專利名稱：基于濕紙編碼的像素值差(pvd)密寫方法
技術領域：
本發明屬于數字圖像處理技術領域，主要涉及一種基于濕紙編碼的像素值差 (PVD)密寫方法。
背景技術：
密寫，也稱作隱寫術(Steganography),是向第三方隱藏秘密信息的方法之一?，F有的密寫方法主要有頻域隱藏、空域隱藏、使用信號的色度隱藏、在數字圖像的像素亮度的統計模型上隱藏、Patchwork法等隱藏信息的方法。其數據嵌入多采用最低有效位法(LSB) [1_3]。由于通過直接取代最低有效位很容易被人眼或程序[4]探測，基于人眼視覺系統的密寫方法被提出[5_8]。另一種提高安全性的方法是采用濕紙編碼進行密寫。盡管在紋理區使用可適性嵌入可以改善密寫的安全性，然而，限制選擇通道的情況對攻擊者也有利，為了進一步提高密寫的安全性，采用不共享選擇頻道的密寫，即濕紙密寫[9]。所以將濕紙編碼和基于人眼視覺系統的PVD密寫結合起來，不但嵌入量高，而且安全性也得到極大的提高。參考文獻[I]Chan C K, Chen L M 2004 Pattern Recognition. 37 469[2]Yang C H,Wang S J 2006 Journal of Discrete Mathematical Sciences and Cryptography.9 153[3]Wang R Z, Lin C F, Lin J C 2000 Pattern Recognition. 34 671[4]Fridrich J 2008 U. S. Patent 11/639355[5]Chang C C，Tseng H W 2004 Pattern Recognition Letters. 25 1431[6]Wang C M,ffu N I,Tsai C S,Hwang M S 2008 Systems and Software. 81 150[7]Wu D C Tsai W H 2003 Pattern Recognition Letters. 24 1613[8] Yang C H, Wang S J, Wen C Y 2010 Fundamenta Informaticae. 98 32
發明內容
本發明的目的是解決安全性低問題，提供一種基于濕紙編碼的像素值差(PVD)密寫方法，其優點是秘密信息被選擇性的嵌入在選擇頻道內，改善了嵌入效率；在嵌入過程中根據視覺特性可適性劃分差值所落入的區間，提高了密寫的不可見性；不論如何嵌入，提取時只需做簡單的矩陣乘法，保證了密寫的靈活性。一種基于濕紙編碼的像素值差(PVD)密寫方法，該方法包括以下步驟步驟I、用光柵掃描的方法將載體圖像劃分為含四像素的圖像塊，相鄰的像素記為 PijJj Pi,j+1，Pi+i,J+i和Pi+1,j ;位置為(i，j)的像素是Pi, j，i和j分別為此像素所在的行數和列數，Pi,j+1，Pi+1,J+1和Pi+1,j分別為Pi,j的水平向右，垂直向下和斜對角方向的像素；步驟2、針對每個小塊，按照下面步驟(a)四像素小塊中的像素重新命名為pl, p2, p3和p4,與其相應的灰度值分別為 gl, g2，g3和g4 ;求出其中最小的像素值，記為g0, g0對應的像素記為p0 ；
(b)構造四個兩像素小塊,分別記為groupl, group2, group3, group4,其對應的像素值分別記為(g0，gl)，(g0，g2)，(g0，g3)，(g0，g4)；(c)將0到255的差值范圍劃分為連續的區間，區間劃分有很多種方法，只要滿足區間寬度是以2為底數的指數函數即可，自變量為自然數；(d)計算步驟2(b)中每個兩像素小塊像素值差值dpj = 1，2，3，4，找出其所落入如步驟2 (c)所述區間的指數匕；步驟3、確定隨機傳輸矩陣D，濕紙密寫中的矩陣D'由發送方和接收方共享的隨機數字發生器種子生成傳輸矩陣的具體元素，密寫中需要傳輸的只是消息分組長度，即D' 的行數；步驟4、為符合人眼視覺特性，選擇閾值，把步驟2(d)所計算的差值大于閾值的區域作為“干燥區域”；步驟5、在“干燥區域”內的差值由新差值取代，新差值由秘密信息的大小和其所在的區間決定，其他的保持原值，完成密寫；步驟6、從新差值中按照濕紙密寫原理提取秘密信息。以上各步具體操作如下I.計算步驟2(b)中每兩像素小塊的像素值差值Clj, j = 1,2,3,4dj = gj-g0gj是group (j)中與最小像素值gO相區別的像素值。