一种基于LSB的图像信息隐藏方法及相关产品

一种基于lsb的图像信息隐藏方法及相关产品
技术领域
1.本发明涉及图像信息隐藏技术领域，尤其涉及一种基于lsb的图像信息隐藏方法及相关产品。


背景技术：

2.随着通信的网络化和数据的数字化，信息安全变得越来越重要。将图像作为载体来隐藏信息是一种较为普遍且实用的方式。例如版权问题等，对于常用的rgb值作为色彩模型的图像类型有bmp、png等，而这种类型图像的具体结构是：一幅数字图像可以用二维矩阵的形式表示，一个像素值表示的是一个像素的颜色信息，通常使用的是unit8的形式表示，而根据数字图像采用的颜色数，又可以分为不同的位数，例如2位，8位，24位，图像中每个像素点的一个颜色值的某一位共同构成的一个新的二值图像，通常称为一个位平面图像。一般定义从图像的第0个位平面到第7个位平面依次为最不重要位平面到最重要位平面，而第0个平面被称为最低有效位lsb(least significant bits)，第7个平面被称为最高有效位msb。而对msb之后到最后几个不重要的平面进行修改，对图像产生的影响非常的小，人的肉眼几乎无法分辨，所以可以利用人的视觉冗余来隐藏信息。
3.但是，基于lsb隐藏信息时，是直接将载体图像的像素值的bit值替换，或者是直接用隐藏信息与载体图像像素值的bit值做异或运算来隐藏，但是这样的规律性太强，不存在随机性，会很容易发现所隐藏信息的相关内容，易被察觉；隐藏的算法容易发现规律，容易被攻击者识破，导致隐藏的效果不佳。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于lsb的图像信息隐藏方法及相关产品，其目的在于利用矩阵的特有规律性对不符合要求的比特值进行修改，使得图像信息隐藏具有一定的随机性，不易被察觉和攻击。
5.主要通过以下技术方案实现上述发明目的：
6.第一方面，一种基于lsb的图像信息隐藏方法，包括以下步骤：
7.提取载体图像的rgb值，将每个rgb值的最后三个bit值按规则排列成3*3的矩阵，将所述矩阵中每三个元素组成一个元素组，每个元素组内的元素之间进行异或运算，得到每个元素组对应的结果值；
8.将所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值进行比较，若所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同，则将所述结果值所对应的元素组的元素记为目标元素，按照一定规则将所述目标元素进行取反操作，直至所述结果值与所述目标信息的bit值全部相同，完成全部所述目标信息的隐藏。
9.第二方面，一种基于lsb的图像信息隐藏装置，包括：
10.rgb值提取模块：提取载体图像的rgb值；
11.矩阵模块：接收所述rgb值提取模块发送的载体图像的rgb值，将每个rgb值的最后
三个bit值按规则排列成3*3的矩阵，并将所述矩阵发送给异或运算模块进行异或运算；
12.异或运算模块：将所述矩阵中每三个元素组成一个元素组，每个元素组内的元素之间进行异或运算，将得到的每个元素组对应的结果值发送给比较模块；
13.隐藏处理模块：包括比较单元和取反单元，所述比较单元将所述结果值与预先存储的需要被隐藏的目标信息的bit值进行比较，若所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同，则将所述结果值所对应的元素组的元素记为目标元素；所述取反单元按照一定规则将所述目标元素进行取反操作，直至所述结果值与所述目标信息的bit值全部相同，完成全部所述目标信息的隐藏。
14.第三方面，一种基于lsb的图像信息隐藏设备，所述设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种基于lsb的图像信息隐藏方法的部分或全部步骤。
15.第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种基于lsb的图像信息隐藏方法的部分或全部步骤。
16.相较于现有技术的有益效果：
17.本发明通过将载体图像的每个rgb值的最后三个bit值按规则排列成3*3的矩阵，将矩阵中每三个元素组成一个元素组，每个元素组内的元素之间进行异或运算，得到每个元素组对应的结果值；将所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值进行比较，若所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同，则将所述结果值所对应的元素组的元素记为目标元素，利用矩阵的特有规律性对不符合要求的目标元素进行取反操作，直至所述结果值与所述目标信息的bit值全部相同，完成全部所述目标信息的隐藏，这样使得图像信息隐藏具有一定的随机性，不易被察觉和攻击，显著提高了基于lsb算法进行图像信息隐藏的效果和安全性。
附图说明
18.图1示出了本发明一种基于lsb的图像信息隐藏方法的流程示意图；
19.图2示出了本发明中3*3矩阵图；
20.图3示出了本发明一种基于lsb的图像信息隐藏装置的结构示意图；
21.图4示出了本发明一种基于lsb的图像信息隐藏设备的结构示意图。
具体实施方式
22.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
23.本发明公开了一种基于lsb的图像信息隐藏方法，包括：提取载体图像的rgb值，将每个rgb值的最后三个bit值按规则排列成3*3的矩阵，将所述矩阵中每三个元素组成一个元素组，每个元素组内的元素之间进行异或运算，得到每个元素组对应的结果值；将所述结
果值与需要被隐藏的目标信息的bit值进行比较，若所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同，则将所述结果值所对应的元素组的元素记为目标元素，按照一定规则将所述目标元素进行取反操作。其中按照一定规则将所述目标元素进行取反是以修改矩阵中最少数量的元素为原则，统计所述目标元素所涉及的第一比较次数，按照所述第一比较次数从多到少的顺序取反对应的目标元素，所述第一比较次数为所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同的比较次数，若所述目标元素所涉及的第一比较次数相同，则统计所述目标元素所涉及的第二比较次数，按照所述第二比较次数从少到多的顺序取反对应的目标元素，所述第二比较次数为所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值相同的比较次数。若所述目标元素所涉及的第一比较次数和第二比较次数均相同，则按照所述目标元素在所述矩阵中的位置从左到右以及从上往下的顺序取反对应的目标元素。直至所述结果值与所述目标信息的bit值全部相同，完成全部所述目标信息的隐藏。需要说明的是，上述过程属于嵌入秘密信息的步骤，提取秘密信息时只需按照嵌入秘密信息的逆向步骤即可恢复秘密信息。
24.本发明利用矩阵的特有规律性对不符合要求的目标元素进行取反操作，针对不符合要求的比特值进行修改，这样使得图像信息隐藏具有一定的随机性，不易被察觉和攻击，显著提高了基于lsb算法进行图像信息隐藏的效果和安全性。同时，隐藏方式需要修改载体图像的像素值bit值过多，导致隐藏信息滞后，载体图像被发现异常的可能性增加，因此本发明实施例中以修改矩阵中最少数量的元素为原则将所述目标元素进行取反，降低了修改载体图像的bit值的数量，隐藏信息的数量也并没有因此降低，显著提高了基于lsb算法来进行秘密信息的隐藏效果。现有技术中由于在使用基于lsb算法隐藏信息时，是直接将载体图像的像素值的bit值替换，或者是直接用隐藏信息与载体图像像素值的bit值做异或运算来隐藏，但是这样的规律性太强，在直接提取值这么bit值组合后发现其规律，而导致隐藏失败。因此本发明在隐藏信息的时候做到了隐藏秘密的随机性，降低了载体图像的数据修改量，进而提高了隐藏信息的安全性和降低了图像的失真度。
25.下面以一张m*n的unit8的形式表示且位数为24位的载体图像x(m为宽，n为高)为例进行说明。设秘密信息为sj个比特值(0≤j＜k,k为秘密信息的总长度)，即需要被隐藏的目标信息的bit值。
26.实施例一
27.如图1所示，本发明实施例公开了一种基于lsb的图像信息隐藏方法，包括以下步骤：
28.步骤1：提取上述载体图像x的li个rgb值，其中0≤i＜m*n。
29.步骤2：标记每个字节中所有比特值的序号。
30.每个rgb值由三个字节构成，即r值、g值、b值，共24个bit值，将每个字节中比特值的序号记为b(0≤b≤7)，按照从右至左依次从小到大标记每个字节中所有比特值的序号，例如：l
(i，2)
表示的是载体图像x第i个字节的倒数第三个bit值。
31.步骤3：将每个rgb值中的三个分量(即分别为r、g、b三个字节)中b＝0，b＝1，b＝2的bit值提取出来，依次从左至右，从上往下的三个bit值为一排，构成3*3的矩阵，如图2所示。
32.步骤4：将所述矩阵中每三个元素组成一组构成一条线，构成得到6条线：
33.线1：由元素l
(i+2,2)
、l
(i+1，1)
、l
(i，0)
构成。
34.线2：由元素l
(i,2)
、l
(i,1)
、l
(i，0)
构成。
35.线3：由元素l
(i+1,2)
、l
(i+1,1)
、l
(i+1,0)
构成。
36.线4：由元素l
(i+2,2)
、l
(i+2,1)
、l
(i+2,0)
构成。
37.线5：由元素l
(i,2)
、l
(i+1,1)
、l
(i+2,0)
构成。
38.线6：由元素l
(i,0)
、l
(i+1,0)
、l
(i+2,0)
构成。
39.步骤5：每组内的元素之间进行异或运算，得到结果值c
(m,n)
，其中0≤m≤k/6,1≤n≤6，m表示第几个矩阵，n表示矩阵中第几条线，即第几组)。
40.步骤6：将得到的结果值c
(m,n)
与需要被隐藏的比特值s
(j＝m*6+n)
进行比较，若c
(m,n)
＝s
(j＝m*6+n)
则满足要求，若c
(m,n)
≠s
(j＝m*6+n)
则不满足要求。
41.步骤7：统计第n条线上l
(i，b)
元素被c
(m,n)
≠s
(j＝m*6+n)
线经过的数量，记为m
(m,n)
；被c
(m,n)
＝s
(j＝m*6+n)
线经过的数量，记为n
(m,n)
。
42.步骤8：按照m
(m,n)
值从大到小的顺序将l
(i，b)
值取反。
43.步骤9：若m
(m,n)
值相同，则比较n
(m,n)
的值，按照n
(m,n)
值从小到大的顺序将l
(i，b)
值取反。
44.步骤10：若m
(m,n)
值与n
(m,n)
值均相同，则按照在矩阵中的位置从左至右，从上往下的优先级顺序将l
(i，b)
值取反。
45.每取反一次l
(i，b)
就重复步骤7～10，直到所有线(即线1～6)都满足c
(m,n)
＝s
(j＝m*6+n)
。
46.步骤11：重复执行步骤1～10，直到所有需要隐藏的信息隐藏完毕。
47.实施例二
48.如图3所示，公开了一种基于lsb的图像信息隐藏装置，包括：
49.rgb值提取模块：提取载体图像的rgb值；
50.矩阵模块：接收所述rgb值提取模块发送的载体图像的rgb值，将每个rgb值的最后三个bit值按规则排列成3*3的矩阵，并将所述矩阵发送给异或运算模块进行异或运算；
51.异或运算模块：将所述矩阵中每三个元素组成一个元素组，每个元素组内的元素之间进行异或运算，将得到的每个元素组对应的结果值发送给比较模块；
52.隐藏处理模块：包括比较单元和取反单元，所述比较单元将所述结果值与预先存储的需要被隐藏的目标信息的bit值进行比较，若所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同，则将所述结果值所对应的元素组的元素记为目标元素；所述取反单元按照一定规则将所述目标元素进行取反操作，直至所述结果值与所述目标信息的bit值全部相同，完成全部所述目标信息的隐藏。
53.在一个优选地实施例中，所述取反单元具体用于：统计所述目标元素所涉及的第一比较次数，按照所述第一比较次数从多到少的顺序取反对应的目标元素，所述第一比较次数为所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同的比较次数。
54.在一个优选地实施例中，所述取反单元具体用于：若所述目标元素所涉及的第一比较次数相同，则统计所述目标元素所涉及的第二比较次数，按照所述第二比较次数从少到多的顺序取反对应的目标元素，所述第二比较次数为所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值相同的比较次数。
55.在一个优选地实施例中，所述取反单元具体用于：若所述目标元素所涉及的第一比较次数和第二比较次数均相同，则按照所述目标元素在所述矩阵中的位置从左到右以及从上往下的顺序取反对应的目标元素。
56.需要说明的是，本发明实施例一种基于lsb的图像信息隐藏装置是对应上述实施例一种基于lsb的图像信息隐藏方法，在所述一种基于lsb的图像信息隐藏装置中还包括若干单元，用于对应上述一种基于lsb的图像信息隐藏方法的相应步骤，实现相应的功能。由于上述实施例中已经对一种基于lsb的图像信息隐藏方法的步骤进行了详细的说明，故在此装置中不再赘述。
57.实施例三
58.如图4所示，公开了一种基于lsb的图像信息隐藏设备，所述设备4包括存储器41、处理器42以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器42上运行的计算机程序43，所述处理器42执行所述计算机程序43时实现一种基于lsb的图像信息隐藏方法的部分或全部步骤。
59.实施例四
60.公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种基于lsb的图像信息隐藏方法的部分或全部步骤。
61.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必需的。
62.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
63.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
64.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
65.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
66.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或
者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
67.本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：read-only memory，简称：rom)、随机存取器(英文：random access memory，简称：ram)、磁盘或光盘等。
