[发明专利]一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法

权利要求书

1.一种高容量密文域图像可逆数据隐藏方法，其特征在于包括二值位置图生成、图像加密、密文域图像可逆数据隐藏、隐秘信息提取和原始图像无损恢复四部分；

在二值位置图生成部分中，利用原始灰度图像中的每个像素点的相邻像素点的像素值计算该像素点的预测像素值；再通过比较原始灰度图像中的每个像素点的像素值、高位翻转后的翻转值和预测像素值之间的差异，将原始灰度图像中的所有像素点分为预测错误的像素点和预测准确的像素点两类，并引入二值位置图进行标记；

在图像加密部分中，利用加密密钥生成的第一二值伪随机序列对原始灰度图像中的每个像素点进行加密，得到密文域图像；

在密文域图像可逆数据隐藏部分中，先利用数据隐藏密钥生成的第二二值伪随机序列对待嵌入的隐秘信息进行加密，得到加密隐秘信息；然后根据二值位置图对密文域图像中与标记为预测准确的像素点对应的像素值进行数据嵌入操作，得到含隐秘信息的密文域图像；

在隐秘信息提取和原始图像无损恢复部分中，分三种情况：

第一种情况为接收端仅有加密密钥，先利用加密密钥生成的第三二值伪随机序列对含隐秘信息的密文域图像中的每个像素点进行解密，得到解密域图像；再利用解密域图像中的已解密的相邻像素点的像素值，计算解密域图像中的每个与标记为预测准确的像素点对应的预测像素值；并根据解密域图像中的与标记为预测准确的像素点对应的像素值和预测像素值，获得原始灰度图像中对应像素点的像素值；

第二种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，先从含隐秘信息的密文域图像中与标记为预测准确的像素点对应的像素值中提取出三位嵌入信息，得到隐秘信息；然后利用数据隐藏密钥生成的第四二值伪随机序列对提取的隐秘信息进行解密，得到解密隐秘信息，即得到原始隐秘信息；

第三种情况为接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥，首先，按照第二种情况的过程，以相同的方式提取得到解密隐秘信息即原始隐秘信息；其次，按照第一种情况的过程，以相同的方式无失真地恢复出原始灰度图像；

所述的二值位置图生成部分的具体步骤为：

步骤1_1：设定原始灰度图像的大小为H×W；然后将原始灰度图像中的所有像素点的像素值分成四个集合，分别记为X^I、X^II、X^III和X^IV，X^I＝{x_1，1}，X^II＝{x_1，2，x_1，3，…，x_1，W}，X^III＝{x_2，1，x_3，1，…，x_H，1}，X^IV＝{x_i，j|i＝2，3，...，H，j＝2，3，...，W}；其中，x_1，1表示原始灰度图像中坐标位置为(1，1)的像素点的像素值，x_1，2，x_1，3，…，x_1，W对应表示原始灰度图像中坐标位置为(1，2)、(1，3)、…、(1，W)的像素点的像素值，x_2，1，x_3，1，…，x_H，1对应表示原始灰度图像中坐标位置为(2，1)、(3，1)、…、(H，1)的像素点的像素值，x_i，j表示原始灰度图像中坐标位置为(i，j)的像素点的像素值，x_u，v∈[0，255]，x_u，v表示原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的像素值，1≤u≤H，1≤v≤W；

步骤1_2：将原始灰度图像中的每个像素点的像素值用8个比特位表示，将x_u，v的8个比特位表示的第k个比特位记为b_u，v(k)，然后对原始灰度图像中的每个像素点的像素值的8个比特位表示中的最高三个比特位执行不同的翻转操作，得到原始灰度图像中的每个像素点的像素值对应的7个不同的翻转值，将x_u，v对应的7个不同的翻转值对应记为其中，k＝0，1，…，7，符号为向下取整运算符号，mod表示求模操作，b_u，v(7)表示x_u，v的8个比特位表示的第7个比特位，b_u，v(6)表示x_u，v的8个比特位表示的第6个比特位，b_u，v(5)表示x_u，v的8个比特位表示的第5个比特位，b′_u，v(7)表示b_u，v(7)的翻转值，若b_u，v(7)＝1则令b′_u，v(7)＝0，若b_u，v(7)＝0则令b′_u，v(7)＝1，b′_u，v(6)表示b_u，v(6)的翻转值，若b_u，v(6)＝1则令b′_u，v(6)＝0，若b_u，v(6)＝0则令b′_u，v(6)＝1，b′_u，v(5)表示b_u，v(5)的翻转值，若b_u，v(5)＝1则令b′_u，v(5)＝0，若b_u，v(5)＝0则令b′_u，v(5)＝1；

步骤1_3：计算原始灰度图像中的每个像素点的预测像素值，将原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点的预测像素值记为然后计算原始灰度图像中的每个像素点的像素值与预测像素值之间的差值，将x_u，v与之间的差值记为Δ_or，再计算原始灰度图像中的每个像素点的预测像素值与对应的各个不同的翻转值之间的差值，将与x_u，v对应的第p个翻转值之间的差值记为其中，x_u，v-1表示原始灰度图像中坐标位置为(u，v-1)的像素点的像素值，x_u-1，v表示原始灰度图像中坐标位置为(u-1，v)的像素点的像素值，x_u-1，v-1表示原始灰度图像中坐标位置为(u-1，v-1)的像素点的像素值，ω₁、ω₂、ω₃均为加权系数，ω₁+ω₂+ω₃＝1，符号“||”为取绝对值符号，p＝1，2，...，7；

步骤1_4：判定原始灰度图像中的每个像素点是否存在预测错误，并引入一幅二值位置图记录下存在预测错误的像素点的坐标位置，对于原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点，若则判定原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点存在预测错误，并将二值位置图中坐标位置为(u，v)的值标记为1；若则判定原始灰度图像中坐标位置为(u，v)的像素点不存在预测错误即预测准确，并将二值位置图中坐标位置为(u，v)的值标记为0；直至原始灰度图像中的所有像素点处理完毕，完成了二值位置图的生成；其中，二值位置图的大小为H×W，min()为取最小值函数，表示与x_u，v对应的第1个翻转值之间的差值，表示与x_u，v对应的第2个翻转值之间的差值，表示与x_u，v对应的第3个翻转值之间的差值，表示与x_u，v对应的第4个翻转值之间的差值，表示与x_u，v对应的第5个翻转值之间的差值，表示与x_u，v对应的第6个翻转值之间的差值，表示与x_u，v对应的第7个翻转值之间的差值。