一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法

1.本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法。


背景技术：

2.互联网的飞速发展使人们可以快速、方便地获取信息。然而，大量数据的传输却面临着信息的泄露和篡改，从而引发了各种网络安全问题。加密技术通过加密和解密提供秘密信息的保护，但加密后的乱码信息会吸引黑客的注意力，一旦密文被解密，其内容是完全透明的。相反，信息隐藏技术通过将秘密信息嵌入公开载体(如图像)中，保证了传输过程的隐蔽性。在秘密数据提取后，载体图像会出现不同程度的失真。而在某些特定领域，如军事情报、医疗诊断、版权保护和证据保护场景下，既要求保护秘密数据，也要保护原始载体的完整性。因此，提取正确信息和精确恢复载体图像同等重要。可逆数据隐藏技术的出现正好解决了上述难题。
3.传统的可逆信息隐藏技术主要分为差值扩展和直方图平移两大类，这两种方法奠定可逆信息隐藏技术的基础。随着研究的深入，双图像可逆信息隐藏因更可靠的安全性和探索出更大的嵌入容量而发展起来。其特点在于，发送方会生成两张含密图像，分别传输给两个不同的接收方，而只有当两张含密图像互相配合时才可以提取出正确的秘密信息和恢复载体，仅一张含密图像不能完整地提取信息，更不能恢复载体。目前，双图像可逆信息隐藏方法主要有参考矩阵方法、中心折叠方法、方向组合方法等。上述方法中，在一定的嵌入容量下，图像视觉质量还有很大的提升空间。同时，安全性也需要进一步增强。


技术实现要素：

4.本发明针对传统双图像可逆信息隐藏方法隐藏容量低、图像失真较大、安全性低等问题，提出一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，不仅在嵌入容量较大的情况下改善了图像视觉质量，也在容量很小的情况下具有很强的图像高保真效果，同时信息传输的安全性得到了提升。
5.本发明采用如下技术方案：
6.一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，预处理阶段包括以下步骤：
7.s1、将一张原始载体图像ci复制两份，得到两张初始含密图像，记为mi
10
和mi
20
。
8.s2、建立尺寸大小为256
×
256的数独参考矩阵m，它的横坐标和纵坐标分别表示0～255像素值；数独参考矩阵m包含了诸多个完整的9
×
9大小的数独矩阵，而每个数独矩阵包括1个3
×
3的中心块和围绕它的8个3
×
3的边缘块；每个中心块有9个小格子，将每个小格子根据光栅扫描顺序依次用标签“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”来标记；每个数独矩阵包含以下特性：数字0～8在数独矩阵的每一列、每一行分别仅出现一次；数字0～8在每个3
×
3的中心块和边缘块中分别仅出现一次。
9.s3、预处理秘密信息，将二进制随机比特串的秘密信息分割成每6个比特一组，每组转为2个八进制秘密数字。
10.一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，秘密信息的嵌入过程包括以下步骤：
11.s4、设定距离阈值d，将原始载体图像ci连续相邻的两个像素值xi和x
i+1
组建为一对像素值(xi,x
i+1
)，将这对像素值(xi,x
i+1
)映射到数独参考矩阵m上，由分块矩阵映射规则，根据需要的嵌入容量p，建立量化失真模型；所述中心块和边缘块统称为分块矩阵。
12.s5、根据所述的量化失真模型，自适应确定出最优的距离阈值d
opt
。
13.s6、根据确定出的最优距离阈值d
opt
，可以确定最优的嵌入策略，即按照分块矩阵映射规则，光栅扫描原始载体图像ci的每对像素值(xi,x
i+1
)，根据所述的最优嵌入策略，分别嵌入秘密数字，生成两对像素值，记为(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)，直到所有信息嵌入完毕，最终生成两个和原始载体图像ci非常相似的含密图像mi1和mi2。
14.一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，提取信息和恢复原始载体图像包括以下步骤：
15.s7、两个接收端建立和发送端相同的数独参考矩阵m。
16.s8、两个接收端分别收到含密图像mi1和mi2，将连续的两个像素值组建为一对像素值；复制含密图像mi1，记为ci
′
；光栅扫描mi1和mi2的每对像素值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)，对比这两对像素值，若它们完全一致，则表示原始像素对没有被用来隐藏信息，原始载体图像的像素对值(xi,x
