[发明专利]一种基于权重的多备份图像隐藏及恢复方法

权利要求书

1.一种基于权重的多备份图像隐藏 及恢复方法，其特征是，包括如下步骤：

1)图像信息隐藏：所述图像信息隐藏包括，

(1)按多备份信息进行图像信息隐藏：将隐藏图像分为m个大小相同的图像块，每个图像块作为一组隐藏信息，共m组隐藏信息，按顺序遍历图像块中的像素，将每个像素从低位到高位排列得到图像块隐藏信息，记m组隐藏信息为s₁,s₂,…,s_m，设每组隐藏信息的备份数为h，根据每组隐藏容量l、隐藏组数m、备份数h和载体图像的隐藏位数选择个像素的载体图像，其中表示上取整，将载体图像分为m×h个载体块，每个载体块为大小相同的正方形区域，正方形区域能够隐藏一组隐藏信息，选择模板矩阵，将隐藏信息s_i(1≤i≤m)隐藏到模板矩阵元素i对应的h个载体块中，完成多备份图像隐藏；

(2)根据权重确定隐藏份数：载体图像中每个载体块都隐藏一组信息，在这个载体块中高位信息和低位信息均匀分布且数量都相同，隐藏图像像素值由8个二进制比特位来计算，第n位的权重为2^n-1，同一份信息隐藏在多个不同载体块中，首先找出隐藏相同信息距离最远的两个载体块，设k_n(n＝1,2,3,4,5,6,7,8)为两个载体块中像素第n位隐藏信息的备份数，则有：

如果不考虑权重问题，隐藏信息均匀分布，则有：

k_n＝2(n＝1,2,3,4,5,6,7,8) (2)

每位的备份数满足：

k₁≤k₂≤k₃≤k₄≤k₅≤k₆≤k₇≤k₈ (3)

高低位隐藏信息的总备份数为16，隐藏信息像素第1位、第2位和第3位权重小，对像素值的影响也就小，因此令k₁＝k₂＝k₃＝1，对像素低3位只留1份信息，增加高位隐藏数量，因此对于k_n(n＝4,5,6,7,8)需要满足如下条件：

k₈、k₇的值越大，抗高强度噪声效果较好；若k₄≥2，对较低噪声强度效果较好，因此，k₄,k₅,k₆,k₇,k₈的取值范围是：k₄∈{1,2}，k₅∈{2,3}，k₆∈{2,3}，k₇∈{3,4}，k₈∈{3,4}，在k_n(n＝4,5,6,7,8)的取值范围内，选择一组k₄,k₅,k₆,k₇,k₈的值确定隐藏份数；

(3)按权重进行隐藏：包括，

a：像素的多备份隐藏：每个像素隐藏在多个不同的块中，设像素p隐藏在A和B两个块中的8个位分别为和根据权重确定高低位的隐藏份数为k_n(n＝1,2,3,4,5,6,7,8)，若则低s位只保留1份数据，增加s比特高位信息；若表示要增加第t位到第8位的s比特高位信息，通过替换低s位来增加高位隐藏份数，实现权重的多备份隐藏，若s为偶数，则低s位载体为若s为奇数时，则低s位载体为

根据高位的备份数k_n确定隐藏信息，设高位隐藏信息为b₁,b₂,…,b_s，从第8位开始，到第t位结束，每位取k_n-2(n＝t,t+1,...,7,8)份，因此令：其中这样可得到高位隐藏信息，

将s比特高位隐藏信息用替换方式进行隐藏，若s为偶数，b₁,b₂,…,b_s依次替换若s为奇数，b₁，b₂,…,b_s依次替换完成像素p基于权重的信息隐藏；

b：多备份隐藏：由于每个载体块有四个顶点，计算一个载体块的每个顶点到另一载体块4个顶点的欧式距离，设这16个距离分别是d₁,d₂,...,d₁₆，令：

d＝min(d₁,d₂,...,d₁₆) (5)

