基于模函数的像素值修正隐写术

© 2013年。出版社：Elsevier B.V.信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.comwww.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectIERI Procedia 4（2013）17 - 242013年电子工程与计算机科学国际会议基于模函数V. Nagaraja，Dr.诉Vijayalakshmib和博士。G. Zayarazc欧洲经委会系研究学者，本地治里工程学院，Puducherry-605014，印度b印度Puducherry本地治里工程学院c CSE系副教授Pondicherry Engineering College，Puducherry，印度摘要隐写术是实现安全保密通信的唯一途径。现有的图像隐写方法主要集中在增加秘密数据的嵌入容量。根据现有的方法，实验结果表明，一个秘密数字嵌入需要两个像素。在提高秘密数据嵌入量的方向上，提出了一种基于模函数的像素值修正方法。所提出的PVM方法可以在封面图像的一个像素上嵌入一个秘密数字。因此，所提出的PVM方法提供了良好的隐写图像的质量。实验结果表明，该方法可以获得较好的隐写图像视觉感知效果，同时具有较大的隐写图像秘密信息嵌入容量。© 2013作者。出版社：Elsevier B.V. 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：隐写术，像素值修改，像素值差分，三向像素值差分，数据隐藏，嵌入负载。1.介绍隐写术是将不可见的秘密信息嵌入到多媒体载体中进行通信的一门学问。隐写术的思想是隐藏嵌入数据的存在。尽管隐写术这个术语已经存在了几千年，但它的数字实践只是最近才出现的，并且在双塔令人沮丧的事件（2001年9月11日）之后，研究得到了加强。* 通讯作者。联系电话：+91-989418892。电子邮件地址：nagarajvaithilingam@gmail.com。2212-6678 © 2013作者出版社：Elsevier B.V. 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.00418V.Nagaraj等人/IERI Procedia 4（2013）17隐写分析是检测隐写对象中隐藏信息的一种技术，针对隐写的算法主要基于空间域和变换域。隐写术的主要目标是不可检测性、鲁棒性和秘密数据的容量。这些特征使其与其他相关技术如水印和密码学分开。最低有效位（LSB）隐写是隐写术的常用方法。插入、屏蔽和过滤以及变换[1]是隐写技术中的一些其他方法。LSB插入方法，像素的两个或更多LSB位被秘密位替换。Chan和Cheng [2]提出了LSB替换，并以简单的方式进行数据嵌入的最佳像素调整。Wu和Tsai[3]提出了一种像素值差分（PVD）隐写方法，该方法具有隐写图像质量好、隐藏数据量大的优点。此后，提出了各种基于PVD的方法[4]。本文提出了一种基于PVM的彩色图像隐写方法。彩色像素分量被分成三个平面，即R、G和B平面。在所提出的方法中，数字彩色图像被用作覆盖图像。与Wu-Tsai的PVD方法相比，它在数据隐藏方面提供了更高的安全性，也提供了更好的隐写图像质量。实验结果表明，该方法比PVD方法具有更高的容量。本文由以下几部分组成。第二节分析了PVD和其他包埋方法。在第三节中，描述了所提出的方法的嵌入和提取过程。在第四节中，讨论了所提出的方法的实验结果。最后，第五节给出了所提方法的结论。2.相关工作PVD方法是一种基于封面图像像素差异的信息隐藏方法。[5]该算法将覆盖图像区域分为平滑区域和硬区域两类。在较平滑区域中，像素与其相邻像素具有小的差异。这些较平滑的像素不适合数据嵌入。因此，与其相邻像素差异较大的像素用于数据嵌入。该方法具有很好的嵌入容量，但隐写图像是静态可检测的。PVD方法的修改版本是三向像素值差分（TPVD）方法[6]。在TPVD方法中，通过在封面图像上的三个不同方向上嵌入秘密比特来进行三个方向的像素选择以增加有效载荷。PVD方法只使用一个方向进行数据嵌入。而TPVD算法利用图像的水平、垂直和对角线边缘来嵌入秘密信息。在TPVD方法中，需要将覆盖图像预处理成2x2像素块。PVD的另一个修改版本是自适应像素值差分（APVD）方法。