i+1
)与当前两对像素对的值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
）相等；否则，原始载体图像的像素对值(xi,x
i+1
）被嵌入了秘密信息，将像素对值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)映射到数独参考矩阵m上，对应的两个数字即为秘密数字，并根据分块矩阵映射规则，可以唯一确定当前两对像素对(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)的位置关系，从而恢复原始载体图像的像素对值(xi,x
i+1
)。
17.s9、重复s8，遍历含密图像mi1和mi2的所有像素对值(yi,y
i+1
）和(zi,z
i+1
)，可以确定出ci
′
的所有像素对值，得到原始载体图像ci＝ci
′
；将提取的秘密数字转为二进制比特串，即为原始秘密信息。
18.进一步地，所述步骤s4中，分块矩阵映射规则具体方法为：
19.将原始载体图像ci的一对像素值(xi,x
i+1
）映射到数独参考矩阵m上，其具体位置对应在一个中心块的标记有标签的小格子里，记为m(xi,x
i+1
)；分块矩阵的映射规则表示为{label,block}，其中label表示标签号，block表示在此3
×
3的分块矩阵里藏入第一个数字；规定第二个数字总是隐藏在某中心块里；若m(xi,x
i+1
)对应的标签号为“1”，则嵌入规则为{“1”,block1}；若m(xi,x
i+1
)对应的标签号为“2”，则嵌入映射为{“2”,block2}；相应地，其他嵌入规则与上述一致，标签“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”的映射规则分别为{“3”,block3}、{“4”,block4}、{“5”,block5}、{“6”,block6}、{“7”,block7}、{“8”,block8}、{“9”,block9}。
20.进一步地，所述步骤s4中，建立量化失真模型具体包括：
21.根据分块矩阵映射规则，设定距离阈值的初始值d，通过映射原始像素对值(xi,x
i+1
)找到对应的标签，在该标签对应的两个3
×
3的分块矩阵中找到当前需要嵌入的两个八进制数字；分别计算当前第一个数字的位置坐标到该标签坐标(xi,x
i+1
)的距离和第二个数字的位置坐标到该标签坐标(xi,x
i+1
)的距离，总距离d根据公式(1)计算：
[0022][0023]
其中和分别表示第一个数字和第二个数字的位置坐标；若距离d超过设定的距离阈值d，则该原始载体图像的像素对(xi,x
i+1
)不藏入信息，若距离d小于等于该距离阈值，修改像素对值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)为两个待藏入的数字的位置坐标和此过程可以表示为：
[0024][0025][0026]
分别计算mi1和mi2的嵌入失真ed，再计算它们的平均值直到在达到需要的嵌入容量的条件下，嵌入失真的平均值达到最小的误差范围内；嵌入失真ed通过公式(4)计算：
[0027][0028]
其中h
×
w表示载体图像的像素尺寸大小，x
mn
和y
mn
分别是原始载体图像和嵌入秘密信息修改后的每个像素值。
[0029]
由此，对于给定的嵌入容量p，量化失真模型以最小化为目标，p≤ec为约束条件，如下式(5)所示：
[0030][0031]
其中，ec表示在设定的距离阈值下能够达到的嵌入容量。
[0032]
根据量化失真模型可以确定最优的距离阈值d
opt
，从而确定最优的嵌入策略。
[0033]
进一步地，所述步骤s6中，根据量化失真模型可以确定最优的距离阈值d
opt
，从而确定最优的嵌入策略。最优的嵌入策略具体包括：
[0034]
得到最优的距离阈值d
opt
后，将原始载体图像ci的一对像素值(xi,x
i+1
)映射到数独矩阵m上，其具体位置对应在一个中心块的小格子里，记为m(xi,x
i+1
)，根据分块矩阵映射规则，在对应的分块矩阵中找到当前需要嵌入的两个八进制数字；根据公式(1)计算这两个数字的位置坐标到原始载体图像的像素对值(xi,x
i+1
)的总距离d，若距离d超过设定的最优距离阈值d
opt
，则该原始载体图像的像素对值(xi,x
i+1
)不藏入信息，两个含密图像的像素对值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)和原始像素对(xi,x
i+1
)相同，保持不变；若距离d小于等于该最优距离阈值d
opt
