一种基于图像位平面曲线簇的信息隐藏的方法

摘要

本发明公开了一种基于图像位平面曲线簇的信息隐藏方法，包括以下步骤：(1)秘密信息文件的预处理；(2)获取载体位平面；(3)设定已知曲线，该曲线和步骤(2)获取的位平面在X-Y坐标系内的同一象限内；利用该曲线形成曲线簇；(4)确定滑动块，所述滑动块在所述曲线簇上滑动，形成多个一定宽度的带状区域；(5)在所述位平面的X轴方向或Y轴方向，设定一个或几个区间；(6)嵌入秘密信息：在步骤(5)设定的区间与步骤(4)获得的带状区域的交叉范围内嵌入秘密信息。基于LSB替换方法的安全性较差的问题，增大攻击的难度；隐藏区域不再集中，可以在最低三个位平面的任意面内嵌入隐秘信息。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像位平面曲线簇的信息隐藏的方法，属于信息技术领域尤其是信息隐藏技术领域。

背景技术

随着计算机、网络和通信技术的发展，Internet上传递的信息急剧膨胀，信息安全问题变得越来越重要。信息隐藏是信息安全的一个重要分支，它依据载体的冗余特性将秘密信息嵌入到载体之中，或者说，携带秘密信息的多媒体不影响人的视觉、听觉或触觉效果，不影响正常使用。常用的载体均为数字化媒体，比如：数字图像、音频、文本等。信息隐藏技术包含了四个分支：(1)隐蔽信道：在多级安全水平的系统环境中，那些既不是专门设计的也不打算用来传输信息的通信路径称为隐蔽信道。(2)匿名通信：寻找各种途径来隐蔽通信消息的主体，即消息的发送者和消息的接收者。(3)隐写术：信息隐藏的重要分支，研究如何隐藏信息存在的事实，即把重要的消息嵌入到不重要的载体消息中，以实现消息的秘密传输。(4)数字水印：水印在一般情况下也是不可感知的，是嵌入在载体中的少量信息，一般与载体是有关的，用于标明载体的所有者等信息。信息隐藏一般均指隐写术或隐写。

信息隐藏和加密的主要区别：从目的上来说，不论是加密还是信息隐藏都是为了实现安全通信。然而加密和信息隐藏有本质的区别，加密实际上是进行一种变换，将一段明文变成一段非接收者无法理解的密文。而信息隐藏则试图掩盖秘密信息存在这一事实。随着计算机软件硬件技术的发展，密码的破译能力越来越强，迫使人们对加密算法的强度提出越来越高的要求。不仅如此，在有些领域密码学是无能为力的。因为加密密文一旦译成明文之后，也就失去了密码的保护能力，如在版权认证，操作跟踪等应用中，密码学就不能解决相关的保密问题。解决这些问题就要依赖于信息隐藏技术。另外，由于密码术利用随机性来对抗密码攻击，而密文的随机性同时也暴露了消息的重要性，即使密码的强度足以使得攻击者无法破译密文，但是攻击者通常有足够的手段进行破坏，从而使得消息无法接收或者接收到虚假的消息。密文容易引起攻击者的注意是密码学的一个显著缺点。信息隐藏掩盖了秘密信息存在的事实，使得敌手无法确切地知道是否有秘密消息的存在。

LSB替换法：在空域信息隐藏方法中，LSB(Least Significant Bit，最不重要位简称LSB)替换方法是最早提出的。LSB替换方法是一种简单的数据嵌入算法，任何秘密数据都可以转化为一串二进制比特流流。数字图像包括彩色图像和灰度图像。它的像素值均在0-255之间，每个像素值可表示为8位的二进制数，表示该点的亮度。图像高位平面对图像视觉质量影响较大，而改变图像最低几个位平面并不会对图面质量产生显著下降。利用此原理，将秘密信息替代载体图像的低位平面以实现信息嵌入。但依然存在以下缺陷：1、秘密信息嵌入算法简单，容易受到攻击；2、嵌入密钥的安全性差，容易破译；3、对图像的质量影响大。

在信号的频域(变换域)中进行信息隐藏具有较好的鲁棒性。一幅图像经过时域到频域的变换后，可秘密信息嵌入到图像的显著区域。目前主要的变换域方法有离散余弦变换(DCT)、离散小波变换(DWT)和离散傅里叶变换(DFT)等。它们的思想主要是对图像载体进行变换，将秘密信息隐藏到各种变换后的系数之中，实现秘密信息的嵌入。此种技术存在以下不足：1、变换复杂，计算量较大；2、目前针对上述变换的攻击算法以成熟，使用安全性差。