68.以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种基于lsb的图像信息隐藏方法，其特征在于，包括以下步骤：提取载体图像的rgb值，将每个rgb值的最后三个bit值按规则排列成3*3的矩阵，将所述矩阵中每三个元素组成一个元素组，每个元素组内的元素之间进行异或运算，得到每个元素组对应的结果值；将所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值进行比较，若所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同，则将所述结果值所对应的元素组的元素记为目标元素，按照一定规则将所述目标元素进行取反操作，直至所述结果值与所述目标信息的bit值全部相同。2.如权利要求1所述的一种基于lsb的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述按照一定规则将所述目标元素进行取反操作，具体包括：统计所述目标元素所涉及的第一比较次数，按照所述第一比较次数从多到少的顺序取反对应的目标元素，所述第一比较次数为所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同的比较次数。3.如权利要求2所述的一种基于lsb的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述目标元素所涉及的第一比较次数相同，则统计所述目标元素所涉及的第二比较次数，按照所述第二比较次数从少到多的顺序取反对应的目标元素，所述第二比较次数为所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值相同的比较次数。4.如权利要求3所述的一种基于lsb的图像信息隐藏方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述目标元素所涉及的第一比较次数和第二比较次数均相同，则按照所述目标元素在所述矩阵中的位置从左到右以及从上往下的顺序取反对应的目标元素。5.一种基于lsb的图像信息隐藏装置，其特征在于，包括：rgb值提取模块：提取载体图像的rgb值；矩阵模块：接收所述rgb值提取模块发送的载体图像的rgb值，将每个rgb值的最后三个bit值按规则排列成3*3的矩阵，并将所述矩阵发送给异或运算模块进行异或运算；异或运算模块：将所述矩阵中每三个元素组成一个元素组，每个元素组内的元素之间进行异或运算，将得到的每个元素组对应的结果值发送给比较单元；隐藏处理模块：包括比较单元和取反单元，所述比较单元将所述结果值与预先存储的需要被隐藏的目标信息的bit值进行比较，若所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同，则将所述结果值所对应的元素组的元素记为目标元素；所述取反单元按照一定规则将所述目标元素进行取反操作，直至所述结果值与所述目标信息的bit值全部相同。6.如权利要求5所述的一种基于lsb的图像信息隐藏装置，其特征在于，所述取反单元具体用于：统计所述目标元素所涉及的第一比较次数，按照所述第一比较次数从多到少的顺序取反对应的目标元素，所述第一比较次数为所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同的比较次数。7.如权利要求6所述的一种基于lsb的图像信息隐藏装置，其特征在于，所述取反单元具体用于：若所述目标元素所涉及的第一比较次数相同，则统计所述目标元素所涉及的第二比较次数，按照所述第二比较次数从少到多的顺序取反对应的目标元素，所述第二比较
次数为所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值相同的比较次数。8.如权利要求7所述的一种基于lsb的图像信息隐藏装置，其特征在于，所述取反单元具体用于：若所述目标元素所涉及的第一比较次数和第二比较次数均相同，则按照所述目标元素在所述矩阵中的位置从左到右以及从上往下的顺序取反对应的目标元素。9.一种基于lsb的图像信息隐藏设备，所述设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～4任一项所述的一种基于lsb的图像信息隐藏方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～4任一项所述的一种基于lsb的图像信息隐藏方法的步骤。

技术总结
本发明涉及图像信息隐藏技术领域，公开了一种基于LSB的图像信息隐藏方法及相关产品，所述方法通过将载体图像的每个RGB值的最后三个bit值按规则排列成3*3的矩阵，将矩阵中每三个元素组成一个元素组，每个元素组内的元素之间进行异或运算，得到每个元素组对应的结果值；将所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值进行比较，若所述结果值与需要被隐藏的目标信息的bit值不相同，则将所述结果值所对应的元素组的元素记为目标元素，利用矩阵的特有规律性对目标元素进行取反操作，直至所述结果值与所述目标信息的bit值全部相同，这样使得图像信息隐藏具有一定的随机性，不易被察觉和攻击，显著提高了基于LSB算法进行图像信息隐藏的效果和安全性。隐藏的效果和安全性。隐藏的效果和安全性。


技术研发人员：唐聃 李越 黎聪 蔡红亮
受保护的技术使用者：成都信息工程大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/14