，两个待藏入的数字的位置坐标和即为两个新像素对的值，此过程表示为式子(6)和(7)：
[0035][0036]
[0037]
光栅扫描原始载体图像ci的像素对值(xi,x
i+1
)，重复以上操作直到所有秘密信息被嵌入，即可确定两个含密图像mi1和mi2的每对像素对值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)，从而生成两个完整的含密图像mi1和mi2。
[0038]
进一步地，所述步骤s6中，嵌入过程包括两种特殊嵌入情形：
[0039]
若边界像素范围是[0,2]或[252,255]，不藏入信息。
[0040]
若m(xi,x
i+1
)对应的标签是5且待藏入的两个八进制数字相等，则在中心块找到数字8的位置，将其坐标赋值给mi2的像素对(zi,z
i+1
)。
[0041]
进一步地，所述步骤s9中，提取秘密数字方法还包括一种特殊情形，
[0042]
如果提取到的第二个数字是8，则将数字8更改为第一个数字。
[0043]
与现有的方法相比，本发明具有的有益效果：
[0044]
本发明通过自适应选出最优的距离阈值使得图像失真最小化，很大程度提升了图像视觉质量；并且，接收端不需要知道距离阈值等额外信息，只需要判断两个含密图像的像素对是否相等就可以准确判断是否藏有秘密信息，从而提取完整的秘密信息和无损恢复载体图像，其操作非常简便实用。本发明通过择优选择像素对来进行自适应嵌入，使得攻击者在得到一个含密图像的情形下，不能提取出任何信息，更不能恢复载体，而传统的按顺序嵌入方法却能够提取出一半的信息量。此外，接收端不需要事先知晓秘密信息量的大小就可以判断出数据何时提取完成。本发明还可以有效抵抗rs分析，pdh分析等隐写分析算法。因此，本发明有效地提升了信息传输的安全性。
附图说明
[0045]
图1为本发明的方法流程图；
[0046]
图2为本发明实施例所提供的数独参考矩阵示意图；
[0047]
图3为本发明实施例所提供数独矩阵的中心块位置标签示意图；
[0048]
图4为本发明实施例所提供的分块矩阵映射规则图；
[0049]
图5为采用本发明提出的方法得到的psnr性能效果对比图；
[0050]
图6为采用本发明提出的方法抵御rs分析的结果图；
[0051]
图7为采用本发明提出的方法抵御pdh分析的结果图。
具体实施方式
[0052]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施例方式作进一步地详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术实施例保护的范围。
[0053]
本发明实施例给出一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法。图1为本发明实施例所提供的基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法的流程图。如图1所示，假设秘密信息为{110100000011100100110101
…
},按照光栅扫描的顺序，原始载体图像ci的像素对值(xi,x
i+1
)依次为{(2,252),(9,9),(10,10),(10,10),(11,11)
…
},预处理阶段包括以下步骤：
[0054]
s1、将一个原始载体图像ci复制得到两个初始含密图像，记为mi
10
和mi
20
。
[0055]
s2、如图2所示，建立尺寸大小为256
×
256的数独参考矩阵m，它的横坐标和纵坐标分别表示0～255像素值；数独参考矩阵m包含诸多个数独矩阵，每个数独矩阵的大小为9
×
9；如图3所示，每个中心块有9个小格子，将每个小格子根据光栅扫描顺序依次用标签“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”来标记。
[0056]
s3、将上述秘密信息分割成每6个比特一组，每组转为2个八进制数字；即{6,4,0,3,4,4,6,5,
…
}。
[0057]
秘密信息的嵌入包括以下步骤：
[0058]
s4、设定初始距离阈值d＝1.50，将原始载体图像ci的一对像素值(xi,x
i+1
)映射到数独参考矩阵m上，如图4所示，根据分块矩阵映射规则，每次嵌入两个秘密数字，根据需要的嵌入容量p，建立量化失真模型，根据公式(1)计算当前两个八进制数字的位置坐标到原始像素对值(xi,x
i+1
)的总距离d：
[0059][0060]
其中和分别表示两个数字的位置坐标；若距离d超过设定的距离阈值d，则该原始载体图像的像素对(xi,x
i+1
)不藏入信息，若距离d小于等于该距离阈值，修改像素对值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
