[发明专利]一种可分离的加密域信息隐藏方法

权利要求书

1.一种可分离的加密域信息隐藏方法，其特征在于，包括发送端的图像加密和秘密信息嵌入部分以及接收端的秘密信息提取和图像解密部分：

发送端的图像加密和秘密信息嵌入部分，包括以下步骤：首先读入需要保护的图像并对其进行分块，然后根据存储空间及用户需求，选择观测率对其进行观测，并将得到的观测值进行非均匀量化编码，同时在编码过程中将秘密信息嵌入每个观测值的低4位比特中，从而产生含秘密信息的密文图像，记为ST，表示嵌入秘密信息后的加密图像，并将其保存到开放的云平台中；

接收端的秘密信息提取和图像解密部分，这两个部分是可以分离的过程，如果用户有提取密钥，就可以直接从含密的密文图像中无损的提取秘密信息；如果用户被授权重构图像，可以高质量地重构受保护的图像；如果二者皆有，则可以同时获得秘密信息和重构图像；

发送端图像基于块压缩感知加密的具体步骤为：

(1).读入一幅尺寸为M×N的需要受保护的图像I，并将该图像分为多个互不重叠的、B×B大小的图像块；

(2).将每一个图像块排列为B²×1的列向量x_i，i表示第i个图像块；

(3).生成一个m×B²大小的正交独立同分布高斯随机矩阵作为块观测阵Φ_B，其中表示向下取整，MR为设定的观测率；

(4).对每一个图像块利用公式(1)进行BCS观测：

y_i＝Φ_Bx_i (1)

其中，y_i是x_i的观测值向量，大小为m×1；Φ_B是第i个图像块的观测矩阵，每一个图像块均使用相同的Φ_B；

(5).所有y_i组成大小为m×k的观测值矩阵Y＝[y₁,y₂,...,y_k]，其中k＝(M×N)/B²是所有图像块的个数，保存观测值矩阵Y，同时记录观测率MR；

(6)将Y按照矩阵逐行扫描方式展开成行向量y′；

发送端秘密信息嵌入及非均匀编码的具体步骤为：

第一步，生成待隐藏的二进制秘密比特序列S＝{s₁,s₂,...,s_j,...,s_r}，其中，r＝m×k；

第二步，非均匀量化编码：

(1).寻找y′中所有元素绝对值的最大值max(|y′_j|)(j＝1,2,...,m×k)，利用公式(2)将y′中各元素值y′_j限定在-2048～2048之间，并将此动态范围划分为4096个量化单位，即量化步长Δ＝1；

(2).利用非均匀量化编码方法对各个元素y″_j进行8比特量化编码，并完成秘密信息的嵌入，记为c_j1c_j2c_j3c_j4c_j5c_j6c_j7c_j8：

a)确定极性码：如果y″_j＞0，则编码输出c_j1＝1，否则，c_j1＝0；

b)确定段落码：

段落序号1：若0≤|y″_j|＜16Δ，段落码输出c_j2c_j3c_j4＝000，量化间隔记为α＝Δ；

段落序号2：若16Δ≤|y″_j|＜32Δ，段落码输出c_j2c_j3c_j4＝001，量化间隔记为α＝Δ；

段落序号3：若32Δ≤|y″_j|＜64Δ，段落码输出c_j2c_j3c_j4＝010，量化间隔记为α＝2Δ；

段落序号4：若64Δ≤|y″_j|＜128Δ，段落码输出c_j2c_j3c_j4＝011，量化间隔记为α＝4Δ；

段落序号5：若128Δ≤|y″_j|＜256Δ，段落码输出c_j2c_j3c_j4＝100，量化间隔记为α＝8Δ；

段落序号6：若256Δ≤|y″_j|＜512Δ，段落码输出c_j2c_j3c_j4＝101，量化间隔记为α＝16Δ；

段落序号7：若512Δ≤|y″_j|＜1024Δ，段落码输出c_j2c_j3c_j4＝110，量化间隔记为α＝32Δ；

段落序号8：若1024Δ≤|y″_j|＜2048Δ，段落码输出c_j2c_j3c_j4＝111，量化间隔记为α＝64Δ；

c)确定段内位置码：通过步骤(b)得到y″_j所在段落的起始值及相应的量化间隔α，利用公式(3)得到段内位置码p_j；

d)根据以下规则嵌入秘密信息，并确定段内码：

规则1：如果p_j＝0，且待隐藏的秘密比特s_j≠p_j mod 2，则p_j的值改为1，否则p_j的值不变；将p_j转化为4比特二进制码，并记入c_j5c_j6c_j7c_j8；

规则2：如果p_j＝1，2,...,14，且待隐藏的秘密比特s_j≠p_j mod 2，则利用公式(4)改变p_j的值，否则p_j的值不变；将p_j转化为4比特二进制码，并记入c_j5c_j6c_j7c_j8；

规则3：如果p_j＝15，且待隐藏的秘密比特s_j≠p_j mod 2，则p_j的值改为14，否则p_j的值不变；将p_j转化为4比特二进制码，并记入c_j5c_j6c_j7c_j8；

第三步，将藏入秘密比特后的8比特量化编码c_j1c_j2c_j3c_j4c_j5c_j6c_j7c_j8转换成十进制数d_j(j＝1,2,...,m×k)，且d_j∈[0,255]，所有d_j构成行向量d＝(d₁,d₂,...d_m×k)；

第四步，将行向量d转换为任意尺寸的矩阵，记为ST，表示嵌入秘密信息后的加密图像，并将其保存到开放的云平台中。