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专利号: 2018111685867
申请人: 陕西师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写方法,其特征在于,包括以下步骤:第1步:输入分辨率为M×N的p阶灰度载体图像C=(ci,j)M×N,ci,j∈{0,1,…,2p-1},输入Prepsnr>0,PreSSIM∈(0,1],其中,Prepsnr为峰值信噪比PSNR控制阈值参数,PreSSIM为结构化相似度SSIM控制阈值参数,由Prepsnr和PreSSIM确定C=(ci,j)M×N的最大调整量δ,且δ≥0,初始化与C分辨率相等的嵌密掩体CE=C;

第2步:将C=(ci,j)M×N划分为H×W的矩阵小块 计算块Cx,y的局部复杂度cpx,y,然后由cpx,y和最大调整量δ确定Cx,y的最大调整量δx,y,其中x=0,1,…,P-1,y=0,

1,…,Q-1,P·Q为划分的H×W矩阵小块数量,P,Q由式(10)确定;

式(10)中,符号 表示向下取整运算符;

第3步:将四元组(x,y,cpx,y,δx,y),x=0,1,…,P-1,y=0,1,…,Q-1按cpx,y由大到小的顺序进行排列,并作为载体嵌密信息表CI,记nmax>0为预先设定的正整数n的最大值,记秘密信息是长度为l的2值比特位串B=(bi)l,bi∈{0,1},BL为嵌密剩余2值比特位串,初始化BL=B,置计数变量w=0;

第4步:取CI中的第w个四元组(x,y,cpx,y,δx,y),由Cx,y对应的哈希值和用户密钥随机生成整数0<m≤n≤nmax;

第5步:由n,m,δx,y生成嵌密调整表T并通过Cx,y对应的哈希值和用户密钥将T置乱为T′,其中,T′中的每一行对应的n个元素中,被改变的元素数量小于等于m个元素,且每个未溢出元素调整范围属于[-δx,y,δx,y],而T′中每一行的行号则对应为要嵌入的秘密信息;

第6步:将Cx,y转换为1维元素序列S=(si)H·W,记载体剩余可供嵌密的元素序列和嵌密元素序列分别为SL和SE,初始化SL=S,SE=Φ,其中Φ为空集;

第7步:记SL的长度为lS,BL的长度为lB,根据lS和lB的关系,从SL中截取2值比特位串SC,从BL中截取2值比特位串BC,利用BC从T′中选取对应的行将SC调整为S′C,然后将S′C添加至SE中形成 将SE扫描为H×W维矩阵小块 将 放置在CE块坐标位置为(x,y)的小块位置上,置w=w+1,执行第4步,直至lB=0;

第8步:将嵌密掩体CE输出。

2.如权利要求1所述的一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写方法,其特征在于,第1步中,由Prepsnr和PreSSIM确定C=(ci,j)M×N的最大调整量δ的具体方法在于包括以下步骤:第1.1步:初始化δ=1,然后对C=(ci,j)M×N中的每个元素按式(1)施加整数随机扰动ri,j∈[-δ,δ];

第1.2步:按式(2)和式(3)分别计算C′=(c′i,j)M×N相对于C=(ci,j)M×N的PSNR和SSIM值:PSNRC′和SSIMC′;

SSIMC′=l(C′,C)·c(C′,C)·s(C′,C)        (3)式(3)中,l(C′,C),c(C′,C),s(C′,C)的具体计算方法如式(4)~式(6)所示;

式(4)~式(6)中,μ(C),σ(C),σ(C,C′)的具体计算方法如式(7)~式(9)所示;

第1.3步:若PSNRC′>Prepsnr且PreSSIM>PreSSIM,则取δ=δ+1,则循环执行第1.1步至第

1.3步直至不满足条件:PSNRC′>Prepsnr且PreSSIM>PreSSIM,否则取δ=δ-1,然后将δ作为最大调整量。

3.如权利要求1所述的一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写方法,其特征在于:由cpx,y和最大调整量δ确定Cx,y的最大调整量δx,y的具体方法包括以下步骤:第2.1步:按式(11)计算Cx,y的强度复杂度 按式(12)~式(13)计算Cx,y的对比度复杂度 按式(14)计算Cx,y的位置复杂度 按式(15)~式(17)计算Cx,y的边缘复杂度以及按式(18)~式(19)计算Cx,y的纹理复杂度

