[发明专利]一种基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法

说明书

本发明公开了一种基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法，优势在于既能避免图像轮廓的泄露，又可以方便地调整嵌入容量。首先，内容拥有者将原始图像的所有像素分为采样像素和非采样像素，再利用插值技术为非采样像素产生预测差值并替代原像素值；然后处理像素溢出问题，并产生辅助信息标记修改位置，通过差分扩展(DE)技术嵌入到采样像素；对图像的加密分为用流密码对采样像素进行加密以及用置乱方法对非采样像素的预测插值加密。在云端，云端管理者可以从非采样像素得到预测差值，通过简单的扩展和移动就可以将额外信息嵌入到预测差值中。在接收端，通过不同的密钥就可以分别准确提取嵌入信息，无失真恢复原图像，且这两个操作是可分离的。

技术领域

本发明涉及可逆信息隐藏技术领域，具体是指一种基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法。

背景技术

随着信息技术与网络的发展，数字媒体安全正受到越来越广泛的关注，而信息隐藏技术作为保证数字媒体安全的一种重要手段，也成为了信息安全领域的一个研究热点。信息隐藏指的是利用数字载体的冗余，通过修改载体数据嵌入信息从而得到含密载体的一项技术。近年来，针对不同的应用场景，各种卓有成效的信息隐藏技术被提出，例如用于版权保护的数字水印技术以及用于隐蔽通信的隐写术。但是，大多数的信息隐藏方法会对原始载体造成不可逆转的失真，因此不适用于某些特定的场合，于是一种兼顾了隐藏信息和载体无失真恢复的技术被提出，称为可逆信息隐藏技术。

可逆信息隐藏技术在嵌入秘密信息之后，接收者不仅能准确提取秘密信息，还能无失真地恢复出原始载体，因此在进行数据认证的同时需要使用原始载体的场合下有广泛的应用，例如军事图像、医疗图像辅助诊断、法庭取证等，原始载体图像的任何微小变化都可能导致错判军情、错误诊断或是诉讼失败。

明文域的可逆信息隐藏技术可以分为无损压缩算法、差值扩展算法、直方图移位算法这三类，用预测插值替代像素值进行扩展嵌入信息的方法也是当前可逆信息隐藏的一个重要研究方向。密文域的可逆信息隐藏技术则是结合了加密与信息隐藏的优势，既保护了原始数据，也实现了对密文数据的管理；它可以分为加密前生成嵌入空间(VRBE)和加密后生成嵌入空间(VRAE)两类，前者是首先在明文空间进行预处理生成嵌入空间，后者则是先对原始图像加密，再对加密图像生成嵌入空间。大多数的加密图像可逆信息隐藏技术属于VRAE，其根据信息提取域可以分为明文域提取、密文域提取、明文/密文域均可提取这三类，其对加密图像的嵌入性能较好，但容量较低。VRBE方法因为对原始图像明文域创建了嵌入空间，所以容量较高，最初的VRBE方法在明文域将某些像素的最不重要位嵌到其他像素生成嵌入空间，加密后再由云端管理者将数据嵌入生成空间；另一种代表性方法是在加密前计算像素的预测误差，然后对误差进行加密，构造误差直方图进行移位并嵌入。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法，既能避免图像轮廓的泄露，又可以自行调整嵌入容量。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法，包括以下步骤：

步骤一：生成含嵌入空间的加密图像

1)利用插值技术生成预测差值：首先对256级灰度的原始图像X进行下采样，将采样点的像素称为采样像素，没有采样到的像素称为非采样像素，若原始图像的尺寸为2N×2M，即X＝{x(i,j),1≤i≤2N,1≤j≤2M}，则“●”表示采样像素，共N×M个，记为Xs＝{x(2n-1,2m-1),1≤n≤N,1≤m≤M}；“○”为I类非采样像素，记为X1＝{x(2n-1,2m)或x(2n,2m-1),1≤n≤N,1≤m≤M}；“◎”为II类非采样像素，记为X2＝{x(2n,2m),1≤n≤N,1≤m≤M}。两类非采样像素都有N×M个；