二值圖像信息隱藏算法與提取

1、二值圖像信息隱藏算法與提取 姓名： 牛偉豪 學(xué)號(hào)： 201115030219 班級(jí)： 通信111502二值圖像信息隱藏算法與提取摘要：為了達(dá)到較好的隱藏效果，本文采用游程編碼的方法在二值圖像中隱藏信息。秘密信息嵌入時(shí)修改二值圖像的游程長(zhǎng)度，如果秘密信息為是0，則修改該游程長(zhǎng)度為偶數(shù)；如果秘密信息的取值與游程長(zhǎng)度的奇偶性相匹配，則不改變游程長(zhǎng)度。提取時(shí)根據(jù)游程長(zhǎng)度奇偶性提取出秘密信息。在信息隱藏時(shí)，改變游程的奇偶性時(shí)通過(guò)對(duì)下一個(gè)游程的第一個(gè)像素值進(jìn)行修改，因此當(dāng)下一個(gè)游程長(zhǎng)度為1時(shí)通過(guò)改變當(dāng)前有成的值實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：二值圖像，游程編碼，信息隱藏 Binary image information h

2、iding algorithmAbstract: In order to achieve a better hiding effect, we use run-length coding method to hide information in the binary image. Modify the binary image embedding secret information when the run length, if secret information is 0, then modify the run length is an even number; If the par

3、ity value and the run length of the phase-matching secret information, do not change the run length. According to the run length to extract the secret parity information extraction. When information hiding, changing the parity of the run time of the first pixel value of the next run is modified by,

4、so a run length of the current by changing a value of the current successful implementation.Keywords: Binary image, Run-length coding, Information hiding.1. 引言 信息隱藏就是把重要的信息秘密的隱藏在公開(kāi)的載體上。信息的嵌入會(huì)改變?cè)紙D像的特征。數(shù)字圖像是目前信息的主要載體，二值圖像是其中特殊的圖像，圖像只有黑色和白色兩種表示。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)二值圖像的信息隱藏進(jìn)行了很多的研究，并取得了許多成就。 Zhao和Koch提出了一個(gè)信息隱藏方案，

5、他們使用一個(gè)特定的圖像區(qū)域中黑像素的個(gè)數(shù)來(lái)編碼秘密信息。把一個(gè)二值圖像分成矩形圖像區(qū)域分別令和為黑白像素在圖像塊中所占的百分比。基本做法是，若某塊，則嵌入一個(gè)1，若，則嵌入一個(gè)0.在嵌入的過(guò)程中，為達(dá)到希望的像素關(guān)系，需要修改一些顏色。修改是在那些鄰近像素有相反的顏色的像素中進(jìn)行的；在具有鮮明對(duì)比性的二值圖像中，應(yīng)該對(duì)黑白像素的邊界進(jìn)行修改。 Matsui和Tanaka提出的方案，它在傳真圖像中使用無(wú)損壓縮系統(tǒng)來(lái)對(duì)信息編碼。根據(jù)以前的CCITT建議，傳真圖像能用游程(RL)編碼和哈夫曼編碼進(jìn)行混合編碼。圖1.1顯示了傳真文檔中的一個(gè)掃描行，我們用指出改變顏色的位置。RL方法不再顯示地對(duì)第一個(gè)像

6、素顏色進(jìn)行編碼，而是對(duì)顏色變化的位置和從開(kāi)始的持續(xù)同種顏色的像素個(gè)數(shù)進(jìn)行編碼。我們假定的掃描行如圖1.1所示，可編碼為，從而我們能用一個(gè)RL元序列來(lái)描述一個(gè)二值圖像。通過(guò)修改的最低位，可以再一個(gè)二值的游程編碼圖像中嵌入信息。 圖1.1 2. 文獻(xiàn)簡(jiǎn)介文獻(xiàn)1針對(duì)二值圖像僅有兩種顏色,對(duì)像素修改敏感的特點(diǎn),提出了一種基于行程編碼的二值圖像數(shù)字隱寫(xiě)算法。將原始圖像劃分成子塊,并以zigzag掃描的順序?qū)K內(nèi)像素進(jìn)行行程編碼,通過(guò)修改較大的行程來(lái)嵌入信息。修改行程時(shí)采用行程拆分與合并策略,并考慮對(duì)應(yīng)像素的“可翻轉(zhuǎn)度”。針對(duì)二值圖像僅有兩種顏色,對(duì)像素修改敏感的特點(diǎn),提出了一種基于行程編碼的二值圖像數(shù)字

