[发明专利]基于PVO和3D映射修改的图像可逆信息隐藏方法

说明书

本发明提出了一种基于PVO和3D映射修改的图像可逆信息隐藏方法。本发明通过同时考虑像素值顺序和像素位置，最小值可用于预测最大三个像素，得到预测误差三元组然后按照三维状态转换图来进行秘密数据的嵌入或位移。接着，最大值用于预测最小的三个像素得到预测误差三元组然后按照三维状态转换图来进行秘密数据的嵌入或位移。通过巧妙地设计用于预测误差三元组的三维状态转换图，本发明所提出的方案可以通过仅修改三元组的单个条目来嵌入秘密数据或进行扩展而无需嵌入。实验结果表明，本发明显着提高了基于PVO的方案的嵌入能力，并进一步降低了嵌入带来的失真。

技术领域

本发明研究的是信息安全之图像内容安全这一领域，提出了一种基于PVO和3D映射修改的图像可逆信息隐藏方法。

背景技术

随着计算机技术和网络技术的飞速发展，数据传输的保密性和安全性变得越来越重要。为了使数据传输更加安全，研究人员开发了各种加密算法，可以将数据转换为无法识别的密文。为了使密文在传输中显得不那么明显，研究人员开发了各种数据隐藏算法，将秘密数据嵌入到数字对象(例如图像)中进行传输。由于带有机密信息的修改后的数字对象与原始数字对象非常相似，因此其他人不会过多地关注该信息，从而达到保密的效果。

数据隐藏方法主要分为两种：可逆的和不可逆的。可逆数据隐藏(RDH)可以提取秘密数据并恢复原始数字对象而不会变形。不可逆数据隐藏(IRDH)只能提取秘密数据，并且不能无损地恢复原始数字对象。

到目前为止，研究人员已经开发出许多有效且易于实现的图像可逆数据隐藏(RDH)技术，例如差分扩展(DE)，直方图移位(HS)，预测误差扩展(PEE)，依此类推。DE方法通过扩展像素差来嵌入秘密数据。在HS技术中，必须先生成图像强度直方图，然后进行修改以进行数据嵌入。基于PEE算法的数据嵌入需要先生成预测误差直方图(PEH)，然后根据特定规则对其进行修改。

基于像素值排序(pixel-value-ordering,PVO)的RDH方案具有图像失真极低的优点。但是，嵌入能力非常有限。本发明尝试将成对预测误差扩展的二维状态空间扩展为三个维度。为此，本发明提出了一种基于PVO的预测误差三重展开RDH方案，通过巧妙地设计用于预测误差三元组的三维状态转换图，可以通过仅修改三元组的单个条目来嵌入秘密数据或进行扩展而无需嵌入，该方案可以扩大传统PVO的嵌入能力，并同时提高PSNR值。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，考虑到原始图像的像素之间存在显著强关联性，基于PVO的RDH方案具有良好的图像品质，本发明提出一种基于PVO的预测误差三重展开RDH方案，以提高图像的信息隐藏容量。本发明的技术方案构思是：在发送用户端，首先，对原始图像I实施分块和像素值排序，用第四大值来预测最大值、次大值和第三大值，并计算三个预测误差，组成最大侧预测误差三元组；其次，将最大侧预测误差三元组映射到三维状态空间中的特定状态，根据我们设计的的3D状态转换图来修改最大侧预测误差三元组，以便可以嵌入机密数据或扩展不可嵌入状态；然后，根据新的最大侧预测误差三元组来修改三个最大像素值，再对像素值进行一次排序，用第四小值来预测最小值、次小值和第三小值，并计算三个预测误差，组成最小侧预测误差三元组，将最小侧预测误差三元组映射到三维状态空间中的特定状态，根据我们设计的的3D状态转换图来修改最小侧预测误差三元组，以便可以嵌入机密数据或扩展不可嵌入状态。遍历全图就能得到一张嵌入有秘密数据的隐蔽图像。在接收端，数据提取与图像恢复阶段的操作就是嵌入时的逆操作，先提取最小侧的信息再提取最大侧的数据即可。

本发明的技术方案步骤如下：

一种基于PVO和3D映射修改的图像可逆信息隐藏方法，用于在发送用户端对图像进行秘密数据嵌入，并将其发送至接收用户端实现秘密信息的传输，其中在所述发送用户端，按照S11～S19产生嵌入有秘密数据的图像：

S11、将原始图像I分割成若干个不重叠的图像区块，每个图像区块大小为p×q，每个图像区块有n个像素；