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专利号: 2020104107681
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于:包括密钥产生步骤、信息隐藏步骤、图像加密步骤以及信息提取和图像恢复步骤;

其中,密钥产生步骤如下:

步骤S11:将大小为m×n的秘密信息w隐藏到大小为M×N的图像I中,密钥K0由四个部分组成:{z0,s,d,RSl},z0是混沌系统的初始值;s和d是用于在隐藏和加密过程中抽取序列的参数;RSl(l=1,2,…,m×n)是一个恢复序列,能够提取机密数据并完全恢复原始图像,将在信息隐藏步骤中产生;

步骤S12:提出一种混沌系统,其定义如公式(1):zk+1=sin(πzk‑μzk(1+zk)),k=0,1,2…    (1);

其中,μ∈(4,11];混沌系统初始值z0根据图像信息得到,其计算公式如式(2)所示:其中mod(*,*)表示两数的取余运算,rf为横向像素差之和,cf为纵向像素差之和,计算过程如公式(3):

步骤S13:根据公式(3)和(4),计算抽选序列时的参数s,d:其中 表示向上取整;

信息隐藏步骤如下:

步骤S21:将原图像进行整数小波变换,得到大小分别为 的四个小波分量,分别为LLi,j,LHi,j,HLi,j,HHi,j;

步骤S22:根据公式(5),通过密钥中的s,d,从混沌系统zk中抽取出长度为m×n的位置序列,记为Al:

Al=1‑2zls+d,l=1,2,…,m×n    (5);

步骤S23:根据公式(6),对抽选的序列Al进行归一化和整数化,得到位置序列norAl;

其中,max(*),min(*)表示求序列的最大和最小值的运算;通过归一化和整数化后,序列norAl∈[1,M×N];

步骤S24:依次扫描norAl中所有元素,每个元素代表了小波分量中的位置,根据公式(7)可以分解为横坐标i和纵坐标j:

步骤S25:将位置序列中对应的HHi,j的最低位保存到密钥文件中,即恢复序列RS,如公式(8):

RSl=mod(HHi,j,2),l=1,2,…,m×n    (8);

步骤S26:将秘密信息隐藏到HHi,j的最低位得到HH′i,j;

图像加密步骤如下:

步骤S31:将四个小波分量LLi,j,LHi,j,HLi,j,HH′i,j分别转化为一维序列步骤S32:根据公式(9),从根据密钥中的d,s,从混沌系统zk中抽选长度为 的序列,记为Bl:

步骤S33:根据公式(10),对抽选的序列Bl进行归一化和整数化,得到位置序列norBl:步骤S34:计算出最小值序列Minl和最大值序列 根据公式(11)对LL进行加密并限制,得到加密值LL′l:

LL′l=mod(LLl+norBl,Maxl‑Minl)+Minl    (11);

步骤S35:根据公式(12),将norBl按从小到大的顺序排序,得到一个新的序列Bs和位置序列Indexl:

[Bsl,Indexl]=sort(norBl)    (12);

其中sort(*)表示对序列进行排序,Bsl为排序后的序列,Indexl表示Bsl中元素在原序列中的位置;

步骤S36:利用位置序列Indexl,根据公式(13),对一维序列LL′l,LHl,HLl,HH′l进行位置置乱,得到置乱后的四个分量序列LL″l,LH′l,HL′l,HH″l;

步骤S37:将得到的四个加密分量序列分别转化为 矩阵,得到加密后的四个分量LL″i,j,LH′i,j,HL′i,j,HH″i,j;

步骤S38:将加密后的四个分量进行整数小波重构,得到加密后的密文图像C;

信息提取和图像恢复步骤如下:

步骤S41:对密文图像C进行整数小波变换,得到四个分量,并转换为一维序列LL″l,LH′l,HL′l,HH″i;

步骤S42:根据密钥文件,生成混沌序列,并根据公式(9)生成解密序列Bl,且根据公式(10)进行归一化和整数化的到norBl;

步骤S43:根据公式(12),将归一化的序列norBl按照从小到大的顺序排序,得到用来解密的位置序列Indexl;

步骤S44:利用位置序列Indexl,根据公式(14),对一维序列LL″l,LH′l,HL′l,HH″l进行位置恢复,得到LL′l,LHl,HLl,HH′l:步骤S45:计算出最小值序列Minl和最大值序列Maxl,根据公式(15),对LL′l进行解密,得到解密值LLl:

LLl=mod(LL′l‑norBl‑Minl,Maxl‑Minl)    (15);

对于LLl<Minl的元素,根据公式(16),进行再次修正:LLl=LLl+Maxl‑Minl,while LLl<Minl    (16);

步骤S46:根据公式(9)从混沌系统得到的序列中抽选长度为m×n的序列Ai,并根据公式(10)对其进行归一化和整数化,得到位置序列norAl:步骤S47:根据公式(11)扫描小波分量中norAl对应的位置,根据公式(17),得到隐藏的秘密信息Datal:

Datal=mod(HH′i,j,2)    (17);

步骤S48:根据恢复规则表和密钥中的RSl恢复原始HHi,j;

步骤S49:将各小波分量LLi,j,LHi,j,HLi,j,HHi,j进行整数小波重构,得到图像I。

2.根据权利要求1所述的基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于:步骤S11和步骤S31中的整数小波变换以及步骤S28和步骤S39中整数小波重构均使用基于提升方案的“haar”整数小波变换。

3.根据权利要求1所述的基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于:步骤S12中的混沌系统的系数取μ=11,以确保系统在区间[‑1,1]上趋向于满射。

4.根据权利要求1所述的基于整数小波变换的加密图像可逆信息隐藏方法,其特征在于:在步骤S34和步骤S45中,计算最小值序列Minl和最大值序列Maxl方法如下:首先,根据重构过程计算矩阵CM;

若原图像I经过整数小波分解得到LLi,j,LHi,j,HLi,j,HHi,j,重构得到的图像为RI;整数小波变换重构过程包含的公式如下:

其中 表示向上取整;对重构公式进行整合,则RI表示为LL与矩阵CM相加的形式,如公式(21)所示,每个LLi,j对应一个图像块{RI2i‑1,2j‑1,RI2i‑1,2j,RI2i,2j‑1RI2i,2j};

矩阵CM根据公式(18)(19)(20)和(21)计算得到;

然后计算矩阵Mini,j与Maxi,j;

其中,Mini,j是为了使LLi,j对应的图像块{RI2i‑1,2j‑1,RI2i‑1,2j,RI2i,2j‑1RI2i,2j}不出现下溢即像素值小于0的序列,计算公式如公式(22)所示:Mini,j=0‑min(CM2i‑1,2j‑1,CM2i‑1,2j,CM2i,2j‑1,CM2i,2j)    (22);

同样,Maxi,j是为了不出现上溢即像素值大于255的序列,计算公式如(23)所示:Maxi,j=256‑max(CM2i‑1,2j‑1,CM2i‑1,2j,CM2i,2j‑1,CM2i,2j)    (23);

使用两个矩阵对LLi,j进行限制,使得LLi,j∈[Mini,j,Maxi,j],即能确保LLi,j对应的图像块重构后像素不会溢出,将两矩阵转换为一维序列即得到最小值序列Minl和最大值序列Maxl。