7、隱寫(xiě)算法。將原始圖像劃分成子塊,并以zigzag掃描的順序?qū)K內(nèi)像素進(jìn)行行程編碼,通過(guò)修改較大的行程來(lái)嵌入信息。修改行程時(shí)采用行程拆分與合并策略,并考慮對(duì)應(yīng)像素的可翻轉(zhuǎn)度。同時(shí),秘密信息嵌入時(shí)利用糾錯(cuò)碼數(shù)字隱寫(xiě)的原理,通過(guò)使用共享密鑰來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)算法的安全性。分塊嵌入時(shí)通過(guò)塊中心像素點(diǎn)的跳變嵌入信息，就是二值圖像中一些點(diǎn)有黑變白，由白變黑。文獻(xiàn)2對(duì)于二值圖像的隱寫(xiě)選擇了像素翻轉(zhuǎn)后失真最小的像素位置文獻(xiàn)3將整幅圖像分成M個(gè)圖像塊，再將每個(gè)圖像塊重疊地分為4個(gè)的子塊，根據(jù)每個(gè)圖像塊的特征值R以及塊中具有相同鄰域的像素的數(shù)目W來(lái)判斷該圖像塊的最佳可隱藏性。文獻(xiàn)4通過(guò)修改文本圖像字符邊緣非平滑部分的像

8、素值來(lái)隱藏信息，它把邊緣分成100對(duì)5像素長(zhǎng)度的模型，通過(guò)增加或者刪除一個(gè)邊緣像素來(lái)嵌入信息。文獻(xiàn)5提出一種基于二值圖像分塊粗糙度分析的檢測(cè)算法，該算法與基于黑白像素邊緣復(fù)雜度、基于圖像分塊噪聲分析等方法相近，都是統(tǒng)計(jì)圖像塊中的特性。文獻(xiàn)6設(shè)計(jì)了一種通用的二值圖像隱寫(xiě)分析方法，既能夠成功的檢測(cè)分塊跳轉(zhuǎn)中心像素的隱寫(xiě)術(shù)，對(duì)分塊非跳轉(zhuǎn)中心像素的隱寫(xiě)術(shù)的檢測(cè)率也很高。文獻(xiàn)7文獻(xiàn)8是對(duì)二值圖像隱寫(xiě)分析的成果。文獻(xiàn)8提出可利用形態(tài)學(xué)濾波將待檢測(cè)圖像降噪處理，通過(guò)比較待檢測(cè)圖像濾波前后的差異即可完成檢測(cè)，并根據(jù)該差異的大小進(jìn)一步進(jìn)行嵌入量估計(jì)。3. 算法簡(jiǎn)介 本文采用的是基于游程編碼的二值圖像隱寫(xiě)，秘密信

9、息嵌入時(shí)修改二值圖像的游程長(zhǎng)度，如果秘密信息位是0，則修改該游程長(zhǎng)度為偶數(shù)；如果為1，則修改游程長(zhǎng)度為奇數(shù)；如果秘密信息的取值與游程長(zhǎng)度的奇偶性相匹配則不改變游程長(zhǎng)度。提取時(shí)根據(jù)游程長(zhǎng)度奇偶性提取出秘密信息。3.1 RLEhid.m隱藏函數(shù)clc;clear allI=imread(swjtu.bmp);if(length(size(I)=3) I=rgb2gray(I);endrow,col=size(I);Ibw=im2bw(I);oi=Ibw(:);len=size(oi);i=1;j=1;while ilen(1) or=oi(i); count=1; while (ilen(1)&o

10、i(i+1,1)=or) i=i+1; count=count+1; end RLE(j)=count;%RLE為游程 j=j+1; i=i+1;endif i=len(1) RLE(j)=1;end RLE=RLE;msgfid=fopen(hidden.txt,r);msg,msgcount=fread(msgfid);fclose(msgfid);msg=uint8(dec2bin(msg)-48);htxt,ltxt=size(msg);mmsg=zeros(htxt,8);if(ltxt8) n=8-ltxt; mm=zeros(htxt,n); for i=1:htxt mmsg(

11、i,:)=mm(i,:),msg(i,:); endendmsg=mmsg;msgcount=msgcount*8;for l=1:msgcount modpoint=0; for x=1:2*l modpoint=modpoint+RLE(x,1); end if msg(l)=0 if (mod(RLE(2*l),2)=0)&(RLE(2*l+1)=1) oi(modpoint+1,1)=mod(oi(modpoint+1,1)+1),2); else if (mod(RLE(2*l),2)=0)&(RLE(2*l+1)=1)&(RLE(2*l)=1) oi(modpoint,1)=mod

