◆牛向洲 張敏情

（武警工程大學電子技術(shù)系 陜西 710086）

一種利用預測誤差擴展的可逆信息隱藏算法

◆牛向洲 張敏情

（武警工程大學電子技術(shù)系 陜西 710086）

信息隱藏是將秘密信息嵌入進另一載體里的過程?？赡嫘畔㈦[藏則是在秘密信息提取之后仍然能夠無失真的恢復原始載體的技術(shù)。本文提出了一種利用預測誤差擴展的可逆信息隱藏算法。首先講圖像根據(jù)復雜度分塊，然后將秘密信息按照復雜度由高到低的順序嵌入。同時使用Arnold變換加密秘密信息，因此可以提供更高的安全性。

可逆；信息隱藏；預測誤差擴展

0 引言

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，越來越多的敏感隱秘的數(shù)據(jù)在網(wǎng)上傳播需要被保護，因此信息隱藏對于保護秘密信息發(fā)揮著關(guān)鍵作用。信息隱藏技術(shù)具體是指多媒體信息隱藏技術(shù)，即是將某一隱秘信息隱藏到另一非保密數(shù)字載體中，以公開信息的方式進行傳輸來實現(xiàn)隱秘信息的傳遞。傳統(tǒng)的信息隱藏通常是非可逆信息隱藏，即有損信息隱藏，嵌入過程會給原始載體帶來永久性失真，這在一些對數(shù)據(jù)認證要求高，同時對載體失真較為敏感，需要無失真恢復出原始載體的應用場合是不可接受的，如云環(huán)境下加密數(shù)據(jù)標注、遠程醫(yī)學診斷、司法取證等。為了兼顧信息隱藏與原始載體的無失真恢復，Barton0首次提出可逆信息隱藏的概念，要求在嵌入信息后可以無差錯恢復出原始載體00。此后幾年，可逆信息隱藏技術(shù)吸引了大量國內(nèi)外學者的研究。基于預測誤差擴展的可逆信息隱藏是利用相鄰像素的相關(guān)性來計算預測誤差，將預測誤差擴展用于隱藏秘密信息。算法主要包括兩個階段，嵌入和提取。在嵌入時根據(jù)圖像的復雜度來選擇嵌入的區(qū)域，而不是嵌入進一個像素。采用這種做法既能夠提高圖像質(zhì)量同時也能保證一定的安全性。

1 構(gòu)造新算法

1.1 嵌入階段

步驟一：利用arnold變換加密秘密信息。秘密信息先轉(zhuǎn)換成n*n方陣。貓映射的初始值為p、q，如公式（1）所示。

步驟二：預處理。預處理的目的是為了防止溢出。將圖像中像素值為0和255的像素點像素值分別改為1和254，位置圖上標記1。如公式(2)所示。

步驟四：區(qū)分復雜度。根據(jù)復雜度因子Cgene（Complexity gene）定義如下：其 中

步驟五：嵌入秘密信息。先選擇復雜度高的區(qū)域嵌入。在PVO-1只有區(qū)域內(nèi)像素值最大或最小的被利用，PVO-2中兩個最大或最小被利用0。最大值和最小值的數(shù)量分別記為a和b。嵌入秘密信息之后的像素記為則：

若a=k或b=k，則該區(qū)域用于嵌入秘密信息。k=1用PVO-1，k=2用 PVO-2。秘密信息嵌入之后，將邊信息、位置圖、區(qū)域大小等嵌入進載體圖像像素的最低有效位最終生成隱寫圖像。

1.2 提取階段

步驟一：首先提取邊信息、位置圖、區(qū)域大小等。

步驟二：將隱寫圖像分成大小為 n1×n2的不重疊的區(qū)域。

步驟三：按照嵌入階段步驟四的方法計算復雜度并按照降序排列，根據(jù)復雜度反向利用PVO-1和PVO-2得到秘密信息。

若 p′=1則秘密信息為0，若 p′=2則秘密信息為1；若則秘密信息為0，若q=-2則秘密信息為1。

步驟四：利用加密秘鑰得到原始秘密信息：

2 算法的實現(xiàn)與分析

采用標準的灰度測試圖像分別是“Lena”，“Barbara”，“Airplane”，“Lake”，“Peppers”，和“Man”，圖像的大小為512*512。

首先利用Lena和Man比較嵌入容量，如表1所示。

表1 嵌入容量比較

對每幅圖像嵌入10000比特信息，都使用2*3大小的塊，而后進行PSNR的比較，如表2所示。

表2 PSNR比較

由上面兩個表可以看出本文提出的算法從嵌入容量和圖像質(zhì)量上均優(yōu)于PVO-K。

利用不同比例的脈沖噪聲攻擊分塊大小為2*3的Lena圖，而后提取秘密信息，比較出錯率，如表3所示。

利用不同比率的壓縮攻擊攻擊分塊大小為2*3的Lena圖而后提取秘密信息，比較出錯率，如表4所示。

表3 脈沖攻擊出錯率

表4 壓縮攻擊出錯率

3 結(jié)語

本文提出一種基于預測誤差擴展的可逆信息隱藏。從實驗數(shù)據(jù)上可以看出本文算法有更高的嵌入容量更好的圖像質(zhì)量，同時還能夠抵擋脈沖攻擊和壓縮攻擊。下一步將在自適應選擇復雜度因子來提高算法的安全性。

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