发明内容

针对现有信息隐藏技术的缺陷，提出一种基于图像位平面的曲线簇信息隐藏的方法，采用如下技术方案：

一种基于图像位平面曲线簇的信息隐藏方法，包括以下步骤：

(1)秘密信息文件的预处理，将秘密信息文件转换为二进制比特流；

(2)获取载体位平面；

(3)设定已知曲线，该曲线和步骤(2)获取的位平面在X-Y坐标系内的同一象限内；利用该曲线形成曲线簇；

(4)确定滑动块，所述滑动块在所述曲线簇上滑动，形成多个一定宽度的带状区域；

(5)在所述位平面的X轴方向或Y轴方向，设定一个或几个区间；

(6)嵌入秘密信息：在步骤(5)设定的区间与步骤(4)获得的带状区域的交叉范围内嵌入秘密信息。

所述的信息隐藏方法，所述步骤(2)中获取1个或2个或3个位平面。

所述的信息隐藏方法，将所述已形成的2或3个位平面组合到一个平面上。

所述的信息隐藏方法，在所述2个位平面中使用不同的曲线簇。

所述的信息隐藏方法，在所述3个位平面中采用2或3种不同的曲线簇。

所述的信息隐藏方法，所述步骤(3)中形成曲线簇的方法为：将该曲线上下移动或左右移动或以某一点旋转一定角度或按任意角度旋转后上下或左右移动。

本发明解决了以下问题：

(1)基于LSB替换方法的安全性较差的问题，增大攻击的难度；

(2)隐藏区域不再集中，可以在最低三个位平面的任意面内嵌入隐秘信息；

(3)嵌入信息的位置在划定一个或几个区间内；

(4)提高隐藏秘密信息的区域的复杂性。

附图说明

图1本发明方法的流程图；

图2一字节8bit位的8个位平面；

图3本发明实施例中预设的已知曲线；

图4设定的滑块；

图5由曲线和滑块产生的带状区域；

图6上下平移形成曲线簇的带状区域的集合；

图7左右平移形成曲线簇的带状区域的集合；

图8按某一点旋转形成曲线簇的带状区域的集合；

图9按某一角度旋转后移动形成的曲线簇的带状区域的集合；

图10上下平移形成曲线簇的带状区域集合的分区间组成的信息隐藏区域；

图11左右平移形成曲线簇的带状区域集合的分区间组成的信息隐藏区域；

图12按某一点旋转形成曲线簇的带状区域集合的分区间组成的信息隐藏区域；

图13按某一角度旋转后移动形成的曲线簇的带状区域集合的分区间组成的信息隐藏区域；

图14-29实施例2中两个位平面的带状区域集合结构示意图；

如图14-17所示，为实施例2中2个位平面上曲线簇以相同移动方式所形成的块状区域的集合，其中图14为曲线簇都以水平方式移动形成的块状区域，图15为曲线簇都以竖直方式移动形成的块状区域，图16为曲线簇以某一点旋转形成的块状区域，图17为曲线簇以某一角度旋转后移动形成的块状区域。图18-29所示为这四种基本方式的组合结果。实施例3即在实施例2的基础上，再增加一个位平面，以图14-17所示的4种基本方式组合产生4³种三个面的组合结果。

图30-37实施例4中三个位平面连接成一个或2个平面的组合结构示意图。

如图30-33所示，为实施例4中选取位平面0和位平面1组合成一个新的平面的4种组合结果。图34-37是选取位平面2作为重组平面的正中间部分，而位平面0和位平面1按上、下、左、右的位置重新组合成一个平面的组合结果。位平面0和位平面1作为重组平面正中的情况按以上方法类推。实施例4中组合成2个新平面的方式即先任意选取两个位平面按以上方式组合，另一个面单独为一个面，最终组合成2个新的平面。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明属于隐写术，即将秘密信息隐藏到数字图像之中；参考图1至图6，本实施例提供一种基于图像位平面的信息隐藏方法，包括以下步骤：

(1)秘密信息文件的预处理将秘密信息文件转换为二进制比特流。该比特流的位数称为秘密信息的长度，也称秘密信息的大小。

(2)载体位平面的获取本方法针对的载体图像为彩色数字图像和灰度数字图像。由于彩色数字图像是由RGB三个色平面构成，相当于3个灰度图像。首先，由数字图像获取该图像的对应像素矩阵。灰度值是介于0-255之间的正整数，0代表黑色，255代表白色，灰度值越大表示的亮度越高。在灰度图像中，像素值常用8比特的二进制表示，其中最高位对图像的贡献最大，相反，最低位对图像的贡献最小，称为最不重要比特位或最低比特位。将一幅图像的所有像素的比特位抽取出来，就构成8个不同的位平面。嵌入秘密信息主要在最低的3个位平面中进行。