12、(oi(modpoint,1)+1),2); end end else if (mod(RLE(2*l),2)=0)&(RLE(2*l+1)=1) oi(modpoint+1,1)=mod(oi(modpoint+1,1)+1),2); else if (mod(RLE(2*l),2)=0)&(RLE(2*l+1)=1)&(RLE(2*l)=1) oi(modpoint,1)=mod(oi(modpoint,1)+1),2); end end endendm1=Vector2Matrix(oi,row);m1=m1;imwrite(m1,marked.bmp);figuresubplot(1,

13、2,1);imshow(Ibw);title(原始二值圖像);subplot(1,2,2);imshow(marked.bmp);title(加密后的圖像);3.2 RLEext.m提取函數(shù)clc;clear all;oi=imread(marked.bmp);%打開(kāi)攜密圖像row col =size(oi);oi=oi(:);len=size(oi);i=1;j=1;while (i len(1) or=oi(i); count=1; while(ilen(1)&oi(i+1)=or) i=i+1; count=count+1; end RLE(j)=count;j=j+1;i=i+1;en

14、dif i=len(1) RLE(j)=1;endRLE=RLE;msgcount=96; %必須知道水印的長(zhǎng)度f(wàn)or i=1:msgcount msg(i,1)=0;endfor l=1:msgcountif mod(RLE(2*l),1),2)=0 msg(l,1)=0 %如果游程的值為偶數(shù)，表示隱藏的信息為0else msg(l,1)=1 %如果游程的值為奇數(shù)，表示隱藏的信息為1endend;ot=Vector2Matrix(msg,msgcount/8);out=bit2str(ot);fid=fopen(message.txt,wt);fwrite(fid,out)fclose(fi

15、d);4.仿真分析4.1仿真結(jié)果 圖4.1是測(cè)試結(jié)果1，圖4.1(a)是加密前的二值圖像，圖4.1(b)是加密后的二值圖像。圖4.2中hidden2.txt中是加密信息，圖4.2中message2.txt中是提取后的信息。 圖b 圖a 圖4.1 圖4.24.2結(jié)果分析 二值圖像信息隱藏的游程編碼方法是通過(guò)修改黑白邊界處的像素塊來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的隱藏，在一些像素分布比較集中的地方信息隱藏后的圖片比較明顯，比如圖4.1，通過(guò)與原始圖像的對(duì)比，在黑白交界處可以明顯的觀察到圖像塊的像素的改變。但是在像素黑白分布均勻，在進(jìn)過(guò)修改后的圖像經(jīng)過(guò)和原始圖像對(duì)比，是幾乎觀察不到變化的，比如圖4.3。5.結(jié)論數(shù)字圖像是

16、目前信息的主要載體，二值圖像是其中特殊的圖像，圖像只有黑色和白色兩種表示，因此在二值圖像的研究中取得了許多的成就。其中最具代表性的是Zhao和Koch以及 Matsui和Tanaka提出的2種方案。本文采用Matsui和Tanaka提出的方案，在此方案上做了一些變化。Matsui和Tanaka的方案中在信息隱藏時(shí)，改變游程的奇偶性是通過(guò)下一個(gè)游程的第一個(gè)像素值進(jìn)行修改，因此當(dāng)下一個(gè)游程的值為1時(shí)不能修改。本文是當(dāng)當(dāng)前的游程值大于1時(shí)通過(guò)修改當(dāng)前游程來(lái)解決這一問(wèn)題。通過(guò)這次對(duì)算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步增強(qiáng)自己的學(xué)習(xí)能力，并鞏固了課堂上學(xué)過(guò)的內(nèi)容。但同時(shí)隱寫(xiě)算法也在不斷的改進(jìn),對(duì)于隱寫(xiě)術(shù)工具的安全評(píng)估策略、

17、標(biāo)準(zhǔn)與方法也正在研究之中,隱寫(xiě)術(shù)的分析與反分析正成為信息安全屆研究的熱點(diǎn)，了解相關(guān)知識(shí)為以后工作學(xué)習(xí)做鋪墊。并從中學(xué)會(huì)了閱讀他人文獻(xiàn)的方法，為以后自己的提升打基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：1徐長(zhǎng)勇,平西建,劉翠卿.基于行程編碼的二值圖像數(shù)字隱寫(xiě)算法J.數(shù)據(jù)采集與處理,2009,062劉春慶, 戴躍偉, 王執(zhí)銼.一種新的二值圖像信息隱藏方案J.東南大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 33:98-1013Steinfeld R, Bu L, Wang Huaxiong.Universal Designatedverifier SignaturesJ.Proc of Advances in Cryptology, 2003,(1):63-68 4Araki S, Uehara S, Imamura K.The Limited Verifier Signature and Its Application J.IEICE Trans on Fundamentals, 1