一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法

1.本发明或发明涉及图像数据安全领域，具体是一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是涉及到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.随着大数据技术的发展，给人们的工作和生活带来了极大的便利，但在数据传输和存储的过程中，数据可能会被未授权的人员访问，造成隐私泄露。在数据的传输和存储中，图像作为信息的主要载体被广泛应用，因此保护图像的隐私权显得尤为重要。可逆数据隐藏技术在过去的二十年中得到了广泛的研究，以实现秘密信息和覆盖媒体的最佳恢复。
4.明文域rdh首先对覆盖媒体进行预处理，以创建用于在覆盖媒体中嵌入数据的空间，进而利用无损嵌入算法将秘密信息嵌入到覆盖媒体中，得到标记覆盖媒体，此过程将生成带标记的封面介质。发送方通过通信信道向接收方发送标记的媒体，接收方利用数据抽取算法在忠实恢复原始覆盖媒体的沿着获取秘密信息，平域图像可逆信息隐藏主要分类为无损压缩、相关性扩展、直方图移位，相关性扩展工作可以分为差值扩展和预测误差扩展。差分扩展利用相邻像素间的相关性来嵌入秘密数据，而预测误差扩展则考虑覆盖媒体中较大相邻像素间的局部相关性来嵌入秘密数据。在直方图移位中，秘密信息被嵌入在直方图箱的峰值处，从而获得高嵌入容量和低复杂度。
5.加密域可逆数据隐藏方法强调了载密图像中秘密数据的隐私性和安全性。为了解密载密图像以及恢复原始图像，接收者保持使用不同密钥操作的选择。加密域工作涉及三方，即内容所有者、数据隐藏者和接收者。加密域工作主要分为加密后预留空间(rrae)和加密前预留空间(rrbe)。在rrae中，空间域的相关性由于加密的覆盖介质而丢失。由于该方法在空间域上失去了相关性，使得通用方法的设计较为困难。使用无损提取算法，接收方使用解密密钥解密加密的标记媒体。这导致秘密信息与原始封面媒体沿着被提取；而rrbe选择在原始图像中创建一些空间进行数据嵌入，然后使用加密密钥对原始图像进行加密。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，主要应用于云平台信息传输中的安全性问题。具体为：首先将原始图像进行插值操作分为两部分，分别利用因果预测器及非因果预测器进行像素预测，得到预测误差映射；将预测误差值分类，根据类内元素数量得到各预测误差值的哈夫曼码；利用时间的易变性将类内序列置乱，从而修改哈夫曼码字的顺序，获得压缩码流。根据用户私钥和时变哈夫曼码可生成密钥，用来加密压缩码，生成加密流，得到加密图像；接着进行数据嵌入；最后提取标记图像中的数据并恢复原图像。本发明利用像素间相关性及时间易变性提高了数据嵌入的容量及安全性，满足了实际应用中的需求。
7.1、一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
8.1)对输入的原始图像进行插值操作，按照棋盘形状分为两层，对其中一层使用因果预测器进行预测误差计算，另一层使用非因果预测器，形成预测误差映射；
9.2)将预测误差值分类，根据类内元素数量得到各预测误差值的哈夫曼码；
10.3)利用时间的易变性将类内序列置乱，从而修改哈夫曼码字的顺序，获得压缩码流；
11.4)根据用户私钥和时变哈夫曼码可生成密钥，用来加密压缩码，生成加密流，得到加密图像并嵌入数据；
12.2、根据权利要求1所述的一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：所属步骤1)具体方法是：
13.2.1)对一个用8位深度像素表示、大小为m
×
n的原始图像i，进行插值操作，对图像i的像素进行扫描，形成棋盘形状的两层像素；
14.2.2)首先利用非因果预测器处理第一层像素，利用第二层的像素来预测第一层的像素。以利用菱形预测器处理2
×
2像素块为例，预测过程如式1)所示：
15.e
i,j
＝p
i,j-(p
i,j-1
+p
i-1,j
+p
i,j+1
+p
i+1,j
)/4(1)
16.其次利用因果预测器处理第二层像素，图像的第一行和第一列不用于嵌入秘密数据，用于原始图像的恢复及秘密数据的提取。以利用菱形预测器处理2
×
2像素块为例，预测过程如式2)所示：
17.e
i,j
＝p
i,j-(p
i+1,j-1
+p
i+1,j+1
)/2(2)
18.经过因果预测器和非因果预测器的预测误差值计算后，得到预测误差映射u，可增加原始图像的嵌入容量，满足后续嵌入需求。
