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： 201115030219 班級： 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。秘密信息嵌入時修改二值圖像的游程長度，如果秘密信息為是0，則修改該游程長度為偶數(shù)；如果秘密信息的取值與游程長度的奇偶性相匹配，則不改變游程長度。提取時根據(jù)游程長度奇偶性提取出秘密信息。在信息隱藏時，改變游程的奇偶性時通過對下一個游程的第一個像素值進(jìn)行修改，因此當(dāng)下一個游程長度為1時通過改變當(dāng)前有成的值實現(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的載體上。信息的嵌入會改變原始圖像的特征。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，國內(nèi)外對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提出了一個信息隱藏方案，

5、他們使用一個特定的圖像區(qū)域中黑像素的個數(shù)來編碼秘密信息。把一個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?；咀龇ㄊ牵裟硥K，則嵌入一個1，若，則嵌入一個0.在嵌入的過程中，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；在具有鮮明對比性的二值圖像中，應(yīng)該對黑白像素的邊界進(jìn)行修改。 Matsui和Tanaka提出的方案，它在傳真圖像中使用無損壓縮系統(tǒng)來對信息編碼。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掃描行，我們用指出改變顏色的位置。RL方法不再顯示地對第一個像

6、素顏色進(jìn)行編碼，而是對顏色變化的位置和從開始的持續(xù)同種顏色的像素個數(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RL元序列來描述一個二值圖像。通過修改的最低位，可以再一個二值的游程編碼圖像中嵌入信息。 圖1.1 2. 文獻(xiàn)簡介文獻(xiàn)1針對二值圖像僅有兩種顏色,對像素修改敏感的特點,提出了一種基于行程編碼的二值圖像數(shù)字隱寫算法。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,通過修改較大的行程來嵌入信息。修改行程時采用行程拆分與合并策略,并考慮對應(yīng)像素的“可翻轉(zhuǎn)度”。針對二值圖像僅有兩種顏色,對像素修改敏感的特點,提出了一種基于行程編碼的二值圖像數(shù)字

7、隱寫算法。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,通過修改較大的行程來嵌入信息。修改行程時采用行程拆分與合并策略,并考慮對應(yīng)像素的可翻轉(zhuǎn)度。同時,秘密信息嵌入時利用糾錯碼數(shù)字隱寫的原理,通過使用共享密鑰來進(jìn)一步增強(qiáng)算法的安全性。分塊嵌入時通過塊中心像素點的跳變嵌入信息，就是二值圖像中一些點有黑變白，由白變黑。文獻(xiàn)2對于二值圖像的隱寫選擇了像素翻轉(zhuǎn)后失真最小的像素位置文獻(xiàn)3將整幅圖像分成M個圖像塊，再將每個圖像塊重疊地分為4個的子塊，根據(jù)每個圖像塊的特征值R以及塊中具有相同鄰域的像素的數(shù)目W來判斷該圖像塊的最佳可隱藏性。文獻(xiàn)4通過修改文本圖像字符邊緣非平滑部分的像

8、素值來隱藏信息，它把邊緣分成100對5像素長度的模型，通過增加或者刪除一個邊緣像素來嵌入信息。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)計圖像塊中的特性。文獻(xiàn)6設(shè)計了一種通用的二值圖像隱寫分析方法，既能夠成功的檢測分塊跳轉(zhuǎn)中心像素的隱寫術(shù)，對分塊非跳轉(zhuǎn)中心像素的隱寫術(shù)的檢測率也很高。文獻(xiàn)7文獻(xiàn)8是對二值圖像隱寫分析的成果。文獻(xiàn)8提出可利用形態(tài)學(xué)濾波將待檢測圖像降噪處理，通過比較待檢測圖像濾波前后的差異即可完成檢測，并根據(jù)該差異的大小進(jìn)一步進(jìn)行嵌入量估計。3. 算法簡介 本文采用的是基于游程編碼的二值圖像隱寫，秘密信

9、息嵌入時修改二值圖像的游程長度，如果秘密信息位是0，則修改該游程長度為偶數(shù)；如果為1，則修改游程長度為奇數(shù)；如果秘密信息的取值與游程長度的奇偶性相匹配則不改變游程長度。提取時根據(jù)游程長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; %必須知道水印的長度for 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修改黑白邊界處的像素塊來實現(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，通過與原始圖像的對比，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)過修改后的圖像經(jīng)過和原始圖像對比，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，改變游程的奇偶性是通過下一個游程的第一個像素值進(jìn)行修改，因此當(dāng)下一個游程的值為1時不能修改。本文是當(dāng)當(dāng)前的游程值大于1時通過修改當(dāng)前游程來解決這一問題。通過這次對算法的實現(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)過的內(nèi)容。但同時隱寫算法也在不斷的改進(jìn),對于隱寫術(shù)工具的安全評估策略、

17、標(biāo)準(zhǔn)與方法也正在研究之中,隱寫術(shù)的分析與反分析正成為信息安全屆研究的熱點，了解相關(guān)知識為以后工作學(xué)習(xí)做鋪墊。并從中學(xué)會了閱讀他人文獻(xiàn)的方法，為以后自己的提升打基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：1徐長勇,平西建,劉翠卿.基于行程編碼的二值圖像數(shù)字隱寫算法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, 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