1.基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、生成含嵌入空间的加密图像:
S1.1、对256级灰度的图像X进行下采样,将所有像素分为采样像素、I类非采样像素和II类非采样像素;利用插值法对两类非采样像素进行插值预测,并与非采样像素位置的原像素值相减得到预测差值e;对超出了8比特表示范围即像素溢出的预测差值,设定正负阈值Tp和Tn进行处理,使其不再溢出,用经过处理的预测差值直接替代原像素值;并对进行过溢出处理的非采样像素点进行标记,进一步用JBIG2方法压缩得到位置图M’;
S1.2、将步骤S1.1得到的位置图M’嵌入到采样像素中,使用Tian差值扩展算法,得到采样像素构成的低分辨率图像Xl;
所述Tian差值扩展法的算法过程为:把Xl分成每两个相邻像素组成的像素对(xl1,xl2),用l表示均值,h表示差值:则对应的逆变换为:
通过对h进行乘2扩展可以嵌入1比特信息,即h'=2×h+b,用扩展后的h'替代公式(3)中的h即可得到嵌入数据之后的像素值(xl1’,xl2’),提取数据时,用像素值计算得到l与h’,进一步得到嵌入数据b=h'mod2,再将 和l的值代入公式(3)无失真地恢复出原像素;
S1.3、对图像进行加密:用流加密方式对嵌入了位置图M’之后的采样像素加密,用置乱方法对非采样像素的预测插值加密;
S2、加密域数据嵌入:
从加密图像的非采样像素位置提取得到预测差值,并设定差值扩展的正负阈值Tp和Tn,云端管理者提取前16个预测差值LSB,并用Tp和Tn替换这些位,对其他的预测差值用公式(8)嵌入数据,得到加密载密图像Xem:S3、数据提取与图像恢复
S3.1、对加密载密图像Xem,从非采样像素位置对应的前16个预测差值的LSB中提取得到Tp和Tn;再从剩余的预测差值中用公式(9)依次提取得到嵌入数据:S3.2、原始图像恢复:
(1)对加密后的采样像素值,使用密钥1产生的伪随机二值序列进行异或解密运算得到嵌入了位置图的采样像素值;
(2)利用Tian差值扩展算法提取嵌入其中的位置图M’,进一步用JBIG2解压缩得到二值图M,同时用公式(4)恢复得到原始的采样像素值:(3)对加密并嵌入了信息的非采样像素,从前16个预测差值中提取阈值Tp和Tn,用公式(11)恢复出嵌入数据前的预测差值,并恢复出前16个预测差值的LSB:(4)用密钥2对嵌入数据前的预测差值进行反置乱处理,并结合步骤(2)得到的二值位置图M,对值为1的像素点进行调整,恢复出预测差值;
(5)用插值预测方式,依次恢复II类非采样像素和I类非采样像素,将所有像素重组,恢复得到原图像。
2.根据权利要求1所述的基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤S1.1中,记原始图像的尺寸为2N×2M,即X={x(i,j),1≤i≤2N,1≤j≤2M},采用“●”表示采样像素,共N×M个,记为Xs={x(2n‑1,2m‑1),1≤n≤N,1≤m≤M};采用“○”为I类非采样像素,记为X1={x(2n‑1,2m)或x(2n,2m‑1),1≤n≤N,1≤m≤M};采用“◎”为II类非采样像素,记为X2={x(2n,2m),1≤n≤N,1≤m≤M};两类非采样像素都分别有N×M个。
3.根据权利要求1所述的基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤S1.1中,对II类非采样像素的插值预测方法为:从45°和135°两个正交的方向利用四个采样像素进行插值预测;对I类非采样像素的插值预测方法为:从0°和90°方向利用相邻的两个采样像素和两个II类非采样像素进行预测。
4.根据权利要求1所述的基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤S1.1中,计算预测差值的方法为:非采样像素所在位置的原始灰度值减去该像素处的预测灰度值,共计为3×N×M个,计算方法见式(1):
5.根据权利要求1所述的基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤S1.1中,预测差值在[‑128,127]范围内,采用式(2)将预测差值限制在[‑128‑Tn_min,
127‑(Tp_max+1)]:
其中,其中Tn_min为预设的预测差值扩展最小负阈值且Tn_min<0,Tp_max为预设的预测差值扩展最大正阈值且Tp_max>0。
6.根据权利要求5所述的基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤S1.1中,采用一个二值图位置M标记修改的位置,当时,对应位置为1,否则为0。
7.根据权利要求6所述的基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤S1.2中,嵌入后得到的像素对的值在[0,255]范围内,经过变换即可得:
8.根据权利要求1所述的基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤S2中, 为修改后的预测差值,当e′∈[Tn,Tp]时,进行扩展并嵌入1比特数据b,否则将外围直方图平移,防止与扩展嵌入后的数据重叠。
9.根据权利要求1所述的基于插值技术的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于,所述步骤S3中,插值预测方法与步骤S1相似,用4个采样像素的值得到II类非采样像素x'(2n,
2m),再利用两个采样像素与两个II类非采样像素得到I类非采样像素x'(2n‑1,2m)、x'(2n,
2m‑1),即: