[发明专利]一种基于双层嵌入的高嵌入率的可逆数据隐藏方法

权利要求书

1.一种基于双层嵌入的高嵌入率的可逆数据隐藏方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、分解图像位平面：

获取一张长×宽为h×w的灰度图像I，并利用式(1)计算灰度图像I中的第i行第j列的像素点的位面值P_i,j：

P_i,j＝H_i,j+l_i,j      (1)

式(1)中，H_i,j表示像素点的位面值P_i,j的第i行第j列的高位面像素点，并由式(2)得到，l_i,j表示像素点的位面值P_i,j中第i行第j列的像素点的低位面值，并由式(3)得到，由所有像素点的低位面值构成灰度图像I中的I_LSB平面，i∈[1,h],j∈[1,w]；

式(2)和式(3)中，c_i,j,k表示第i行第j列的像素点转换为八位二进制后的第k个二进制的值，n表示二进制的分割位置；

利用式(4)计算得到灰度图像I中第i行第j列的高位面像素点的高位面值h_i,j，并由所有像素点的高位面值构成灰度图像I中的I_HSB平面；

h_i,j＝H_i,j/2ⁿ        (4)

步骤2、溢出像素处理并建立位置图：

设置两个最大阈值t_max1，t_max2和两个最小阈值t_min1，t_min2，且t_max1t_max2，t_min1t_min2；

若h_i,j等于t_max1或t_min1，则对高位面值h_i,j所对应的像素点进行标记，并设定标记值为“2”，再将h_i,j减2，得到处理后的高位面值h′_i,j；

若h_i,j等于t_max2或t_min2，则对高位面值h_i,j所对应的像素点进行标记，并设定标记值为“1”，再将h_i,j减1，得到处理后的高位面值h′_i,j；

若h_i,j大于t_min2或小于t_max2，则对高位面值h_i,j所对应的像素点进行标记，并设定标记值为“0”，令h′_i,j＝h_i,j；

由所有处理后的高位面值构成I′_HSB平面，由所有标记值构成位置图序列记为LM；

步骤3、图像中可逆数据隐藏：

步骤3.1、将灰度图像I的I′_HSB平面除第一行像素点r₁、第一列像素点c₁以及最后一行r_h、最后一列c_w以外的其余像素点划分为棋盘格；

步骤3.2、将所述位置图序列LM进行无损压缩，得到压缩后的位置图C_LM，将所述压缩后的位置图C_LM的长度记为L_CLM；

步骤3.3、随机生成取值为“0”或“1”的伪随机序列并作为秘密数据S，令所述秘密数据S的长度为s；

步骤3.4、预提取出I′_HSB平面中第一行像素点r₁中每个像素点的六位二进制值的最后一位进行保存，得到长度为l的序列并将所述序列与压缩后的位置图C_LM添加到秘密数据S的尾端，从而得到新秘密数据S′；

步骤3.5、按照从左到右，从上到下的顺序读取棋盘格中的各个像素点：

步骤3.5.1、初始化i＝2；j＝2；取所述秘密数据S′中部分数据作为部分秘密数据S^o，o∈[1,s+C_LM+l]；

步骤3.5.2、将处理后的高位面值h′_i,j周围的8个像素值升序排列，并计算排序后的像素值中前六个像素值的均值的取整记为预测值p₁；计算排序后的像素值中后六个像素值的均值的取整记为预测值p₂；

步骤3.5.3、将h′_i,j和p₁做差值后得到预测误差e₁；当预测误差e₁＝1或0时，将部分秘密数据S^o嵌入处理后的高位面值h′_i,j中得到新的高位面值h″_i,j；

步骤3.5.4、将h″_i,j和p₂值作差，得到新的预测误差值e₂；当预测误差e₂＝1或0时，将部分秘密数据S^o嵌入新的高位面值h″_i,j中得到最终的高位面值h″_i,j；

步骤3.5.5、令j+2赋值给j，并重复步骤3.5.2到步骤3.5.4，且当j递增为w-2时，令i+2赋值i，j＝2后，返回步骤3.5.2顺序执行，直到i＝h-2，j＝w-2；

步骤3.5.6、令i＝3，j＝3，按照步骤3.5.2到3.5.4的过程进行处理后，令j+2赋值给j，且当j递增为w-1时，令i+2赋值i，j＝3后，返回步骤3.5.2顺序执行，直到i＝h-1且j＝w-1为止，从而完成第一轮高位面值处理；

