[发明专利]基于MSB预测的密文域高容量图像可逆数据隐藏方法

权利要求书

1.一种基于MSB预测的密文域高容量图像可逆数据隐藏方法，其特征在于包括预测错误位置图生成、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；

在预测错误位置图生成中，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；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；通过比较原始灰度图像中的每个像素点对应的差值与设定的阈值16，判定原始灰度图像中的每个像素点是否存在预测错误；引入一幅二值位置图用于标记原始灰度图像中存在预测错误的像素点和不存在预测错误即预测准确的像素点，将二值位置图中坐标位置为(1,1)的像素点的像素值直接置为1，而对于二值位置图中除坐标位置为(1,1)的像素点外的任一个像素点，若原始灰度图像中对应坐标位置的像素点存在预测错误，则二值位置图中该像素点的像素值为1，若原始灰度图像中对应坐标位置的像素点不存在预测错误即预测准确，则二值位置图中该像素点的像素值为0；

在图像加密中，根据二值位置图，将原始灰度图像中与二值位置图中像素值为0的每个像素点的坐标位置对应的像素点的像素值与预测像素值之间的差值的5个比特位替换该像素点的像素值的8个比特位表示中的低5位，而对原始灰度图像中与二值位置图中像素值为1的每个像素点的坐标位置对应的像素点不进行处理，得到预处理图像；利用加密密钥生成的第一二值伪随机序列对预处理图像中的每个像素点的像素值的8个比特位进行按位异或加密，得到密文域图像；

在密文域图像可逆数据隐藏中，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按位异或加密，得到加密隐秘信息；根据二值位置图中的每个像素点的像素值确定是否对密文域图像中对应坐标位置的像素点进行数据嵌入操作，若二值位置图中的像素点的像素值为0，则利用加密隐秘信息中的三位信息对密文域图像中对应坐标位置的像素点的三位MSB进行替换以完成数据嵌入操作，若二值位置图中的像素点的像素值为1，则对密文域图像中对应坐标位置的像素点不进行数据嵌入操作，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中，分三种情况：

第一种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，过程为：根据二值位置图中的每个像素点的像素值确定是否对含隐秘信息的密文域图像中对应坐标位置的像素点进行数据提取操作，若二值位置图中的像素点的像素值为0，则对含隐秘信息的密文域图像中对应坐标位置的像素点进行数据提取操作，提取出三位信息，若二值位置图中的像素点的像素值为1，则对含隐秘信息的密文域图像中对应坐标位置的像素点不进行数据提取操作，得到隐秘信息；利用数据隐藏密钥生成的第三二值伪随机序列对提取得到的隐秘信息进行按位异或解密，得到解密隐秘信息，即得到原始的隐秘信息；其中，第三二值伪随机序列与第二二值伪随机序列相同；

第二种情况为接收端仅有加密密钥，过程为：利用加密密钥生成的第四二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的像素值的8个比特位进行按位异或解密，得到解密域图像；根据二值位置图中的每个像素点的像素值确定是否对解密域图像中对应坐标位置的像素点进行恢复操作，若二值位置图中的像素点的像素值为1，则对解密域图像中对应坐标位置的像素点不进行恢复操作，若二值位置图中的像素点的像素值为0，则对解密域图像中对应坐标位置的像素点进行恢复操作，根据解密域图像中对应坐标位置的像素点的像素值的8个比特位表示中的低5位比特位和预测像素值，获取恢复的像素值，得到的恢复图像即为无失真地恢复得到的原始灰度图像；其中，第四二值伪随机序列与第一二值伪随机序列相同；

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，按照第一种情况的过程，以相同的方式提取得到解密隐秘信息即原始的隐秘信息；其次，按照第二种情况的过程，以相同的方式无失真地恢复出原始灰度图像；

所述的预测错误位置图生成的具体步骤为：

步骤1_1：设定原始灰度图像的宽度和高度对应为W和H；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X1、X2、X3、X4，X1＝{x_1,1}，X2＝{x_1,2,x_1,3,…,x_1,W}，X3＝{x_2,1,x_3,1,…,x_H,1}，X4＝{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表示原始灰度图像中坐标位置为(1,2)的像素点的像素值，x_1,3表示原始灰度图像中坐标位置为(1,3)的像素点的像素值，x_1,W表示原始灰度图像中坐标位置为(1,W)的像素点的像素值，x_2,1表示原始灰度图像中坐标位置为(2,1)的像素点的像素值，x_3,1表示原始灰度图像中坐标位置为(3,1)的像素点的像素值，x_H,1表示原始灰度图像中坐标位置为(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，2≤i≤H，2≤j≤W，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，x_u,v∈[0,255]；

步骤1_2：根据X1、X2、X3、X4，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_u,v，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，符号为向下取整运算符号；

步骤1_3：根据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，判定原始灰度图像中的每个像素点是否存在预测错误，对于原始灰度图像中坐标位置为(u,v)的像素点，判断|Δ_u,v|≥16是否成立，若成立，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；若不成立，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；其中，符号“||”为取绝对值符号，|Δ_u,v|≥16中的数值16为设定的阈值；

步骤1_4：引入一幅二值位置图用于标记原始灰度图像中存在预测错误的像素点和不存在预测错误即预测准确的像素点，将二值位置图中坐标位置为(1,1)的像素点的像素值直接置为1；若原始灰度图像中坐标位置为(u',v')的像素点存在预测错误，则将二值位置图中坐标位置为(u',v')的像素点的像素值置为1；若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，则将二值位置图中坐标位置为(u',v')的像素点的像素值置为0；其中，二值位置图的宽度和高度对应为W和H，1≤u'≤W,1≤v'≤H且(u',v')不为(1,1)。