式(12)中,Nb(x,y)是Cx,y周围的有效8邻域邻居块的位置坐标,满足的约束如式(13)所示,|Nb(x,y)|是Cx,y周围有效8邻域邻居块的数量;

式(14)中, 是Cx,y上落入图像上划定的中心区域Ccenter中的元素数,Ccenter是位于图像中心占图像总面积为rate∈(0,1)的矩形区域;

式(15)中, 是Cx,y经拉普拉斯滤波变换得到的矩阵变换小块,thE是设定的边缘阈值,thE>0,拉普拉斯滤波变换执行的具体功能是式(16);

式(16)中,Nb′(i,j)是与(i,j)相邻的4邻域的有效坐标,满足的约束如式(17)所示,|Nb′(i,j)|是(i,j)周围的有效4邻域有效坐标数量;

式(18)中, 是Cx,y经由2维离散余弦变换D2DCT()后的矩阵小块,如式(19)所示,C″x,y中,除 外都是AC系数, 是Cx,y所有AC系数的平均值;

C″x,y=D2DCT(Cx,y)      (19)

第2.2步:由 按式(20)计算块Cx,y的局部复杂度cpx,y式(20)中,函数Norm()是归一化函数, Ω∈{I,C,L,E,T}的计算过程是从所有的 中选取最大的 记为 然后按

归一化;

第2.3步:记所有cpx,y的最大值为cpmax,然后按式(21)由cpx,y和最大调整量δ确定Cx,y最大调整量δx,y,其中x=0,1,…,P-1,y=0,1,…,Q-1:

4.如权利要求1所述的一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写方法,其特征在于:第4步由Cx,y对应的哈希值和用户密钥随机生成整数0<m≤n≤nmax的具体方法包括以下步骤:第4.1步:记Cx,y对应的SHA256值为16进制数序列 这里按式(22)生成初始值x0∈(0,1),按式(23)生成系统参数μ∈[3.57,4],按式(24)生成滤除迭代次数IT>0;

第4.2步:将x0、μ代入式(25)生成若干随机数后,抛弃前IT个以消除暂态效应,取其连续生成的4个随机数xIT+1,xIT+2,xIT+3,xIT+4,将xIT+1,xIT+2用于按式(26)~式(27)生成n和m;

xi+1=μ·xi·(1-xi)        (25)式(25)中,μ∈[3.57,4]为系统参数,x0∈(0,1)为初始值;

5.如权利要求1所述的一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写方法,其特征在于:第5步由n,m,δx,y生成嵌密调整表T并通过Cx,y对应的哈希值和用户密钥将T置乱为T′的具体方法包括以下步骤:第5.1步:按式(28)计算Vkind,然后初始化Vkind×n维的嵌密调整表式(28)中, 是n个元素中任取i个元素的全部组合数;

第5.2步:初始化计数变量j=0,k=0;

第5.3步:将j转换为n位2δx,y+1进制数,用长度为n的1维向量V=(vi)n进行存储,其中vi=0,1,…,2δx,y对应为j的第i位2δx,y+1进制数,然后按式(29)将V映射为V′=(v′i)n,vi∈{-δx,y,-δx,y+1,…,0,…,δx,y-1,δx,y},j=j+1;

v′i=vi-δx,y       (29)

第5.4步:统计V′中非零元素数量nnz,若nnz≤m,则将V′作为T的第k行,置k=k+1;

第5.5步:反复执行第5.3步和第5.4步,直至k=Vkind;

第5.6步:按式(30)将T中的行置乱,作为T′;

i′=(a·i+b)mod Vkind,i=0,1,…,Vkind-1      (30)式(30)产生同余参数a的具体规则是将随机数xIT+3,xIT+4按式(31)映射为x′IT+3∈[3.57,4],按式(32)映射为x′IT+4∈(0,1);

x′IT+4=0.5(xIT+3+xIT+4)      (32)将x′IT+3,x′IT+4分别作为式(25)的系统参数和初始值,将产生的随机数R按式(33)量化为R′;