APVD方法仅适用于灰度图像。在灰度数字图像中，像素值的范围从0到255。超出灰度范围的隐写图像将是一个问题[7]。因此，APVD方法可以通过引入模函数和一定的条件来求解这些问题。因此，隐写图像的像素值不会超出灰度范围。APVD方法的隐写容量与Wu-Tsai的PVD方法相当M.Padmaa和Y.Venkataramani博士提出了一种使用Z字形遍历方案（ZZTS）的数据隐藏方案[8]。该方案通过对封面图像中相邻三个像素点和两个像素点的差值来实现。该方法采用锯齿形扫描方式，信息隐藏量大，提高了保密性和图像质量，同时利用汉明码纠错，实现了可靠的保密通信。在改进的利用修改方向（EMD）方法[9]中，一个秘密比特嵌入有封面图像的一个像素。该EMD方法实现了一对一的秘密比特嵌入，因此该方法的秘密比特嵌入容量很高。实验结果表明，V.Nagaraj等人/IERI Procedia 4（2013）1719201f=126mod3=0乙：一百二十六乙：一百二十七f=137mod3=27136f=226mod3=1R：226G：R：226G：13人封面图片隐写图像秘密数字d=10212.....可以获得有限有效载荷的平均峰值信噪比（PSNR）值。原始EMD方法也仅适用于灰度图像。基于PVD [10]方法的彩色图像隐写术解决了图像像素值溢出的问题。该方法比传统的PVD方法具有更好的安全性，同时也提供了更好的视觉隐写图像。3.一种基于模3函数的提出的像素值修正方法（PVM）方法将封面图像分为三个颜色平面（红，绿，蓝）。每个像素包含24位（用于8位表示），每个像素作为像素中的8位分量。在所提出的方法中，所有的三个组件已被用于数据嵌入。首先，从一个像素的每个颜色分量被分离，并获得三个单独的M*N矩阵。在每个平面上依次进行数据隐藏的像素值修改方法。首先在红色分量矩阵的第一像素中嵌入比特，然后在绿色分量矩阵的第一像素中嵌入比特，最后在蓝色分量矩阵中嵌入比特。进一步对不同的分量像素嵌入不同数量的比特，以增加安全性、容量并且还提高视觉质量。图1. PVM方法3.1嵌入步骤第一步：将彩色图像分离成三个分量颜色矩阵，并依次对它们中的每一个应用以下步骤，即，对红色矩阵的第一像素值应用以下步骤，然后对绿色矩阵的第一像素值应用以下步骤，最后对蓝色矩阵应用以下步骤，对每个平面的第二像素值继续相同的过程，等等。第二步：设一个秘密数字是d。秘密数据被转换为基3值（0，1，2）。这些秘密值被嵌入到三个平面中。步骤3：将图像矩阵的像素值分组为g1，g2，...，gn.红色像素的十进制值由gri表示，类似地，绿色和蓝色的十进制值由ggi和gbi表示，其中函数f由等式（1）计算。(1)每架飞机。f=f（g1，g2，g3，n（1）i=1 ri步骤4：选择用于嵌入的PVM方法的适当像素应在0范围内覆盖图像的G1250是用于像素值修改方法的适当像素。函数f有三种情况。例1：如果f = d，则20V.Nagaraj等人/IERI Procedia 4（2013）17乙：一百二十七127mod3G：136136mod3R：226226mod3隐写图像不需要修改，直接取gri作为新的像素值gri'。案例2：如果fd和f< d，那么将gri的值增加1，gri' =（gri +1），然后获得新的修改的像素值例3：如果f d且f >d，则gri的值减少1，gri步骤5：同样重复步骤3和4，对封面图像的绿色和蓝色矩阵进行像素值修改。步骤6：在用RGB平面组合中的秘密数据修改像素值之后，这些RGB平面给出隐写图像，得到的隐写图像。3.2 提取工艺步骤1：将隐写图像分成三个分量平面红色，绿色和蓝色。现在，在接收到的隐写图像中，将选择在RGB平面中落在0 gi 253之间的像素值。步骤2：提取红色平面的像素值，并且等式（2）将给出秘密数字d。d=gri第三步：同样，从每个平面的第2个像素值开始，依次类推，提取绿、蓝平面的秘密数字，最后得到以3为底的秘密数字，并将其转换为原始秘密数据。201图2. PVM方法4.实验结果提出的PVM方法隐藏秘密数据到RGB平面的封面彩色图像。该方法克服了现有PVD方法中每个分量像素过冲0~ 255范围的问题。这种PVM方法得到了较好的隐写图像视觉质量。图3.展示封面图像和他们的隐写图像。选择的测试图像是Lena、Airplane、Baboon和Pepper图像。PVM方法和PVD方法之间的消息有效载荷和PSNR值的比较结果如表1所示。