[发明专利]基于差值图像直方图循环平移的无损数据隐藏方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于差值图像直方图循环平移的无损数据隐藏方法，属于图像无损数据隐藏(加密)领域。

背景技术

无损图像数据隐藏技术，也称为可逆图像数据隐藏，通过特定的无损数据嵌入方法将隐秘数据嵌入在载体图像中形成隐秘图像，隐秘图像在提取完数据后能恢复到原始状态。无损数据隐藏技术和先前的有损方法的最大区别就是载体本身的数据不会遭到任何变化，极大的扩展了数据隐藏的应用范围。比如在一些特定的医学、法律、军事(不涉及到军事机密，仅仅为了说明军事图像对完整性要求严格)和艺术等载体图像由于自身对完整性具有极高的要求，一方面要求能进行隐秘通信，另一方面要保证载体数据的完整性。

图像载体具有较高的冗余性，特别适合于大容量的数据隐藏，常见的无损数据隐藏方法分为两大类，一类是基于空域的算法，此类算法直接对图像像素进行修改完成数据嵌入，算法嵌入容量大，计算简单，常用于图像的数据隐藏，但其最大的特点是鲁棒性差，即隐秘图像在受到任何程度的篡改时均会影响隐秘数据的提取和图像恢复；第二类是基于频域的算法，此类算法通过将图像像素转换成对应的变换域，然后对变换域的系数进行修改完成数据的嵌入，算法嵌入容量较小，计算复杂，常用于图像的版权保护，其优点就是鲁棒性较好，能抵抗一定程度的攻击。基于空域的算法中最常用的就是直方图平移和差值扩展方法，前者比后者计算更为简单，图像质量更好，但其缺点就是嵌入容量依赖于位于图像直方图中峰值点像素的个数。

为了增大直方图方法的嵌入容量，提出利用图像中相邻像素相关性和冗余性高的特点，在差值直方图中嵌入数据，虽然这种方法大大增大了处于峰值点像素的个数，但采用单一峰值点嵌入仍然损失了很多可用来嵌入数据的像素。

因此，有必要设计一种基于差值图像直方图循环平移的无损数据隐藏方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于差值图像直方图循环平移的无损数据隐藏方法，该基于差值图像直方图循环平移的无损数据隐藏方法，基于数字图像载体，利用小图像块中相邻像素差值收敛于一个较小的值的特点，利用循环直方图平移方法进一步增大嵌入容量，并保持隐秘图像较好的视觉质量，有效用于数字图像的隐秘通信。

发明的技术解决方案如下：

一种基于差值图像直方图循环平移的无损数据隐藏方法，包括以下步骤：

加密步骤：在发送端，将原图像分块为多个子图像块，利用子图像块差值直方图进行循环平移操作实现隐秘数据的逐级嵌入，形成隐秘图像C′并发送给接收端；

密钥发送步骤：图像分块大小、嵌入数据长度和嵌入级别L作为密钥分发给接收端；

数据恢复步骤：接收端通过嵌入过程的逆方法从隐秘图像C′中逐级提取出隐秘数据，并恢复块差值和原始图像数据，实现了基于图像载体的隐秘数据传输和无损恢复。

在所述的加密步骤包括：

步骤1：读取原始载体图像C＝{C(i，j)|1≤i≤M，1≤j≤N}，M，N为载体图像的维数，即载体图像的长和宽；

步骤2：将原始载体图像C分块，块尺寸为A*B，块扫描顺序为Zig-zag方式，分块后图像块集合表示为C_B＝{C_b(i，j)|1≤i≤A，1≤j≤B，1≤b≤floor(M/A)*floor(N/B)}，这里floor(*)为向下取整函数；

步骤3、如果原始载体图像不能全部划分在图像块中，条件表示为if mod(M，A)or mod(N，B)≠0，这里mod(*)为取余函数，则得到剩余部分的图像块的集合C_NB＝C-C_B，否则C_NB置为空，并且后续执行过程跳过步骤12；

步骤4：对C_B块中的元素计算图像块差值，即块中相邻的元素像素值差的绝对值：

D_b(i，j)＝abs(C_b(i，j)-C_b(i，j+1))；公式1

步骤5：读取指定嵌入阈值L，L为正整数；

步骤6：形成图像块差值直方图，并在每块子图像的差值直方图中形成间隙(间隙不是新的差值，间隙的形成是由于将所有大于L的差值进行了增加L+1操作，使得差值直方图中值为L的差值右边出现了连续的L+1个空白区域)，按照下式计算；D_b′(i，j)为调整后得到的新的差值；

公式2