则称d为两个载体块距离，每一组隐藏信息隐藏在h个载体块中，按距离对这h个载体块进行分组，依次计算行坐标为1的载体块与行坐标为2,3,…,h的载体块的距离，行坐标为1的载体块与距离其最远且行坐标较小的载体块分为一组，即第1组载体块，在余块中求行坐标最小的载体块与距离其最远且行坐标较小的载体块为第2组，这样可得组，其中表示下取整，若h为奇数，分组后剩余一个单独的块不作处理；

从第1组隐藏信息s₁开始，设隐藏s₁对应的组为找出所有在和中隐藏的对应像素，根据高低位像素的隐藏份数k_n，采用步骤a实现隐藏信息s₁基于权重的多备份隐藏；

重复步骤(3)，对其他组隐藏信息进行处理得到载密图像，完成基于权重的多备份图像隐藏；

最后将每组隐藏信息大小l、隐藏信息组数m、备份数h、载体图像隐藏位数、模板矩阵和隐藏像素位的份数kn形成的密钥key，用于提取和恢复被隐藏图像；

2)隐藏图像恢复：如果载密图像被剪切或被噪声等破坏，导致信息丢失，利用权重的多备份进行恢复，包括，

(1)检测载密图像：标记被剪切或被椒盐噪声破坏的像素，设隐藏像素q的8个位为q₁,q₂,…,q₈，若像素位q_n(1≤n≤8)隐藏的载体像素未被破坏，则令f(q_n)＝1表明q_n是真实的；若像素位q_n从被破坏的载密像素中提取，则令f(q_n)＝0表明q_n不可信；

(2)根据密钥key中的隐藏信息组数m和备份数h，将载密图像分成m×h个载体块，依据密钥key中的模板矩阵，找出隐藏第t组信息s_t(1≤t≤m)的所有载体块，并对这些载体块进行两两分组，记作若h为奇数，剩余一个单独的块记作C_t，在C_t中隐藏一份s_t；

(3)根据密钥key中载体图像隐藏位数和每组隐藏信息大小l，按照多备份信息隐藏的先后顺序，从所有隐藏有s_t的载体块中提取隐藏信息，对提取的每份隐藏信息8位为一组进行分组，对应每组隐藏信息为同一个隐藏像素的8个位，根据密钥key中高低位隐藏份数k_n，对隐藏图像素进行恢复，令r＝(j-1)×8(1≤j≤l/8)，设从和中提取的第j个隐藏像素的8个位分别为和隐藏像素第n位的k_n个备份位为z_u,n(1≤u≤k_n)，根据像素隐藏位数的权重k_n，可得z_u,n的值，令：

设从和中提取第j个隐藏像素第n位未被破坏且值为1的个数为第n位未被破坏且值为0的个数为则：

若h为奇数，在C_t中提取的第j个像素8个位为

令：

设隐藏信息s_t中第j个隐藏像素第n位未被破坏且为1的个数为第n位未被破坏且为0的个数则：

设隐藏信息s_t中第j个像素的第n位为若或令：

通过公式(14)实现像素位的恢复，若则在所有提取信息中第j个像素第n位全部被破坏，由于像素位的取值为0和1，因此对随机赋值0或1，设s_t中第j个像素恢复值为f‘_t,j，则

这样实现了s_t中第j个像素恢复，同理可以恢复s_t中的其他像素；

按照相同的方法，对m组隐藏信息中所有的隐藏像素进行恢复，得到隐藏信息s₁,s₂,s₃,…,s_m，实现基于权重的多备份隐藏信息恢复，将恢复的隐藏信息每8位分为1组，按照隐藏时的顺序，计算出每个隐藏像素的像素值；

若恢复后的像素值与其3×3邻域像素均值的差值绝对值大于T，则该像素可能是孤立点，需要对其进行处理，与恢复后的像素值相比，若邻域像素均值较小，则修改像素中随机赋值位为0；否则，修改像素中随机赋值位为1，完成隐藏图像恢复。

2.根据权利要求1所述的基于权重的多备份图像隐藏及恢复方法，其特征是，步骤(1)中所述的模板矩阵为4阶拉丁方阵或8阶拉丁方阵或16拉丁方阵。