x、②由邻近的嵌入后的像素(a、b、c)对当前像素的预测值③当前像素待嵌入的h位机密序列转换成的十进制数d。其中x和是在嵌入过程中暂存起来的，为此设计了一种先进先出的、长度为N+1(N为图像每行的像素数目)的链表队列，如图2所示，该队列所有节点的初始化值为128。因为这种队列的长度限制为N+1，所以在任何时刻，它的第一、第二、以及最后一个值分别对应于预测器模板(如图3所示)内的a、b、c像素值。在本发明中，需要使用两个这样的队列，其中一个用于暂存载体图像的灰度值；另一个用于暂存嵌入后的密文图像的灰度值，具体嵌入过程如下：

(1)从载体图像的队列中读取a、b、c的值，根据选择的预测器类型(由JPEG文件的标记段得到)，计算当前像素的预测值。

(2)JPEG无损压缩的源图像经过Huffman解码就得到嵌入前的预测误差值，该值加上第(1)步得出的预测值就是载体图像当前像素的灰度值x，并将计算结果x压入载体图像的队列以用于恢复载体图像的后续像素的灰度值。

(3)从密文图像的队列中读取另外的a、b、c的值，同样再计算预测值然后，第(2)步得出的实际值x减去该预测值得到更新后的预测误差值 e = x - x ^ . ]]>

(4)将机密数据嵌入到更新后的预测误差值e中。

(5)预测误差经过数据嵌入后由e变为e′，对e′进行Huffman编码，以生成JPEG无损压缩的密文图像码流。