19.3、根据权利要求1所述的一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：所属步骤2)具体方法是：
20.3.1)对预测误差映射中的预测误差值进行误差值分类，将相同误差值分为一类，以每一类的元素个数为参数形成哈夫曼树，由此得到每个误差值的初始哈夫曼码字；
21.4、根据权利要求1所述的一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：所属步骤3)具体方法是：
22.4.1)由系统cpu时间生成时间比特流，接着生成类内置乱序列，用来置乱初始哈夫曼码字，得到时变哈夫曼码，按照置乱序列排列时变哈夫曼码最终生成压缩码流。
23.5、根据权利要求1所述的一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：所属步骤4)具体方法是：
24.5.1)将时变哈夫曼码转换成二进制数据流t，以用户私钥ku和t为输入，通过哈希函数，计算获得加密密钥ke，用密钥生成置乱序列g，根据集合内元素数量i，将表示ccs的集合c分为i个部分，通过c中元素索引值生成索引类c’，例如第二索引类包含具有索引值为2的i个组中的比特；将索引类置乱，生成加密流e。
25.5.2)加密图像需包括时变哈夫曼码t、加密流e、预留嵌密空间r，为了保证安全性，需要对t执行具有加密密钥ke的des加密种子,最后在预留空间里嵌入秘密信息。
附图说明
26.图1是基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法整体流程图
27.图2是棋盘图案图
28.图3是预测误差模型图
29.图4是加密流生成示例图
具体实施方式
30.下面结合本发明中实例附图，对本发明实例中技术方案进行清楚、完整的描述，此外，所叙述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是所有的实施例。基于本发明中的实施例，本研究方向普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，以及本发明所收集、分类、人工标注数据集都属于本发明保护范围。
31.本发明的流程框架图如图1所示，一种基于差分编码与块压缩的密文域可逆信息隐藏方法，具体操作如下：
32.1.对输入的原始图像进行插值操作，按照棋盘形状分为两层，对其中一层使用因果预测器进行预测误差计算，另一层使用非因果预测器，形成预测误差映射；
33.1.1)对一个用8位深度像素表示、大小为m
×
n的原始图像i，进行插值操作，对图像i的像素进行扫描，形成棋盘形状(如图2所示)的两层像素；
34.1.2)首先利用非因果预测器处理第一层像素，如图3(a)所示，利用第二层的像素来预测第一层的像素。以利用菱形预测器处理2
×
2像素块为例，预测过程如式1)所示：
35.e
i,j
＝p
i,j-(p
i,j-1
+p
i-1,j
+p
i,j+1
+p
i+1,j
)/4(1)
36.其次利用因果预测器处理第二层像素，如图3(b)所示，图像的第一行和第一列不用于嵌入秘密数据，用于原始图像的恢复及秘密数据的提取。以利用菱形预测器处理2
×
2像素块为例，预测过程如式2)所示：
37.e
i,j
＝p
i,j-(p
i+1,j-1
+p
i+1,j+1
)/2(2)
38.经过因果预测器和非因果预测器的预测误差值计算后，得到预测误差映射u，可增加原始图像的嵌入容量，满足后续嵌入需求。
39.2.将预测误差值分类，根据类内元素数量得到各预测误差值的哈夫曼码；
40.2.1)对预测误差映射中的预测误差值进行误差值分类，将相同误差值分为一类，以每一类的元素个数为参数形成哈夫曼树，由此得到每个误差值的初始哈夫曼码字；
41.3.利用时间的易变性将类内序列置乱，从而修改哈夫曼码字的顺序，获得压缩码流；
42.3.1)由系统cpu时间生成时间比特流，接着生成类内置乱序列，用来置乱初始哈夫曼码字，得到时变哈夫曼码，按照置乱序列排列时变哈夫曼码最终生成压缩码流。
43.4.根据用户私钥和时变哈夫曼码可生成密钥，用来加密压缩码，生成加密流，得到加密图像并嵌入数据；
44.4.1)将时变哈夫曼码转换成二进制数据流t，以用户私钥ku和t为输入，通过哈希函数，计算获得加密密钥ke，用密钥生成置乱序列g，根据集合内元素数量i，将表示ccs的集合c分为i个部分，通过c中元素索引值生成索引类c’，例如第二索引类包含具有索引值为2的i个组中的比特；将索引类置乱，生成加密流e,如图4所示；