步骤3.5.7、令i＝2，j＝3，按照步骤3.5.2到3.5.4的过程进行处理后，令j+2赋值给j，且当j递增为w-1时，令i+2赋值i，j＝3后，返回步骤3.5.2顺序执行，直到i＝h-2且j＝w-1；

步骤3.5.8、令i＝3，j＝2，按照步骤3.5.2到3.5.4的过程进行处理后，令j+2赋值给j，且当j递增为w-2时，令i+2赋值i，j＝2后，返回步骤3.5.2顺序执行，直到i＝h-1且j＝w-2，为止，从而完成第二轮高位面值处理；并得到处理完的高位面记为I″_HSB；

步骤3.6、将处理完的高位面记为I″_HSB中携带部分秘密数据S^o的最后一位的高位面值所对应的像素点位置记为

步骤3.7、将由十进制转换为二进制序列，并与L_CLM所转换的二进制序列一起替换第一行像素点r₁中所提取的序列所在位置的每个像素点所对应的六位二进制的最后一位；

步骤3.8、利用式(5)得到第i行第j列的新像素点P′_i,j，从而由所有新像素点得到含有秘密数据的隐写图像I^em；

P′_i,j＝h″′_i,j×2ⁿ+l_i,j          (5)

步骤4、数据提取与图像恢复：

步骤4.1、将隐写图像I^em分解后，由所有分解后的像素点的高位面值构成平面，所有分解后的像素点的低位面值构成平面；

步骤4.2、提取出平面中第一行像素点r₁^em中每个像素点的六位二进制值的最后一位进行保存，得到长度为l的序列并将所述序列由二进制序列值分别转换为十进制值，得到最后携带秘密数据的像素点位置和压缩后的位置图的长度

步骤4.3、将平面中除第一行像素点r₁^em、第一列像素点以及最后一行最后一列以外的其余像素点划分为新棋盘格，按照从右到左，从下到上的顺序读取新棋盘格中的各个像素点：

步骤4.3.1、令i和j等于中的坐标值；

步骤4.3.2、将周围8个像素值升序排列，并计算排序后的像素值中前六个像素值的均值的取整记为预测值计算排序后的像素值中后六个像素值的均值的取整记为预测值

步骤4.3.3、将和作差值后得到预测误差值当预测误差或2或者或-1时，提取出秘密数据并从得到新高位面值

步骤4.3.4、将和作差值后得到预测误差值当预测误差或2或者或-1时，提取出秘密数据并从得到新高位面值

步骤4.3.5、令j-2赋值给j，重复步骤4.3.2到步骤4.3.4，且当j递减为2时，令i-2赋值i，j＝w-2，返回步骤4.3.2顺序执行，直到i＝3，j＝2；

步骤4.3.6、令i＝h-2，j＝w-1，重复步骤4.3.2到步骤4.3.4，令j-2赋值给j，当j递减为3时，令i-2赋值i，j＝w-1；返回步骤4.3.2顺序执行，直到i＝2，j＝3，从而完成第一轮高位面像素值处理；

步骤4.3.7、令i＝h-1，j＝w-1，重复步骤4.3.2到步骤4.3.4，令j-2赋值给j，当j递减为3时，令i-2赋值i，j＝w-1；返回步骤4.3.2顺序执行，直到i＝3，j＝3；

步骤4.3.8、令i＝h-2，j＝h-2，重复步骤4.3.2到步骤4.3.4，令j-2赋值给j，当j递减为2时，令i-2赋值i，j＝w-2；返回步骤4.3.2顺序执行，直到x＝2，y＝2，从而完成第二轮高位面像素值处理；并得到处理后的高位面记为

步骤4.3.9、由所有提取出的秘密数据组成秘密提取数据S^ex；

步骤4.4、从秘密提取数据S^ex中分别分离出高位面第一行像素点r₁^em中每个像素点被替换的六位二进制值的最后一位的长度为l的序列和长度为的压缩后的位置图

步骤4.5、用序列替换高位面第一行像素点r₁^em像素的六位二进制的最后一位值的所在位置，得到最终高位面

步骤4.6、解压压缩位置图得到完整的位置图序列LM^ex；

步骤4.7、根据位置图序列LM^ex对最终高位面平面除r₁^em，以及和像素作还原操作，得到原始的高位面记为

步骤4.8、将原始的高位面中的每个像素点分别乘以2ⁿ再与平面中对应的像素点相加，从而得到恢复后的原始图像I_R。