[发明专利]结合差异聚类和最小误差纹理合成的生成式信息隐藏方法

摘要

本发明提出了一种结合差异聚类和最小误差纹理合成的生成式信息隐藏方法，首先通过样本小块与随机密钥模板的差异均值聚类来获取聚类中心并建立起秘密信息分段和聚类中心样本小块之间的多重映射关系。然后结合随机放置位置，从样本小块聚类中心中选择合适的样本小块作为秘密信息分段的编码表示来对秘密信息进行编码并放置在空白图像的指定位置上。最后从所有的样本小块中按最小误差纹理合成策略来选择最接近的样本小块来对秘密信息进行掩盖并生成纹理图像。同现有方法相比，所提方法可通过生成高质量的纹理图像来对秘密信息进行有效掩盖，秘密信息分段和聚类中心的样本小块不一一对应，且恢复过程完全依赖于密钥并具有较强的抗攻击恢复能力。

主权项

1.一种结合差异聚类和误差最小纹理合成的生成式信息隐藏方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：输入分辨率为m×n的P阶灰度样本图像S＝(s_i,j)_m×n,s_i,j∈{0,1,…,2^P‑1}，由第一密钥R₁在S上伪随机截取K个分辨率均为f_h×f_v的样本小块P₀,P₁,…,P_K‑1；分别选取P₀,P₁,…,P_K‑1中心分辨率为a_h×a_v的区域作为核心区域按式(1)确定边界距P_K‑1边界的最小垂直距离为e_h，最小水平距离为e_v；其中，设f_v为样本小块的水平边界长度，f_h为样本小块的垂直边界长度，a_v为核心区域的水平边界长度，a_h为核心区域的垂直边界长度；e_h为核心区域水平边界与样本小块水平边界之间的间距，e_v为核心区域垂直边界与样本小块垂直边界之间的间距；式(1)中，符号表示向下取整；第2步：由第二密钥R₂伪随机生成随机模板m_i,j∈{0,1,…,2^P‑1}，将M中心分辨率为a_h×a_v的区域作为核心区域M^Core，依据相对于M^Core的差异进行均值聚类，将P₀,P₁,…,P_K‑1划分为n₀个类别将每个类别离聚类中心位置最近的样本小块作为编码样本小块其中n₀≤K，n₀为2的幂次且均值聚类的初始聚类中心由第三密钥R₃伪随机指定，均值聚类的迭代次数由第四密钥R₄伪随机指定；第3步：输入长度为l的2进制比特位串B，将其划分为L个包含log2n0个比特位编码单元，得到L个10进制数依次为B0,B1,…,BL‑1；初始化分辨率为g_h×g_v的空白图像作为含密样本图像Q，以大小为a_h×a_v的网格为单元划分Q，且水平方向上相邻两个网格之间的间距为e_v，垂直方向上相邻两个网格之间的间距为e_h；同时最外层网格单元水平边界与Q的水平边界之间的间距为e_h，最外层网格单元的垂直边界与Q的垂直边界之间的间距为e_v，即g_h,g_v满足的约束如式(2)所示，其中l_h,l_v分别是垂直方向和水平方向放置的a_h×a_v大小网格的数量；初始化状态标记矩阵R中元素r_i,j状态用于标记Q上第(i,j)位置a_h×a_v网格的占用状态，不失一般性，r_i,j＝0表示未占用，r_i,j＝1表示占用；第4步：由第五密钥R5在Q上伪随机生成L个坐标(p′k,q′k),k＝0,1,…,L‑1且满足式(3)和式(4)的约束；第5步：由B的哈希值确定编码单元B_k对应的编码样本块编号然后从中选取对应的编码样本块将其放置在Q上坐标起始位置为(p′_k,q′_k)且大小为f_h×f_v的矩形小块上，按式(5)计算(x_c,y_c)，将R中的元素标记为1，其中k＝0,1,…,L‑1；第6步：顺序扫描R,对于r_x,y＝0，根据(x,y)四周领域(x‑1,y),(x,y+1),(x+1,y),(x,y‑1)各元素r_x‑1,y,r_x,y+1,r_x+1,y,r_x,y‑1的状态，从P₀,P₁,…,P_K‑1中选择样本块作为将放置在Q上起始坐标为(x(e_h+a_h),y(e_v+a_v))的f_h×f_v矩阵小块上；第7步：根据和Q周围((x‑1)(e_h+a_h),y(e_v+a_v)),(x(e_h+a_h),(y+1)(e_v+a_v)),((x+1)(e_h+a_h),y(e_v+a_v)),(x(e_h+a_h),(y‑1)(e_v+a_v))相邻位置已放置小块的重叠区域差异最小确定拼接优先级顺序，并按拼接优先级顺序和周围已放置小块的重叠边界块进行最小误差纹理合成；第8步：反复执行第6步～第7步，直至r_x,y＝1，将Q作为嵌密后的样本图像输出。