45.4.2)加密图像需包括时变哈夫曼码t、加密流e、预留嵌密空间r，为了保证安全性，需要对t执行具有加密密钥ke的des加密种子,最后在预留空间里嵌入秘密信息。

技术特征：
1.一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)对输入的原始图像进行插值操作，按照棋盘形状分为两层，对其中一层使用因果预测器进行预测误差计算，另一层使用非因果预测器，形成预测误差映射；2)将预测误差值分类，根据类内元素数量得到各预测误差值的哈夫曼码；3)利用时间的易变性将类内序列置乱，从而修改哈夫曼码字的顺序，获得压缩码流；4)根据用户私钥和时变哈夫曼码可生成密钥，用来加密压缩码，生成加密流，得到加密图像并嵌入数据。2.根据权利要求1所述的一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：所属步骤1)具体方法是：2.1)对一个用8位深度像素表示、大小为m
×
n的原始图像i，进行插值操作，对图像i的像素进行扫描，形成棋盘形状的两层像素；2.2)首先利用非因果预测器处理第一层像素，利用第二层的像素来预测第一层的像素。以利用菱形预测器处理2
×
2像素块为例，预测过程如式1)所示：e
i,j
＝p
i,j-(p
i,j-1
+p
i-1,j
+p
i,j+1
+p
i+1,j
)/4
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(1)其次利用因果预测器处理第二层像素，图像的第一行和第一列不用于嵌入秘密数据，用于原始图像的恢复及秘密数据的提取。以利用菱形预测器处理2
×
2像素块为例，预测过程如式2)所示：e
i,j
＝p
i,j-(p
i+1,j-1
+p
i+1,j+1
)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)经过因果预测器和非因果预测器的预测误差值计算后，得到预测误差映射u，可增加原始图像的嵌入容量，满足后续嵌入需求。3.根据权利要求1所述的一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：所属步骤2)具体方法是：3.1)对预测误差映射中的预测误差值进行误差值分类，将相同误差值分为一类，以每一类的元素个数为参数形成哈夫曼树，由此得到每个误差值的初始哈夫曼码字。4.根据权利要求1所述的一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：所属步骤3)具体方法是：4.1)由系统cpu时间生成时间比特流，接着生成类内置乱序列，用来置乱初始哈夫曼码字，得到时变哈夫曼码，按照置乱序列排列时变哈夫曼码最终生成压缩码流。5.根据权利要求1所述的一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，其特征在于：所属步骤4)具体方法是：5.1)将时变哈夫曼码转换成二进制数据流t，以用户私钥k
u
和t为输入，通过哈希函数，计算获得加密密钥k
e
，用密钥生成置乱序列g，根据集合内元素数量i，将表示ccs的集合c分为i个部分，通过c中元素索引值生成索引类c’，例如第二索引类包含具有索引值为2的i个组中的比特；将索引类置乱，生成加密流e。5.2)加密图像需包括时变哈夫曼码t、加密流e、预留嵌密空间r，为了保证安全性，需要对t执行具有加密密钥ke的des加密种子,最后在预留空间里嵌入秘密信息。

技术总结
本发明提出一种基于时变哈夫曼码表的插值图像可逆数据隐藏方法，主要应用于云平台信息传输中的安全性问题。具体为：首先将原始图像进行插值操作分为两部分，分别利用因果预测器及非因果预测器进行像素预测，得到预测误差映射；将预测误差值分类，根据类内元素数量得到各预测误差值的哈夫曼码；利用时间的易变性将类内序列置乱，从而修改哈夫曼码字的顺序，获得压缩码流。根据用户私钥和时变哈夫曼码可生成密钥，用来加密压缩码，生成加密流，得到加密图像；接着进行数据嵌入；最后提取标记图像中的数据并恢复原图像。本发明利用像素间相关性及时间易变性提高了数据嵌入的容量及安全性，满足了实际应用中的需求。满足了实际应用中的需求。满足了实际应用中的需求。


技术研发人员：葛斌 沈亚晴 夏晨星 葛国庆 王智盟
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/5