）为两个待藏入的数字的位置坐标和
[0061]
s5、进一步地，对于给定的嵌入容量p，量化失真模型以最小化为目标，p≤ec为约束条件，如下式(2)所示：
[0062][0063]
其中，ec表示在设定的距离阈值下能够达到的嵌入容量。
[0064]
根据量化失真模型可以确定最优的距离阈值d
opt
，从而确定最优的嵌入策略。
[0065]
s6、假设得到的最优距离阈值d
opt
＝3.00，最优嵌入策略的具体步骤包括：(2,252）是边界像素，因此，不藏入信息。
[0066]
m(9,9)对应的标签是“1”，根据待藏入的数字6和4，在相应的矩阵里找到两个数字的位置，计算此时，将两个含密图像mi1和mi2的第二组像素对值(yi,y
i+1
）和(zi,z
i+1
)改为(8,7)和(9,9)；扫描下一个像素对(xi,x
i+1
)。
[0067]
m(10,10)对应的标签是“5”，嵌入规则为{“5”,block5}，根据待藏入的数字0和3，在相应的矩阵里找到两个数字的位置，计算d＝2《3.00，此时，将两个含密图像mi1和mi2第三组像素对值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)改为(11,10)和(10,11)；扫描下一个像素对(xi,x
i+1
)。
[0068]
原始载体图像的第四组像素对也是(10,10)，m(10,10)对应的标签是“5”，根据待藏入的数字4和4，在相应的矩阵里找到数字4的位置，计算此时，由于待藏入的数字相等且m(10,10)对应标签5，将第二个数字改为8，所以两个含密图像mi1和mi2第四组像素对值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)改为(9,9)和(9,10)；扫描下一个像素对(xi,x
i+1
)。
[0069]
m(11,11)对应的标签是“9”，根据待藏入的数字6和5，在相应的矩阵里找到两个数字的位置，计算继续扫描下一个像素对，直到数字6和5被嵌入，接着扫描像素对直到所有信息嵌入完毕，最终生成两张和原始载体图像ci非常相似的含密图像mi1和mi2。
[0070]
提取秘密信息和恢复原始载体图像过程，具体步骤为：
[0071]
s7、两个接收端分别建立和发送端相同的数独参考矩阵m。
[0072]
s8、两个接收端分别收到两个含密图像mi1和mi2，它们的像素对值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)，分别为{(2,252),(8,7),(11,10),(9,9),(11,11)
…
}，{(2,252),(9,9)(10,11),(9,10),(11,11)
…
}；复制含密图像mi1，记为ci
′
。
[0073]
两个含密图像mi1和mi2的第一组像素对(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)都是(2,252)，不提取数字，原始载体图像ci的像素对值(xi,x
i+1
)也是(2,252)；根据分块矩阵的映射规则，通过(8,7)和(9,9)可以提取出秘密数字6和4，因为(8,7)和(9,9)的位置关系属于{“1”,block1}，可恢复出原始载体图像ci的像素对值(xi,x
i+1
)为(9,9)；通过(11,10)和(10,11)提取出秘密数字0和3，因为(11,10)和(10,11)都在中心块，可恢复出原始载体图像ci的像素对值(xi,x
i+1
)为(10,10)；通过(9,9)和(9,10)提取出秘密数字4和8，将数字8变为数字4，因为(9,9)和(9,10)也在中心块，所以恢复出原始载体图像ci的像素对值(xi,x
i+1
)为(10,10)；由于两个含密图像mi1和mi2的第五对像素值(yi,y
i+1
)和(zi,z
i+1
)均为(11,11)，则不提取数字，原始载体图像ci的像素对值(xi,x
i+1
)也是(11,11)。
[0074]
s9、重复s8，直到遍历完两个含密图像mi1和mi2的所有像素对，恢复ci
′
的所有像素对，即得到原始载体图像ci；将提取的秘密数字{6,4,0,3,4,4,6,5,
…
}转为二进制比特串{110100000011100100110101
…
}，即为原始秘密信息。
[0075]
本发明方法的实验选用了usc-sipi数据库中的7张标准512
×
512大小的灰度图片lena、baboon、airplane、barbara、lake、boat、peppers和5张从互联网下载512
×