2.確定隨機傳輸矩陣D，假設載體圖像長度為mXn，秘密信息看成比特流，其長度為h，要將秘密信息嵌入載體圖像差值中，最多可以嵌入mn長度的秘密信息，需要大小為 hXmn的矩陣D。3.確定閾值和干燥區域，PVD密寫法是一種基于人眼視覺系統的方法，其在像素值差值嵌入秘密信息，差值大，可嵌入的秘密信息位數多，差值小可嵌入少量或不嵌入秘密信息，敏感區域是人眼視覺特性中的頻率敏感性、亮度敏感性、對比度掩蓋性、邊緣特性、紋理遮掩特性等特性綜合確定的區域，為符合人眼視覺特性，在視覺不敏感的區域，即像素值差值大的區域，嵌入較多秘密信息，在視覺較敏感的區域，即像素值差值小或差值為O的區域嵌入少量或不嵌入秘密信息。將差值O確定為閾值，我們選擇在視覺較敏感的區域，即大于閾值的區域，不嵌入秘密信息，則像素值差值大于O的區域即為嵌入秘密信息的“干燥區域”。4.將O到255的差值范圍劃分為連續的區間。將O到255劃分成連續的區間，記為Ri, i = 1,2,3···, r, r是差值范圍被劃分的區間最大個數,這些區間被標記為I到r。Ri 的上下邊界值分別記為Ii和Ui,其寬度為區間劃分有很多種方法，只要滿足區間寬度是以2為底數，自變量為自然數的指數函數，本發明中根據人眼視覺系統特性將其劃分為 1-8-8-16-32-64-64-32-16-8-4-2-1。5.秘密信息的嵌入方法是設若干位二進制位流嵌入載體圖像某一兩像素小塊的差值中，差值dpi = 1,2,3, 4，可能落在下標為Ici的區間內，嵌入的位數記為Iii，則Iii可表示為Iii =「log2 I (uki-lki+l) I「uki和Iki為區間Rki上下邊界，設在組一，組二，組三和組四分別嵌入nl，n2，n3和n4位秘密信息，SI，S2，S3和S4分別為待嵌入的子位流，則SI | = nl, | S2 | = n2，| S3 | = n3，|S4| =114，設131沘23334分別為51，，32，53和54的十進制值，則新差值為d/ = lki+bi, i = I, 2, 3,4.兩像素組新的灰度值為g/ = gO+d/ , i = 1,2,3,4.。6.提取秘密信息，如下式D' d' = sd'為由含密圖像獲得的差值，s為提取的秘密信息。本發明的優點和有益效果本發明的優點在于濕紙密寫區別于其他密寫方法的一個重要特點就是接收者不需要知道發送者所用的密寫算法，而只對載體圖像進行固定處理就可提取秘密信息，保證了發送者密寫的靈活性，從而提高密寫的隱蔽性。基于濕紙編碼的人眼視覺系統的密寫方法考慮了人眼視覺影響，隱蔽性進一步得到提高。


圖I給出了本發明的實施例框圖。圖2給出了本發明所用到的光柵掃描法例圖。圖3是密寫方法的具體實例圖。
具體實施例方式基于濕紙編碼的像素值差(PVD)密寫方法，該方法包括以下步驟I、用光柵掃描的方法(如圖2)將載體圖像劃分為若干個包含四像素的圖像塊，相鄰的像素記為Pi,」，PijJ+1, Pi+1,j+1和pi+1,j，其具體數值如圖3所示，分別為69，72，62和60。2、計算差值d,針對每個小塊,其像素重新命名為pl, p2, p3和p4,與之相應的像素值分別記為gl，g2, g3和g4。找出最小的灰度值為gO的像素,記為p0。構造四個兩像素小塊，分別記為groupl, group2, group3, group4,其對應的像素值分別為groupl = (gO, gl) = (60,69), groupl = (gO, g2) = (60, 72), groupl = (gO, g3) = (60,62), groupl = (g0，g4) = (60，60)。分別計算每個小塊像素值的差值dl，d2，d3和d4dl = gl-g0 = 69-60 = 9d2 = g2-g0 = 72-60 = 12d3 = g3-g0 = 62-60 = 2d4 = g4-g0 = 60-60 = 03、假設載體圖像長度為2X2，要將秘密信息嵌入載體圖像差值中，確定的大小為 4X4的隨機傳輸矩陣為D'
Oi
β
I
I
14
