[发明专利]基于像素映射矩阵嵌入的秘密图像共享方法

说明书

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及一种信息隐藏的秘密图像共享方法,可用于图像保护，图像共享，图像实时传输。

背景技术

1979年，Blakley和Shamir分别提出了秘密共享的概念。秘密共享方法是将秘密分成不同的份额，其中任意的大于或等于特定数量的份额可以恢复出秘密，反之则不能。由于图像在生活中广泛的大量的使用，1995年，Naor和Shamir把秘密共享方法引入到图像处理领域，并提出了第一个秘密图像共享方法。秘密图像共享方法将秘密图像分成不同的份额，其中任意的大于或等于特定数量的份额可以恢复出秘密图像，反之则不能。秘密图像共享方法为秘密图像在传输或存储过程中的安全性提供了一种有效的方法，尤其是在军事，商业，金融等领域。秘密图像共享方法现在分为两种。第一种是可视秘密共享，即将一定数量的份额叠加在一起便可以通过视觉恢复出秘密图像。第二种是可计算的秘密图像共享，即通过计算机处理一定数量的份额才可以恢复出秘密图像。由于可视秘密共享的可视效果差，因此可计算的秘密图像共享得到大量的研究。在最初的可计算的秘密图像共享中，将秘密图像转换成的份额是无意义的，看起来像阴影，因此称为阴影图像。由于阴影图像容易引起恶意攻击者的注意而被盗取或篡改，从而引起秘密图像被窃取或不能被无失真的恢复。为了解决这一问题，2004年之后，很多方法使用不同的嵌入方法，将秘密图像嵌入到载体图像中，从而形成有意义的份额，称为伪装图像。与载体图像相比，伪装图像在视觉效果上与载体图像一模一样，因此可以防止恶意攻击者怀疑秘密图像的存在。在产生伪装图像的可计算的秘密图像共享方法中，嵌入能力是它的一个重要的性能指标，这是因为嵌入能力指的是一幅载体图像可以隐藏的最大的秘密图像的像素个数，它用载体图像的大小来表示。一般来说，在载体图像一定的情况下，嵌入能力大的方法可隐藏的秘密图像越大；在秘密图像一定的情况下，嵌入能力大的方法需要的载体图像小，形成的伪装图像的尺寸小，在传输过程中需要的时间或存储空间就越小。因此，在实时性要求高，通信带宽受限的系统中嵌入能力显得更加重要。

文献“Invertible secret image sharing with steganography.Pattern Recognition Letters,2010,31(13):1887–1893.”提出了一个增强嵌入能力的方法，该方法适合对实时性要求高、通信带宽有限的系统。该方法的主要步骤是：第一，将秘密图像的像素分别进行模运算，得到处理后的秘密数据；第二，对载体图像的数据进行模运算，得到用于无失真恢复出载体图像的信息数据；第三，将处理后的秘密数据、信息数据和密钥嵌入到拉格朗日差值公式，进行共享，得到共享之后的数据；第四，将载体图像的像素进行量化运算；第五，将共享之后的数据嵌入到量化后的载体图像中。但是，该方法存在一些缺陷：第一，该方法存在像素越界问题。该方法由于使用量化的方法将秘密图像数据嵌入到载体图像中，导致部分伪装图像的像素会超出像素的边界，从而不能无失真恢复出秘密图像。第二，尽管该方法提高了嵌入能力，但嵌入能力仍然小于载体图像的尺寸，导致在对秘密图像进行共享时，需要载体图像的尺寸大，从而形成的伪装图像大，因此每一个参与者持有的份额尺寸大，当存储伪装图像时，需要的空间大，当传输伪装图像时，影响实时传输和对网络带宽要求高。

发明内容

本发明目的在于针对上述应用技术的不足，提出一种基于像素映射矩阵嵌入的秘密图像共享方法，以增强秘密图像载体的嵌入能力，提高图像的传输速度，保证带宽受限情况下的实时传输。

实现本发明目的的主要思想是:利用像素映射矩阵的嵌入方法，确保伪装图像的像素全部在图像像素的边界范围内产生，从而防止像素越界的问题的出现，在恢复阶段无失真的恢复出秘密图像；通过差分编码，霍夫曼编码和数据转换对秘密图像在共享前进行压缩，以减小需要共享的秘密图像的数据量，提高嵌入能力；通过设计像素映射矩阵，确保载体图像的全部像素，以隐藏秘密图像的信息，进一步的提高嵌入能力。

根据以上思路，本发明的实现步骤包括如下：

1.一种基于像素映射矩阵嵌入的秘密图像共享方法，包括如下步骤：

(1)对秘密图像S进行压缩，得到压缩后的数据R，并生成用于共享秘密数据E；

(2)设计一个新的像素映射矩阵：T＝{mat_k,l}，

其中mat_k,l表示像素映射矩阵中的元素，mat_k,l∈{0,1,...,15}，k表示像素映射矩阵水平轴的下标，l表示像素映射矩阵垂直轴的下标；