512大小的图片cartoon、wolf、bird、street、home进行了实验。图5是采用本发明提出的方法对四张不同的图像进行实验(其中图5左图是第二张含密图像mi2的实验结果，右图是第一张含密图像mi1的实验结果)，得到的两张含密图像的峰值信噪比psnr性能效果对比图，psnr根据公式(3)和(4)计算：
[0076][0077][0078]
其中h
×
w表示载体图像的像素尺寸大小，x
mn
和y
mn
分别是原始载体图像和含密图像的像素值。
[0079]
分析第二张含密图像mi2，在嵌入率小于等于0.6(bitperpixel)bpp的情况下，本发明方法的psnr不低于文献[2]和[3]，但是文献[2]和[3]最大嵌入率仅有1.0bpp和1.07bpp，而本发明的嵌入率可达到1.5bpp；相比于文献[4]，本方法的psnr在嵌入率为0.5bpp、1.0bpp、1.5bpp下，psnr分别提升了7.79db,6.06db和4.70db；分析第一张含密图像mi1，在嵌入率小于等于0.3bpp的情况下，本方法的psnr一直保持最高水平，在嵌入率为1.5bpp情况下仍然比文献[4]平均高0.73db。
[0080]
下表1为本发明的方法在小容量情况下与其他三个方法[5]、[6]、[7]的psnr性能比较数据，可以看出，本发明在负载很小的情况下，psnr均表现出明显的优势。
[0081]
表1
[0082][0083]
图6为采用本发明方法测试lena图像得到的rs分析图，取掩码算子m＝{1，0，0，1}，对以相邻的四个像素为一组的像素组g，利用翻转函数fm和f-m
进行翻转操作，同等程度增加了图像块的混乱程度，即在相同嵌入容量占比下，在fm作用下正则组占所有像素组的比例rm约等于在f-m
作用下正则组占所有像素组的比例r-m，在fm作用下奇异组占所有像素组的比例sm约等于在f-m
作用下奇异组占所有像素组的比例s-m，说明图像没有经过隐写，本发明可以有效抵抗rs分析。图7为采用本发明方法测试boat和peppers图像得到的pdh分析图，分别统计原始载体图像、含密图像的前后像素差值的频率，其直方图如图所示，由pdh分析得出，三张图像的前后像素差值直方图几乎重合，说明含密图像和原始载体图像非常相似，所以本发明可以有效抵抗pdh分析。
[0084]
参考文献：
[0085]
[1]huynh nt,bharanitharan k,chang cc.quadri-directional searching algorithm for secret image sharing using meaningful shadows.journal of visual communication and image representationapril 2015；28:105-12.
[0086]
[2]liu y,chang cc.a turtle shell-based visual secret sharing scheme with reversibility and authentication.multimedia tools and applications february 2018:1-16.
[0087]
[3]lin jy,chen y,chang cc,hu yc.dual-image-based reversible data hiding scheme with integrity verification using exploiting modification direction.multimedia tools andapplications 2019；78:25855-72.
[0088]
[4]chen xf；hong,c.an efficient dual-image reversible data hiding scheme based on exploiting modifification direction.j.inf.secur.appl.2021；58:102702.
[0089]
[5]lee cf,huang yl.reversible data hiding scheme based on dual stegano-images using orientation combinations.telecommunication systems july2013；52(4):2237-47.
[0090]
[6]chen xf,guo wl.reversible data hiding scheme based on fully exploiting the orientation combinations ofdual stego-images.international journal ofnetwork security march,2019.