反复执行式(25)和式(33)直至R′和Vkind互质,从而将R′作为a,然后按式(34)生成式(30)对应的同余参数b:

6.如权利要求1所述的一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写方法,其特征在于:第7步的具体方法包括以下步骤:第7.1步:若lS≥n,lB>0,则循环执行第7.2步~第7.4步;

第7.2步:按式(35)从SL中截取n个元素作为SC,然后按式(36)更新SL;

SC=mid(SL,0,n-1)    (35)

SL=mid(SL,n,lS-1)    (36)

式(35)和式(36)中,mid()是序列元素截断函数,其中第1个参数是要截断的元素序列,第2个参数是截断的元素序列起始位置索引,第3个参数为截断的元素序列终止索引位置;

第7.3步:按式(37)和式(38)从BL中截取lC个比特位串作为 将BC按式(39)转换为10进制数d,然后按式(40)更新BL;

BC=truncate(BL,0,lC-1)    (38)BL=truncate(BL,lC,lB-1)      (40)式(38)和式(40)中,truncate()是比特位串截断函数,其中第1个参数是要截断的2值比特位串,第2个参数是截断的2值比特位串起始位置索引,第3个参数为截断的2值比特位串终止索引位置;

第7.4步:从T′中取行号为d的元素序列T′d=(v′0,v′1,…,v′n-1),按式(41)将调整为 按式(42)将S′C附加到SE尾部并更新SE;

SE=SE||S′C         (42)

第7.5步:若lS<n时,则按式(43)将SL连接至SE尾部并更新SE,将 按行优先顺序扫描为H×W维矩阵小块 将 放置在嵌密掩体块坐标位置为(x,y)的小块位置上,置w=w+1,若lB≠0返回第4步:

SE=SE||SL (43)。

7.一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写提取方法,其特征包括以下步骤:第1步:输入分辨率为M×N的p阶灰度载体图像C=(ci,j)M×N和嵌密掩体输入提取2值比特位串BF的长度控制参数l>0,初始化BF=Φ,配置PSNR控制阈值参数Prepsnr>0,SSIM控制阈值参数PreSSIM∈(0,1)和划分的矩阵小块大小H×W,其中Φ为空集;

第2步:由Prepsnr和PreSSIM确定C=(ci,j)M×N的最大调整量δ,将C=(ci,j)M×N划分为H×W的矩阵小块 计算块Cx,y的局部复杂度cpx,y,然后由cpx,y和最大调整量δ确定Cx,y的最大调整量δx,y,其中x=0,1,…,P-1,y=0,1,…,Q-1,P·Q为划分的H×W矩阵小块数量参数,P,Q由式(10)确定;

第3步:将(x,y,cpx,y,δx,y),x=0,1,…,P-1,y=0,1,…,Q-1按cpx,y从大到小进行排列作为载体嵌密信息表CI,置计数变量w=0;

第4步:取CI中的第w个4元组(x,y,cpx,y,δx,y),由Cx,y对应的哈希值和用户密钥随机生成整数0<m≤n≤nmax;

第5步:由n,m,δx,y生成嵌密调整表T并通过Cx,y对应的哈希值和用户密钥将T置乱为T′;

第6步:将Cx,y和 分别扫描为1维载体序列SL和嵌密载体序列SE,若SL的长度lS≥n,则反复截取SL和SE长度为n的2值比特位串SCL=(si)n和 从中获取调整量T′d=(v′0,v′1,…,v′n-1),然后从T′中找到对应的行号d,将其转换为2值比特位串BC添加至BF,置w=w+1,执行第4步直至lS<n;

第7步:若lS<n,则进一步判断当前BF的长度lF是否大于等于l:若lF≥l,则从BF中提取前l个2值比特作为最终提取出的2值秘密信息比特位串B输出;若lF<l,则执行w=w+1,循环执行第4步至第7步直至lF≥l。

