[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

说明书

本发明公开了一种基于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；图像加密部分仅需执行异或操作，运算速度快；数据隐藏者根据二值位置图可以直接在密文域图像中嵌入隐秘信息，可有效防止原始灰度图像中的敏感信息被数据隐藏者等第三方泄露；利用相邻像素点之间的相关性对像素值的多位MSB进行预测，在预测准确的像素点的像素值的最高三位二进制比特位中嵌入3位信息，嵌入容量大；接收端可在含隐秘信息的密文域图像中提取出隐秘信息或解密含隐秘信息的密文域图像并无失真地恢复出原始灰度图像或两者都实现。

技术领域

本发明涉及一种数据隐藏技术，尤其是涉及一种基于MSB(Most SignificantBit)预测的密文域高容量图像可逆数据隐藏方法。

背景技术

随着智能终端的快速普及和社交媒体的蓬勃发展，互联网上分享的数字图像呈爆炸式增长。云计算为海量数字图像的存储和处理提供了有效的解决方案。然而，云计算环境本身的结构特点也给隐私安全带来了较大隐患，攻击者有可能绕过云平台的认证机制，通过直接访问下层文件或原始数据的方式获取到用户的数据。确保数字图像隐私安全的最佳方法之一就是对其进行加密处理。用户在上传敏感图像内容之前首先进行加密，云端所有的处理和计算都在密文域进行，并将处理结果提供给使用者，使用者经过解密方可得到明文数据。

但是，加密后的数字图像丧失了原有特性，云端海量密文域数字图像的有效管理成了亟待解决的问题。一种有效解决方式是云服务管理者在加密数字图像中嵌入一些附加消息，如标注或认证数据、作品来源信息、所有者身份信息等，用于管理和认证加密数据。此外，在一些重要的应用场景，如医学诊断、法庭认证、军事图像、遥感图像和指纹图像等敏感领域，不仅需要能够提取嵌入的附加消息，而且还要求无失真地恢复原始图像。密文域可逆数据隐藏在此背景下应运而生，现有的密文域可逆数据隐藏技术可分为三类：第一类是对数字图像进行加密后寻找数据嵌入空间，这类方法嵌入容量较低；第二类是数字图像加密前预留数据嵌入空间，这类方法嵌入容量大且失真低，但缺点是图像加密者和数据嵌入者之间需要复杂协议；第三类是利用同态加密实现密文域图像可逆数据隐藏，但是同态加密易造成密文数据膨胀。为进一步提升密文域可逆数据隐藏技术的嵌入容量，研究者在第二类方法的基础上又提出了像素MSB(Most Significant Bit)预测方法，该方法的优点是图像加密者和数据嵌入者之间不需要复杂协议，但是现有的像素MSB预测方法集中在一位或两位MSB预测，仍没有充分利用载体图像的冗余空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于MSB预测的密文域高容量图像可逆数据隐藏方法，其能够在密文域图像中对加密像素值进行多位MSB替换以实现数据嵌入，嵌入容量大，在接收端有数据隐藏密钥时能够直接提取出隐秘信息，在接收端有加密密钥时能够解密后通过相邻像素点预测恢复原始灰度图像，在接收端既有加密密钥也有数据隐藏密钥时能够提取出隐秘信息且可无失真地恢复出原始灰度图像。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：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；