对载体图像和隐写图像进行直方图分析。图3显示了隐写图像直方图与封面图像直方图相比的最小变化。这表明隐写分析者将不能够轻易地发现隐藏的消息。所提出的方法直方图被发现是几乎相似的封面图像。这种PVM方法使得隐写图像中的像素失真较小。它还提供了更多的安全性，因为不同数量的位已经隐藏在图像像素的不同平面中，所以很难追踪有多少位隐藏在一个像素内。因此，隐写图像中像素值的失真较小，对直方图和彩色图像的视觉质量没有显著影响。V.Nagaraj等人/IERI Procedia 4（2013）1721表1.该方法与现有PVD方法封面图片吴蔡法（PVD）三向PVD法（TPVD）拟定方法（PVM）有效载荷（字节）PSNR有效载荷（字节）PSNR有效载荷（字节）PSNR莉娜51,21941.7975,83638.8983,65445.0926狒狒57,14637.9082,40733.9391,28639.0633飞机51,22440.6076,35238.7081,85143.9345胡椒50,90740.9775,57938.5078,61242.0500（a）Lena图像（b）Stego Lena图像(i) 封面Lena和隐写Lena图像图3（a）（a）飞机图像（b）隐写飞机图像22V.Nagaraj等人/IERI Procedia 4（2013）17(ii) Cover Airplane和Stego Airplane直方图图3（b）（a）狒狒形象 (b)Stego Baboon图像(iii) 封面狒狒和隐写狒狒图3（c）V.Nagaraj等人/IERI Procedia 4（2013）1723(a)胡椒图像(b)Stego Pepper图像(iv) Cover Pepper和Stego Pepper图像图3（d）图3. Cover图像、Stego图像及其对应的Cover图像和Stego图像5.结论提出了一种基于模函数的像素值修正的PVM隐写算法。该方法还保证了隐写图像中的像素值不会超过0到255的范围。在现有的PVD嵌入方法中，只有一个秘密数字被嵌入到两个连续的像素，而提出的PVM方法，只有一个秘密数字嵌入到一个像素。所提出的方法在彩色图像上提供了比PVD方法更大的容量和安全性。它还提供了更好的隐写图像的视觉质量。此外，该方法不需要使用值域表就能有效地提取出隐藏的秘密信息。引用[1] R. J. Anderson和F. A. P. Petitcolas，“关于隐写术的极限”。IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，第474-481页[2] C.K. Chan，L.M.郑志华，“以简单LSB取代隐藏影像资料”，模式辨识，第37卷，第3期，第100页。469-474，2004.24V.Nagaraj等人/IERI Procedia 4（2013）17[3] 及W.H.蔡，“一种以像素值差异为基础的影像隐写方法”，模式辨识通讯，第24卷，第25页。1613-1626，2003。[4] H.C. Wu，N.I.吴振祥<英>香港实业家。，1939--人Tsai和M.S. Hwang，“基于像素值差分和LSB替换方法的图像隐写方案”，IEE Proceedings on Vision，Image and Signal Processing，Vol. 152，No. 5，pp. 611-615，2005。[5] C.M. Wang，N.I.吴振祥<英>香港实业家。，1939--人Tsai，M.S.黄，[6] K.C.作者：Chang，P.S. Huang和T.M.涂，[7] J.K. Mandal，Debashis Das 93-102，2012年。[8] M.帕德玛和Y博士Venkataramani，“ZIG-ZAG PVD - A Nontraditional Approach，”InternationalJournal of Computer Applications，Vol. 5，No. 7，pp. 2010年8月5日至10日[9] 钟基贤、刘基扬，“利用模运算改进修正方向法”，国际信号处理、图像处理与模式杂志，第2卷，第1期，2009年3月。[10] J. K. Mandal和Debashis Das，“基于空间域像素值差分的彩色图像隐写术”，国际信息科学与技术杂志（IJIST）第2卷，第4期，2012年7月。