8.如权利要求7所述的一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写提取方法,其特征在于:第2步由Prepsnr和PreSSIM确定C=(ci,j)M×N的最大调整量δ的具体方法包括以下步骤:第2.1a步:初始化δ=1,然后对C=(ci,j)M×N中的每个元素按式(1)施加整数随机扰动ri,j∈[-δ,δ];

第2.2a步:按式(2)和式(3)分别计算C′=(c′i,j)M×N相对于C=(ci,j)M×N的PSNR和SSIM值:PSNRC′和SSIMC′;

第2.3a步:若PSNRC′>Prepsnr且PreSSIM>PreSSIM,则取δ=δ+1,循环执行第2.1a步至第

2.3a步,直至不满足条件:PSNRC′>Prepsnr且PreSSIM>PreSSIM,否则取δ=δ-1,然后将δ作为最大调整量;

第2步计算块Cx,y的局部复杂度cpx,y的具体方法在于包括以下步骤:第2.1b步:按式(11)计算Cx,y的强度复杂度 按式(12)~式(13)计算Cx,y的对比度复杂度 按式(14)计算Cx,y的位置复杂度 按式(15)~式(17)计算Cx,y的边缘复杂度以及按式(18)~式(19)计算Cx,y的纹理复杂度

第2.2b步:由 按式(20)计算块Cx,y的局部复杂度cpx,y;

第2.3b步:记所有cpx,y的最大值为cpmax,然后按式(21)由cpx,y和最大调整量δ确定Cx,y最大调整量δx,y,其中x=0,1,…,P-1,y=0,1,…,Q-1;

第2步由cpx,y和最大调整量δ确定Cx,y的最大调整量δx,y的具体方法是式(21)。

9.如权利要求7所述的一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写提取方法,其特征在于:第4步由Cx,y对应的哈希值和用户密钥随机生成整数0<m≤n≤nmax的具体方法包括以下步骤:第4.1步:记Cx,y对应的SHA256值为16进制数序列 这里按式(22)生成初始值x0∈(0,1),按式(23)生成系统参数μ∈[3.57,4],按式(24)生成滤除迭代次数IT>0;

第4.2步:将x0、μ代入式(25)生成若干随机数后,抛弃前IT个以消除暂态效应,取其连续生成的4个随机数xIT+1,xIT+2,xIT+3,xIT+4,将xIT+1,xIT+2用于按式(26)~式(27)生成n和m;

第5步由n,m,δx,y生成嵌密调整表T并通过Cx,y对应的哈希值和用户密钥将T置乱为T′的具体方法包括以下步骤:第5.1步:按式(28)计算Vkind,然后初始化Vkind×n维的嵌密调整表第5.2步:初始化计数变量j=0,k=0;

第5.3步:将j转换为n位2δx,y+1进制数,用长度为n的1维向量V=(vi)n进行存储,其中vi=0,1,…,2δx,y对应为j的第i位2δx,y+1进制数,然后按式(29)将V映射为V′=(v′i)n,vi∈{-δx,y,-δx,y+1,…,0,…,δx,y-1,δx,y},j=j+1;

第5.4步:统计V′中非零元素数量nnz,若nnz≤m,则将V′作为T的第k行,置k=k+1;

第5.5步:反复执行第5.3步和第5.4步,直至k=Vkind;

第5.6步:按式(30)将T中的行置乱,作为T′。

10.如权利要求7所述的一种基于复杂度的EMD(n,m,δ)自适应图像密写提取方法,其特征在于:第6步反复截取SL和SE长度为n的2值比特位串SCL=(si)n和 的具体方法是按式(44)从SL和SE分别截取n个元素作为当前正在处理的载体和嵌密载体元素序列SCL=(si)n和 然后按式(45)对SL和SE进行更新,其中lS和lE分别为SL和SE的长度;

第6步获取调整量T′d=(v′0,v′1,…,v′n-1)的具体方法是式(46);

第6步将d转换为2值比特位串 的具体方法是式(47),其中lC按式(48)确定;

式(48)中,符号 是向上取整函数;

第6步将BC添加至BF的具体方法是式(49);

BF=BF||BC    (49)

第7步提取出B作为最终提取的2值秘密比特位串的具体方法是式(50):B=mid(BF,0,l-1)    (50)。