基于插值圖像的可逆信息隱藏算法研究

◆牛向洲 張敏情

（武警工程大學(xué)電子技術(shù)系 陜西 710086）

基于插值圖像的可逆信息隱藏算法研究

◆牛向洲 張敏情

（武警工程大學(xué)電子技術(shù)系 陜西 710086）

本文提出一種基于插值圖像的可逆信息隱藏算法。該插值算法考慮到所有相鄰像素點(diǎn)，但根據(jù)其接近度使用不同的權(quán)重,因此，它提供了更好質(zhì)量的插值圖像。為了確保所提出的方案的可逆性，對(duì)于每次嵌入通過構(gòu)造位置圖來實(shí)現(xiàn)。基本上，所提出的方案僅在數(shù)據(jù)隱藏階段期間會(huì)增加或減少像素值，這在計(jì)算復(fù)雜度方面改善了所提出的方案的性能。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文的算法在嵌入容量、圖像質(zhì)量和計(jì)算復(fù)雜性等方面優(yōu)于現(xiàn)有方案。

可逆信息隱藏；算法研究；插值圖像

0 引言

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，通過公共網(wǎng)絡(luò)傳輸例如商業(yè)、企業(yè)或軍方使用的秘密信息是不安全的，因?yàn)榇嬖趥卧臁⑵墼p、版權(quán)侵犯和假冒等損壞行為。因此，開發(fā)保護(hù)秘密信息的方法是非常必要的。作為解決安全問題的方法之一，信息隱藏技術(shù)在信息安全中起著重要的作用。

信息隱藏是將秘密信息嵌入一個(gè)載體中，而后進(jìn)行信息通訊。通常，信息隱藏技術(shù)包括兩種主流技術(shù)：隱寫術(shù)和水印0。水印的主要目的是防止攻擊者通過使用各種適當(dāng)?shù)氖д鎭硪瞥?。隱寫術(shù)是一種強(qiáng)調(diào)僅僅檢測(cè)隱藏信息的存在的隱蔽通信。目前，信息隱藏方法分為兩類：不可逆信息隱藏方法和可逆信息隱藏方法。在基于空間域的方法中，秘密信息通常改變像素值的方法來達(dá)到嵌入的目的。在本文中，我們提出了一種調(diào)整像素值特征的基于插值圖像的可逆信息隱藏算法，同時(shí)提供高質(zhì)量的隱寫圖像和高嵌入容量。

1 插值算法的發(fā)展

1.1 雙線性插值 (Bilinear Interpolation)

雙線性插值(BI)考慮已知的最近的2* 2鄰域，得到對(duì)角線方向上點(diǎn)的像素值，然后對(duì)這四個(gè)像素值進(jìn)行加權(quán)平均以得到最終插值。雙線性插值的一個(gè)主要缺點(diǎn)是主要適用與平滑圖像。像素值p'（1,2）通過對(duì)作為相鄰像素的參考像素進(jìn)行加權(quán)來計(jì)算：

1.2 鄰域平均插值（Neighbor Mean Interpolation）

2009年，Jung和Yoo提出了一種基于鄰域均值的信息隱藏算法（NMI）。NMI方法使用相鄰像素值計(jì)算平均值并將其插入尚未分配的像素。對(duì)于3×3子塊計(jì)算NMI如：

NMI由于其簡單的計(jì)算而有助于嵌入大量的秘密數(shù)據(jù)，同時(shí)保持圖像質(zhì)量。

1.3 最近鄰域插值（Nearest Neighbor Interpolation）

最近鄰域插值（NNI）是一種非常簡單的技術(shù)，選擇最近的相鄰點(diǎn)作為插值：

Jung和Yoo的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)通過PSNR（信噪比）測(cè)量時(shí)，NMI產(chǎn)生的平均圖像質(zhì)量為24.44dB，優(yōu)于通過NNI獲得的20.68dB和通過BI獲得的23.88dB。因此，當(dāng)處理大量圖像時(shí)，仍然是NMI較為適用。

1.4 增強(qiáng)的鄰域平均插值(Enhanced Neighbor Mean Interpolation)

增強(qiáng)的鄰域平均插值（ENMI）方案是Jung和Yoo方案的改進(jìn)版本。其中p'(0,1)，p'(1,0)，p'(1,1)，p'(1,2)和p'(2,1)的像素值是通過對(duì)其參考鄰域像素來計(jì)算。

它進(jìn)一步提高了圖像質(zhì)量，因?yàn)樗褂昧烁嗟泥徲蛳袼亍?/p>

2 算法構(gòu)造

新算法構(gòu)造如下：

對(duì)一張大小為N* N的原始圖像進(jìn)行信息的嵌入，對(duì)圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行如下操作：

3 算法實(shí)現(xiàn)與分析

在本節(jié)中，我們將討論我們提出的方法和其他主流方法的性能。利用6幅載體圖像，每張都是512*512像素，分別是“Lena”，“Baboon”，“Airplane”，“Hill”，“Peppers”和“Man”，所提出的算法在 MATLAB上運(yùn)行，使用偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)中使用的秘密數(shù)據(jù)。將提出的算法在嵌入容量、峰值信噪比(PSNR)和運(yùn)算時(shí)間三方面與現(xiàn)有算法進(jìn)行性能對(duì)比。如下表所示：

表1 性能對(duì)比

運(yùn)算時(shí)間 5.34 4.29 5.32 1.140

分析上表可以看出，本文的算法在嵌入容量和保持圖像質(zhì)量方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的方案。我們可以說，提出的算法比現(xiàn)有算法在PSNR（dB），嵌入容量（比特）和運(yùn)算時(shí)間（秒）方面更好。

4 結(jié)束語

本文提出了基于插值圖像的利用像素值特性的可逆信息隱藏算法。本文的算法能夠提供質(zhì)量良好的隱寫圖像并且實(shí)現(xiàn)高嵌入容量。同時(shí)，所提出的算法在計(jì)算上不復(fù)雜，因此，算法的運(yùn)算效率更高。下一步的研究可以針對(duì)調(diào)查其他高效數(shù)據(jù)隱藏的使用技術(shù)來消除使用位置圖來進(jìn)一步改進(jìn)數(shù)據(jù)隱藏容量和圖像質(zhì)量。

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