[发明专利]基于预测误差图的加密图像可逆数据隐藏及解密方法

说明书

本发明公开了基于预测误差图的加密图像可逆数据隐藏及解密方法，包括：对原始图像进行预测得到预测值，求出像素的预测误差值，生成预测误差图I'以及标记溢出像素的二进制矩阵J；对预测误差图进行预测，将预测误差图的像素值及其预测值转换为8位二进制并生成标签图θ；利用记录图η标记标签值为0的像素；对二进制矩阵J、记录图η和标签图中除0以外的值进行压缩分别得到Π、Ω和Γ；将二进制矩阵S和预测误差图进行位异或，生成加密图像Isubgt;e/subgt;'；对嵌入数据d加密存储在加密图像的剩余像素中，得到含有秘密数据的加密图像I'subgt;ew/subgt;。本发明通过应用预测误差图像素与使用加密密钥生成的伪随机矩阵之间的位异或计算，可以保证算法的安全，使得算法的鲁棒性更高。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于预测误差图的加密图像可逆数据隐藏方法，还涉及一种基于预测误差图的加密图像可逆数据解密方法。

背景技术

大数据时代的发展对信息的存储和传输提出了更加严苛的安全性要求，数字图像由于信息量大，冗余较多和易传输的特点，常常用作载体进行数据传输。可逆数据隐藏不仅可以完全提取秘密数据，宿主图像也可以无损地恢复，实现了对密文和载体图像的同时保护。即便是图像细节信息也具备相当分量的价值，如医学图像像素的任何微小变化都可能导致诊断结果出错，造成严重的医疗事故。因此，这种可逆性在医学、军事、法律取证等应用领域中尤为重要，许多研究已经广泛致力于可逆数据隐藏方法，其嵌入机制主要可以分为直方图移动、差异扩展和无损压缩三大类。目前，可逆数据隐藏技术已经相当成熟，但其嵌入率仍然不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于预测误差图的加密图像可逆数据隐藏方法，解决了现有技术中存在的数据嵌入率低的问题。

本发明的另一目的是提供一种基于预测误差图的加密图像可逆数据解密方法，能够对隐藏数据后的加密图像进行复原。

本发明所采用的第一种技术方案是，基于预测误差图的加密图像可逆数据隐藏方法，包括以下步骤：

步骤1、准备嵌入数据d和将大小为M×N原始图像I的第一行和第一列的像素作为参考像素，使用MED预测器对剩余像素进行预测，得到剩余像素的预测值；

步骤2、将预测像素的原始值减去步骤1得到的预测值，得到每个像素的预测误差值；

步骤3、将步骤2结果预测误差大于64或小于-64的像素定义为溢出像素，并将其原始值作为预测误差值；

步骤4、使用二进制矩阵J对步骤3定义的溢出像素进行标记，若当前像素为溢出像素，则矩阵J中相应位置记为1，否则记为0；

步骤5、将步骤2，3中得到的每个像素的预测误差值生成一幅预测误差图I',对预测误差图I'使用MED预测器进行预测，得到预测误差图中每个像素的预测值；

步骤6、将步骤5预测误差图中的像素和其预测值都转换为8位二进制数，并且排序依次从最高位开始比较两个二进制数，直至两个比特位不相同，将相同的位数记为t，那么当前像素的标签值为t，收集每个像素的t值，生成标签图θ；

步骤7、对步骤6中标签值t为0的像素进行标记生成记录图η，若当前像素的标签值为0，则记录图η中对应位置记为1，否则记为0；

步骤8、使用扩展的游程编码对步骤4的二进制矩阵J和步骤7的记录图η进行压缩，压缩后的比特流分别用Π和Ω表示；

步骤9、使用哈夫曼编码对步骤6的标签图θ进行压缩，压缩后的比特流用Γ表示；

步骤10、利用加密密钥伪随机生成一个二进制矩阵S，将二进制矩阵S与步骤5的预测误差图I'进行位异或，生成加密图像I_e'；