O C4、確定干燥區域，PVD密寫法是一種基于人眼視覺系統的方法，其在像素值差值嵌入秘密信息，差值大，可嵌入的秘密信息位數多，差值小可嵌入少量或不嵌入秘密信息，敏感區域是人眼視覺特性中的頻率敏感性、亮度敏感性、對比度掩蓋性、邊緣特性、紋理遮掩特性等特性綜合確定的區域，為符合人眼視覺特性，在視覺不敏感的區域，即像素值差值大的區域，嵌入較多秘密信息，在視覺較敏感的區域，即像素值差值小或差值為O的區域嵌入少量或不嵌入秘密信息。將差值O確定為閾值，我們選擇在視覺較敏感的區域，即大于閾值的區域，不嵌入秘密信息，則像素值差值大于O的區域即為嵌入秘密信息的“干燥區域”。5、將O到255的差值范圍劃分為連續的區間。將O到255劃分成連續的區間，記為Ri;i = 1，2，3···，Γ，Γ是被劃分的區間個數，這些區間被標記為I到r。Ri的上下邊界值分別記為Ii和Ui,其寬度為(Ui-Ifl)。區間劃分有很多種方法，只要滿足區間寬度是以2 為底數的指數函數，本發明中根據人眼視覺系統特性將其劃分為1-8-8-16-32-64-64-32-1 6-8-4-2-1。6、秘密信息的嵌入方法，s為秘密信息D' Xd = S若D'已知，根據上式可以得到解d，d是與四個差值對應的大小為4X1的矢量， 根據d的大小即可確定嵌入位數，差值為0，表示在不干燥區域，不嵌入秘密信息。二進制位流嵌入到載體圖像某一兩像素小塊的差值中，差值dpi = 1，2，3，4，可能落在指數為ki的區間內，嵌入的位數記為叫，Hi = 0，表示不嵌入，則Ili可表示為Iii = Γ log2 (uki-lki+l) I「uki 和 Iki 為區間 Rki 上下邊界，設在 groupl, group2, group3, group4 分別嵌入 nl, n2, n3和n4位秘密信息,如圖3所示nl ==「log2 I (ukl-■iki+D「=「log2 (16-9+1)
n2 ==「log2 (uk2-lk:2+l)「==「log2 (16-9+1)
n3 ==「log2 (uk3-lk:3+1)「==「log2 (8-1+1) 「
n4 ==「log2 (uk4-lk:4+1) 「==「log2 (0+1)「=如圖3所示，秘密信息流為1011010111…，SI，S2，S3和S4分別為待嵌入的子位流，則 SI = 101，S2 = 101，S3 = 011，S4 = O, SI | = nl = 3，S2 = n2 = 3，S3 = n3 =3, I S4 I = n4 = 0設bl，b2，b3，b4分別為SI，，S2，S3和S4的十進制值，則bl = (IOl)2 = 5b2 = (IOl)2 = 5b3 = (Oll)2 = 3b4 = 0
新差值為dl'=lkl+bl=9+5 =14d2'=lk2+b2 = 9+5 =14d3'=lks+b3 =1+3 = 4d4'=lk4+b4 = 0+0 = 0新的像素值為gl'=gO+dl' =60+14 = 74g2' = g0+d2' =60+14 = 74g3'= g0+d3' =60+4 = 64g4' = g0+d4' = 60+0 = 607、提取秘密信息，對含密圖像重復步驟1和步驟2的操作，得到差值d'，提取時如 下式D' Xd' = s用光柵掃描的方法(如圖2~)將含密圖像劃分為若干個包含四像素的圖像塊，相鄰 的像素記為Pi, j，Pi, j+1，Pi+1,J+1和Pi+1,j，其具體數值如圖3所示，分別為74，74，64和60，其 大小為2X2。差值dl'=14, d2'=14, d3' = 4, d4' ニ 0，其對應大小為4X1的向量 d'，嵌入秘密信息之前確定的大小為4X4的傳輸矩陣為D'
權利要求
1.一種基于濕紙編碼的像素值差(PVD)密寫方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟I、用光柵掃描的方法將載體圖像劃分為含四像素的圖像塊，相鄰的像素記為PM，Pi, J+1，Pi+1,J+1和Pi+1,」；位置為(i，J)的像素是Pi,」，i和j分別為此像素所在的行數和列數， Pi,j+1，Pi+i,J+i和Pi+1,j分別為Pi,」的水平向右，垂直向下和斜對角方向的像素；步驟2、針對每個小塊，按照下面步驟(a)四像素小塊中的像素重新命名為pl，p2,p3和p4,與其相應的灰度值分別為gl, g2，g3和g4 ;求出其中最小的像素值，記為g0, g0對應的像素記為PO ；(b)構造四個兩像素小塊,分別記為groupl,group2, group3, group4,其對應的像素值分別記為(g0, gl)，(g0, g2), (g0, g3), (g0, g4)；(c)將0到255的差值范圍劃分為連續的區間，區間劃分時的區間寬度是以2為底數的指數函數；(d)計算步驟2(b)中每個兩像素小塊像素值差值dpj= 