[发明专利]基于预测误差扩展的可逆图像认证方法及系统

说明书

本发明涉及图像信息安全领域，为基于预测误差扩展的可逆图像认证方法及系统，包括步骤：将图像分为若干不重叠图像块，将块中像素划分为灰色集合和白色集合；计算每块的认证码；分别计算所有块中灰色集合、白色集合像素的预测误差，根据嵌入容量将块定义为差分块或平移块；对于差分块采用差值扩展的方式嵌入认证码；对于平移块采用预测误差直方图平移的方式嵌入认证码；按照嵌入方法的逆操作，依次从每块中提取出所嵌入的认证码并恢复该块，将提取出的认证码与重新生成的认证码对比，判断图像是否被篡改。本发明采用两种不同的可逆嵌入方式，对几乎所有块都能独立进行可逆认证，在相同分块大小下嵌入更多认证信息，可实现更高的篡改检测正确率。

技术领域

本发明涉及图像信息安全领域，具体为基于预测误差扩展的可逆图像认证方法。

背景技术

随着互联网和多媒体技术的快速发展，大量的数字图像在网络中存储和传播。同时图像处理软件越来越多，不法分子利用这些软件工具能够轻易地对数字图像进行篡改，如何有效地对图像进行原始性和完整性认证是一个亟待解决的问题。

为了实现对特定图像的保护，脆弱水印是一种较为常见的图像认证方法。通过在需要保护的图像中提前嵌入脆弱水印，然后在认证时从图像中提取出所嵌入的脆弱水印来进行篡改检测。常见的脆弱水印方法大多采用有损的信息嵌入方式，在嵌入信息的同时会破坏原始载体的某些视听觉特性，导致原始载体图像的信息丢失。可逆图像认证是将可逆信息隐藏技术运用到脆弱认证领域，与普通的脆弱水印相比，它既能实现图像的认证，又能无失真地恢复出原始载体图像，在一些对于图像质量严格要求的应用场景下，如医学、司法、军事等领域具有重要意义。现有的可逆图像认证方法大部分是基于分块的，尽管能够对图像实现有效认证，但是仍然存在几点不足：一是对于非可嵌入块采用有损的方式嵌入认证信息，需要将其原始信息存放到可嵌入块中才能实现可逆恢复，当非可嵌入块数量较多时，这部分信息会占用较大的空间；二是没有充分利用图像的冗余，在块中嵌入的认证信息较少，导致初始的检测正确率较低。

发明内容

本发明提供基于预测误差扩展的可逆图像认证方法及系统，相较于现有的可逆图像认证技术，本发明一方面采用两种不同的可逆嵌入方式，对几乎所有块都能独立进行可逆认证；另一方面，通过两层嵌入的方式能保证在相同的分块大小下，嵌入更多的认证信息，可以实现更高的篡改检测正确率。

本发明方法采用以下技术方案来实现：基于预测误差扩展的可逆图像认证方法，包括以下步骤：

S1、将图像分为若干不重叠图像块，每个图像块大小一致，并将图像块中的像素按照棋盘格划分为灰色集合和白色集合，灰色集合的图像块与白色集合的图像块交错排列；

S2、根据哈希函数计算每个图像块的认证码；

S3、计算灰色集合中所有图像块像素的预测误差，按照嵌入容量将图像块定义为差分块或平移块；

S4、对于差分块，采用差值扩展方式嵌入认证码；对于产生溢出的像素，将其位置信息和溢出量以二进制的形式顺次保存在动态数组S＝{s₁,s₂,…,s_n}中；重复该步骤直到处理完该集合中的所有图像块；

S5、对于平移块，采用预测误差直方图平移的方式嵌入认证码；对于容量V＜3的平移块只嵌入认证码；对于容量V≥3的平移块，除了嵌入V-1比特认证码，还将依次从步骤S4中的动态数组S中取出1比特进行嵌入；重复该步骤直到处理完该集合中的所有图像块；

S6、计算白色集合中所有图像块像素的预测误差，按照嵌入容量将图像块定义为差分块或平移块；并执行步骤S4-S5，直到所有图像块完成两层嵌入操作；

S7、在认证阶段，按照嵌入方法的逆操作，依次从每个图像块中提取出所嵌入的认证码并恢复该图像块，将提取出的认证码与重新生成的认证码对比，若相同则判断图像为真实图像，若不相同则判断图像被篡改。