[0091]
[7]lin jy,horng jh,chang cc,li yh.asymmetric orientation combination for reversible andauthenticable data hiding ofdual stego-images.symmetry apirl2022；14:819.
[0092]
以上所述仅为本发明的个别实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

技术特征：
1.一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将一张原始载体图像ci复制两份，得到两张初始含密图像，记为mi
10
和mi
20
；s2、建立数独参考矩阵m，横坐标和纵坐标分别表示0～255像素值；数独参考矩阵m包含多个的9
×
9大小的数独矩阵，每个数独矩阵包括1个3
×
3的中心块和围绕它的8个3
×
3的边缘块；所述中心块有9个格子，将每个格子根据光栅扫描顺序依次用标签“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”标记；s3、预处理秘密信息，将二进制随机比特串的秘密信息分割成每6个比特一组，每组转为2个八进制秘密数字；s4、设定距离阈值d，将原始载体图像ci连续相邻的两个像素值x
i
和x
i+1
组建为一对像素值(x
i
,x
i+1
)，并映射到数独参考矩阵m上，由分块矩阵映射规则，根据需要的嵌入容量p，建立量化失真模型；所述中心块和边缘块统称为分块矩阵；s5、根据所述的量化失真模型，确定出最优距离阈值d
opt
；s6、根据最优距离阈值d
opt
，确定最优的嵌入策略，即按照分块矩阵映射规则，光栅扫描原始载体图像ci的每对像素值(x
i
,x
i+1
)，根据最优的嵌入策略，分别嵌入秘密数字，生成两对像素值，记为(y
i
,y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)，直到所有信息嵌入完毕，最终生成两个含密图像mi1和mi2；s7、两个接收端建立和发送端相同的数独参考矩阵m；s8、两个接收端分别收到含密图像mi1和mi2，将含密图像mi1和mi2中连续的两个像素值组建为一对像素值；复制含密图像mi1，记为ci
′
；光栅扫描mi1和mi2的每对像素值(y
i
,y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)，对比这两对像素值，若完全一致，则表示原始像素对没有被用来隐藏信息，原始载体图像的像素对值(x
i
,x
i+1
)与当前两对像素对的值(y
i
,y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)相等；否则，原始载体图像的像素对值(x
i
,x
i+1
)被嵌入了秘密信息，将像素对值(y
i
,y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)映射到数独参考矩阵m上，对应的两个数字即为秘密数字，并根据分块矩阵映射规则，唯一确定当前两对像素对(y
i
,y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)的位置关系，从而恢复原始载体图像的像素对值(x
i
,x
i+1
)；s9、重复s8，遍历含密图像mi1和mi2的所有像素对值(y
i
,y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)，确定出ci
′
的所有像素对值，得到原始载体图像ci＝ci
′
；将提取的秘密数字转为二进制比特串，即为原始秘密信息。2.根据权利要求1所述的一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤s2中，所述数独矩阵中：数字0～8在数独矩阵的每一列、每一行分别仅出现一次；数字0～8在每个3
×
3的中心块和边缘块中分别仅出现一次。3.根据权利要求2所述的一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤s4中，所述分块矩阵映射规则具体如下：将原始载体图像ci的一对像素值(x
i
,x
i+1
)映射到数独参考矩阵m上，其具体位置对应在一个中心块的标记有标签的格子里，记为m(x
i
,x
i+1
)；分块矩阵的映射规则表示为{label,block}，其中label表示标签号，block表示在此3
×
3的分块矩阵里嵌入第一个数字；第二个数字总是隐藏在中心块里；若m(x
i
,x
i+1
)对应的
标签号为“1”，则嵌入规则为{“1”,block1}；若m(x
i
,x
i+1