1，2，3，4，找出其所落入如步驟2 (c)所述區間的指數ki;步驟3、確定隨機傳輸矩陣D，濕紙密寫中的矩陣D'由發送方和接收方共享的隨機數字發生器種子生成傳輸矩陣的具體元素，密寫中需要傳輸的只是消息分組長度，即D'的行數；步驟4、為符合人眼視覺特性，在像素值差值小或差值為O的區域嵌入少量或不嵌入秘密信息，將差值O確定為閾值，把步驟2(d)所計算的差值大于閾值的區域作為“干燥區域”;步驟5、在“干燥區域”內的差值由新差值取代，新差值由秘密信息的大小和差值所在的區間決定，其他的保持原值，完成密寫；步驟6、從新差值中按照濕紙密寫原理提取秘密信息。
2.根據權利要求I所述的基于濕紙編碼的像素灰度值差(PVD)密寫方法，其特征在于步驟2(b)每兩像素小塊的像素值差值七按如下公式計算，其中j = 1,2,3,4dj = gj-g0gj是group (j)中與最小像素值g0相區別的像素值。
3.根據權利要求I所述的基于濕紙編碼的像素值差(PVD)密寫方法，其特征在于所述步驟3確定隨機傳輸矩陣D，假設載體圖像長度為mXn，秘密信息看成比特流，其長度為h， 要將秘密信息嵌入載體圖像差值中，最多可以嵌入mn長度的秘密信息，需要大小為hXmn 的矩陣D。
4.根據權利要求I所述的基于濕紙編碼的像素灰度值差(PVD)密寫方法，其特征在于所述步驟4確定干燥區域，PVD密寫法是一種基于人眼視覺系統的方法，其在像素值差值嵌入秘密信息，差值大，可嵌入的秘密信息位數多，差值小可嵌入少量或不嵌入秘密信息，敏感區域是人眼視覺特性中的頻率敏感性、亮度敏感性、對比度掩蓋性、邊緣特性、紋理遮掩特性綜合確定的區域，為符合人眼視覺特性，在視覺不敏感的區域，即像素值差值小或差值為O的區域嵌入少量或不嵌入秘密信息；將差值O確定為閾值，我們選擇在視覺較敏感的區域，即大于閾值的區域，不嵌入秘密信息，則像素值差值大于O的區域即為嵌入秘密信息的 “干燥區域”。
5.根據權利要求I所述的基于濕紙編碼的像素灰度值差(PVD)密寫方法，其特征在于所述步驟2 (c)中將O到255的差值范圍劃分為連續的區間，將O到255劃分成連續的區間，記為Ri, i = 1,2,3···, r, r是被劃分的區間個數,這些區間被標記為I到r 的上下邊界值分別記為^和^，其寬度為(Ui-Ifl);區間劃分有很多種方法，只要滿足區間寬度是以2 為底數，自變量為自然數的指數函數，本發明中根據人眼視覺系統特性將其劃分為1-8-8-1 6-32-64-64-32-16-8-4-2-1。
6.根據權利要求I和權利要求4所述的基于濕紙編碼的像素灰度值差(PVD)密寫方法，其特征在于所述步驟5秘密信息的嵌入方法設若干位二進制位流嵌入載體圖像某一兩像素小塊的差值中，差值dpi = 1，2，3，4，可能落在下標為h的區間內，嵌入的位數記為Iii，則Iii可表示為 Iii =「log2(uki-lki+l) I「Uki和Iki為區間Rki上下邊界，設在步驟2 (b)中groupl, group2, group3, group4分別嵌入nl，n2，n3和n4位秘密信息，SI，S2，S3和S4分別為待嵌入的子位流，則I SI | = nl， S2| =n2，I S3 I =n3，S4 = n4，設 bl，b2，b3，b4 分別為 SI，，S2，S3 和 S4 的十進制值， 則新差值為d/ = Iki+bi； i = 1,2,3,4.兩像素組新的灰度值為 g/ = gO+d/ , i = 1,2,3,4. ο
7.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述步驟6提取秘密信息，如下式 D, d, = sd'為由含密圖像獲得的差值，s為提取的秘密信息。
全文摘要
一種基于濕紙編碼的像素值差(PVD)密寫方法。本發明將載體圖像劃分為若干個包含四個像素的圖像塊，在每個小塊的像素值與最小像素值的差值的“干燥區域”，嵌入秘密信息；該方法嵌入量大，安全性好，提取簡單。
文檔編號G06T1/00GK102609892SQ201210008339
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者曹麗麗, 楊曉蘋, 陳志宏 申請人:天津理工大學