[发明专利]一种图像插值空间完全可逆可分离密文域信息隐藏算法

摘要

本发明提出一种图像插值空间完全可逆可分离密文域信息隐藏算法，包括以下步骤：先给出了适合图像加密的遍历矩阵所需满足条件，并利用混沌伪随机数生成器构造出遍历矩阵、遍历矩阵的解密算法和像素的扩散及还原、再通过生成加密图像以及在加密图像插值空间实现秘密信息隐藏；本发明通过遍历矩阵、像素扩散以及插值隐藏可以实现载体图像和秘密图像的保密，且密文图像和载秘图像直方图分布均匀、平坦，破译者不能从直方图中获得原图像和密钥信息，很好的防御了明文图像的统计特性等攻击，达到了载体图像安全性要求，同时既可无损还原出原始图像，又可以提取出秘密信息，且水印提取和图像解密是独立的、完全分离的和可交换的，具有安全性高的优点。

主权项

1.一种图像插值空间完全可逆可分离密文域信息隐藏算法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：利用混沌伪随机数生成器生成混沌系统的初值利用混沌伪随机数生成器，根据公式(1)求解出混沌系统的值；x_k+1＝μx_k(1‑x_k)         (1)公式(1)中，μ为分支参数，取值范围为0≤μ≤4，当x_k∈(0，1)且3.569 945≤μ≤4时，Logistic映射工作于混沌状态；步骤二：待加密原始图像预处理假定待加密原始图像为A，大小为m×n，将图像的像素分为三类，依次标记为原始图像的像素点、需要插值的像素点和用于嵌入边信息的像素点；步骤三：构造遍历矩阵根据步骤二中的假定，首先给定混沌系统的初值(μ，x₀)，并用公式(1)生成一个长为m×n的随机数列P，然后生成一个长度为m×n，将元素互不相同的序列记为：P_i，1≤i≤m×n，然后构建遍历矩阵；步骤四：遍历矩阵的解密算法遍历矩阵解密时按照步骤三中的方法生成遍历矩阵E，然后对待解密图像进行若干次遍历，即可还原出原始矩阵，解密对应的运算为如公式(2)所示：公式(2)中，R₍₀₎＝R，R为加密后矩阵；步骤五：像素的扩散及还原先将混沌序列变换为无符号整数作为XOR操作数，然后根据公式(3)将混沌序列与R进行异或运算，则像素扩散后的矩阵如公式(4)所示，像素扩散的还原如公式(5)所示；Y(i)＝round(x(i)×10^k)mod 256 k∈Z且k≥3         (3)公式(4)中，表示异或运算；步骤六：图像插值设原始输入图像为I，大小为m×n，I(i，j)为各像素点灰度值，1≤i≤m，1≤j≤n，然后对输入图像I进行下采样，得到图像A，其大小为步骤七：秘密信息的嵌入将图像A中一个大小为2×2的图像块各像素标记为A₁，A₂，A₃，A₄，经抛物线插值并嵌入秘密信息后得到载秘图像各像素标记；S1：可嵌入位数确定：对于像素点A₁，A₂，其期望插值那么区间[0，A′₁₂]就是秘密信息的可嵌入区间，设在此区间内可嵌入的最大位数为k，根据公式(6)可以得出k的数值；S2：秘密信息嵌入：设定待嵌入的秘密信息为W，其对应的二进制为w_i(i＝1，2，…)，我们将连续k位秘密信息w_i～w_i+k‑1转换为十进制的值记为S_k，根据到公式(7)求出连续k位秘密信息；S3：差值修正因子：引入一个差值调整因子T，令：S_max＝2^k′‑1，然后先求解出差值调整因子；S4：最终插值的确定：对于像素点A₁，A₂，以及连续k位秘密信息，最终含密插值A₁₂可根据公式(8)求解出；S5：溢出分析：且当A’_i2＝255，w_i＝1111111时，A₁₂达到最大，max{A_1a}＝A’₁₂‑S_max+S₇＝255‑(2⁷‑1)+127＝255而当A₁₂＝1时，k＝0，A₁₂＝A’₁₂＝1，当A’₁₂＝0时，A₁₂＝0，所以min{A₁₂}＝0S6：嵌入位数控制：确定了最大可嵌入位数k，其中0≤k≤7，k越大，可嵌入信息就越多，但随着k值的增大，载秘图像的质量会随之下降，根据具体应用需求，合理选择k值，将每个插值点中实际嵌入位数限定在k以下即可。