)对应的标签号为“2”，则嵌入映射为{“2”,block2}；相应地，其他嵌入规则与上述一致，标签“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”的映射规则分别为{“3”,block3}、{“4”,block4}、{“5”,block5}、{“6”,block6}、{“7”,block7}、{“8”,block8}、{“9”,block9}。4.根据权利要求3所述的一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤s4中，所述建立量化失真模型具体过程如下：根据分块矩阵映射规则，通过映射像素对值(x
i
,x
i+1
)找到对应的标签，在该标签对应的两个3
×
3的分块矩阵中找到当前嵌入的两个八进制数字；分别计算当前第一个数字的位置坐标到该标签坐标(x
i
,x
i+1
)的距离和第二个数字的位置坐标到该标签坐标(x
i
,x
i+1
)的距离，总距离d根据公式(1)计算：其中和分别表示第一个数字和第二个数字的位置坐标；若距离d超过设定的距离阈值d，则该原始载体图像的像素对(x
i
,x
i+1
)不嵌入信息，若距离d小于等于该距离阈值，修改像素对值(y
i
,y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)为两个待嵌入的数字的位置坐标和此过程表示为：此过程表示为：分别计算mi1和mi2的嵌入失真ed，再计算平均值直到在达到嵌入容量的条件下，嵌入失真的平均值达到最小的误差范围内；嵌入失真ed通过公式(4)计算：其中h
×
w表示载体图像的像素尺寸大小，x
mn
和y
mn
分别是原始载体图像和嵌入秘密信息修改后的每个像素值；由此，对于给定的嵌入容量p，量化失真模型以最小化为目标，p≤ec为约束条件，如下式(5)所示：其中，ec表示在设定的距离阈值下能够达到的嵌入容量。5.根据权利要求4所述的一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤s6中，所述确定最优的嵌入策略具体包括如下过程：得到最优的距离阈值d
opt
后，将原始载体图像ci的一对像素值(x
i
,x
i+1
)映射到数独矩阵m上，其具体位置对应在一个中心块的格子里，记为m(x
i
,x
i+1
)，根据分块矩阵映射规则，在对应的分块矩阵中找到当前嵌入的两个八进制数字；根据公式(1)计算这两个数字的位置坐标到原始载体图像的像素对值(x
i
,x
i+1
)的总距离d，若距离d超过设定的最优距离阈值d
opt
，则该原始载体图像的像素对值(x
i
,x
i+1
)不嵌入信息，两个含密图像的像素对值(y
i
,
y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)和原始像素对(x
i
,x
i+1
)相同，保持不变；若距离d小于等于该最优距离阈值d
opt
，两个待嵌入的数字的位置坐标和即为两个新像素对的值，此过程表示为式子(6)和(7)：示为式子(6)和(7)：光栅扫描原始载体图像ci的像素对值(x
i
,x
i+1
)，重复以上操作直到所有秘密信息被嵌入，即确定两个含密图像mi1和mi2的每对像素对值(y
i
,y
i+1
)和(z
i
,z
i+1
)，从而生成两个含密图像mi1和mi2。6.根据权利要求5所述的一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤s6中，所述嵌入的过程中包括如下两种特殊嵌入情形：若边界像素范围是[0,2]或[252,255]，不嵌入信息；若m(x
i
,x
i+1
)对应的标签是5且待嵌入的两个八进制数字相等，则在中心块找到数字8的位置，将其坐标赋值给mi2的像素对(z
i
,z
i+1
)。7.根据权利要求6所述的一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，其特征在于，在步骤s9中，提取秘密秘密数字还包括一种特殊情形：如果提取到的第二个数字是8，则将数字8更改为第一个数字。

技术总结
本发明公开了一种基于数独矩阵的自适应双图像可逆信息隐藏方法，首先将一张原始载体图像复制两份，并建立数独参考矩阵。其次将二进制随机比特串的秘密信息分割成每6个比特一组，每组转为2个八进制秘密数字，将原始载体图像的一对像素值，映射到数独参考矩阵上，建立量化失真模型。然后根据量化失真模型，确定出最优距离阈值和最优嵌入策略，并生成两个含密图像。最后两个接收端建立和发送端相同的数独参考矩阵，恢复原始载体图像的像素对值，遍历含密图像的所有像素对值，将提取的秘密数字转为二进制比特串。本发明很大程度提升了图像视觉质量，操作非常简便实用，并且有效地提升了信息传输的安全性。信息传输的安全性。信息传输的安全性。


技术研发人员：常琪 张玉蓉 王慧 姚晔
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/9/23