(3)已知曲线的设定根据秘密信息的安全性高低，选取数学中的一种曲线。要求该曲线和位平面在X-Y坐标系内的同一象限内。曲线的复杂程度对秘密信息的嵌入的工作量有较大的；将该曲线进行平移或者旋转，形成曲线簇。

根据曲线的类型和性质，依据平面直角坐标的移轴变换(坐标平移)和转轴变换(坐标旋转)，判定该曲线在对应的象限内的移动方式：将该曲线上下移动或左右移动或以某一点旋转一定角度或按任意角度旋转后上下或左右移动。

(4)滑动块的确定滑动块是指一个由封闭曲线构成的区域，滑动块在曲线簇上滑动，形成多个一定宽度的带状区域。

(5)在X-Y坐标系内的同一象限内的位平面的X轴方向或Y轴方向，设定一个或几个区间。

(6)嵌入秘密信息：在设定的区间与带状区域的交叉范围内嵌入秘密信息。嵌入规则为：

设w₁和w₀代表0和1的任意组合的秘密信息，b_i2b_i1b_i0是位平面内指定区域内的3个连续像素。通过计算和比较T₁和T₀与w₁和w₀的异同，可得出四种不同的结果，对应不同的结果至多改变b_i2b_i1b_i0中的1位即可嵌入2位秘密信息，分别是当T₁＝w₁，T₀＝w₀时，对b_i2b_i1b_i0不做改变；当T₁≠w₁，T₀＝w₀时，对b_i1做改变；当T₁＝w₁，T₀≠w₀时，对b_i0做改变；当T₁≠w₁，T₀≠w₀时，对b_i2做改变，进而实现嵌入隐秘信息w₁和w₀。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例采用与实施例1相同的规则，在实施例1的基础上增加一个位平面，在最低的两个位平面内采用1种相同的曲线簇嵌入秘密信息或是在最低的两个位平面内采2种不同的曲线簇(即由不同曲线和滑块产生的带状区域，再经过移动形成不一样的带状区域的集合或是由相同曲线和滑块产生的带状区域，再经过上下平移、左右平移、按某一点旋转一定角度或按一定角度旋转后移动形成的各种不同的带状区域的集合)嵌入秘密信息。

实施例3

与实施例2不同的是，本实施例采用与实施例1相同的规则，在实施例2的基础上再增加一个位平面，在最低的三个位平面内采用1种相同曲线簇嵌入秘密信息，或是在最低的三个位平面内采用2种不同的曲线簇嵌入秘密信息，其中任意一个位平面采用一种曲线簇而另外两个位平面采用另一种曲线簇嵌入秘密信息，最后还可在最低三个位平面内采用3种不同的曲线簇嵌入秘密信息，即每个位平面采用一种曲线簇嵌入秘密信息。

实施例4

参考图30-37，与实施例1、2、3不同的是，本实施例采用与实施例1相同的规则，在实施例3的基础上，将已形成的2-3个位平面组合到一个平面上，然后再在其中嵌入秘密信息。如果是2个位平面，可将2个位平面按上、下、左、右的位置关系组合到一个平面上，假设选取位平面0和1，即位平面0左，位平面1右；位平面0右，位平面1左；位平面0上，位平面1下；位平面0下，位平面1上四种方式。位平面0和2，位平面1和2组合依此方法类推。如果是3个位平面，可将三个位平面按上、下、左、右、中的位置关系组合到一个平面上，假设位平面2位于中间位置，则有位平面0左，位平面2中，位平面1右；位平面0右，位平面2中，位平面1左；位平面0上，位平面2中，位平面1下；位平面0下，位平面2中，位平面1上四种方式。位平面0和位平面1位于中间位置的组合依此方法类推。

本发明的信息隐藏方法具有以下有益效果：

(1)秘密信息的嵌入位置和区域难以推测，提高了安全性；

(2)携带秘密信息的载体的像素值不会发生明显的变化，像素值的变化程度为与LSB替换方法相当，视觉效果好。

(3)可根据秘密信息的安全级别选择较复杂的数学曲线或自己构造新的曲线，产生复杂的带状区域，用来嵌入秘密信息。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。