一种JPEG图像可逆信息隐藏方法、装置、介质及设备

申请涉及信息隐藏，特别涉及一种jpeg图像可逆信息隐藏方法、装置、介质及设备。

背景技术：

1、随着信息化时代的不断发展，大众对个人信息安全的保护意识愈加强烈。作为网络传播图片的主要格式，jpeg图像可逆信息隐藏技术(rdh)得到了广泛的研究。目前针对jpeg图像的rdh方法主要集中在三个方面，分别是基于量化表的修改、基于修改霍夫曼的修改和基于dct系数的修改。当下的研究主要集中在如何在给定的嵌入容量下，对dct系数进行微调，从而在视觉质量和文件大小之间建立满意的平衡，但现有的方法在视觉质量和文件大小增量上仍然有待提升。如何选择频段及二维映射是影响jpeg图像可逆信息隐藏性能的关键问题。

2、在现有的jpeg rdh方案中，对一个dct频段的性能进行评价时，会采用对所有的块进行评价，但各块在频段内的系数分布不同，对整个频段的失真代价进行评价会产生误差。并且，一般来说，基于一维直方图修改的方案由于系数修改过多导致视觉质量明显下降，而基于二维直方图修改的方案通过灵活改变修改方向，可以尽可能少地修改系数，从而提高标记图像的视觉质量。但二维直方图修改方案往往倾向于生成固定系数的直方图映射，在嵌入容量较低的情况下，必然会产生更多的系数对修改从而导致更大范围的图像失真。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种jpeg图像可逆信息隐藏方法、装置、介质及设备，提升了水印的视觉质量，有效减少文件大小增量，具有现实意义和良好的应用前景。

2、为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供一种jpeg图像可逆信息隐藏方法，包括：

4、解码原始jpeg图像并进行预处理，得到量化表q和dct频段序列；

5、根据所述量化表q和dct频段序列，计算筛选得到最优频段长度集合；

6、根据所述最优频段长度集合，计算其所有二维映射的最小整体畸变，得到最优二维映射；

7、根据所述最优二维映射及其对应的频段和长度，通过二维直方图移位机制，在原始jpeg图像中嵌入给定的秘密数据，得到含秘jpeg图像。

8、可选的，所述根据所述量化表q和dct频段序列，筛选得到最优频段长度集合具体包括：

9、计算dct频段序列的单位频段嵌入率；

10、根据量化表q和dct频段序列的单位频段嵌入率，计算所述dct频段序列中每个频段的单位长度容量失真；

11、根据所述dct频段序列中每个频段的单位长度容量失真，依次更新筛选后dct频段序列中每个频段的使用长度，得到最优频段长度集合。

12、可选的，所述dct频段序列的单位频段嵌入率通过以下公式得到：

13、

14、其中，er(j)表示dct频段序列中第j频段的频段嵌入率，e(j)表示dct频段序列中第j频段的扩展系数的个数，s(j)表示dct频段序列中第j频段的移位系数的个数。

15、可选的，所述dct频段序列中每个频段的单位长度容量失真通过以下公式得到：

16、

17、其中，lj表示dct频段序列中第j频段的使用长度，ut(lj)表示dct频段序列中使用长度为lj的第j频段的单位长度容量失真，er(lj)表示dct频段序列中使用长度为lj的第j频段的频段嵌入率，q(j)为dct频段序列中第j频段对应的量化步长。

18、可选的，所述依次更新筛选后dct频段序列中每个频段的使用长度，得到最优频段长度集合包括：

19、初始化最优频段长度集合为f′[1,2,...j,...,63]＝{l1,l2,...lj,...,l63}，(lj＝0，j＝1,2,...,63)；

20、将每个频段以k为步长分成d个长度，每个频段的总长度为n，得到频段长度lt(j,s)和频段长度矩阵lh；

21、其中，lj表示dct频段序列中第j频段的使用长度，d表示每个频段被分成的个数，且满足lt(j,s)为频段长度矩阵lh中的元素，表示dct频段序列中第j频段的第s个小段的长度；

22、根据所述dct频段序列中每个频段的单位长度容量失真得到单位容量失真矩阵uh；

23、将所述单位容量失真矩阵uh按行展开，得到1×63×d的一维矩阵，d表示每个频段被分成的个数，将其按照单位长度容量失真升序排序，得到失真顺序矩阵uo；

24、其中，uo＝{ut(j,p1),ut(j,p2)，...，ut(j,p63×d)}，pi表示失真顺序矩阵uo中排列的第i个，ut(j,pi)表示失真顺序矩阵uo中排列在第pi的第j频段单位长度容量失真；

25、将所述频段长度矩阵lh按行展开，得到1×63×d的一维矩阵，d表示每个频段被分成的个数，并按照失真顺序矩阵uo中元素的排列顺序更新一维矩阵中的lt顺序，得到频段顺序矩阵lo；

26、其中，lo＝{lt(j,q1),lt(j,q2)，...，lt(j,q63×d)}，qi表示频段顺序矩阵lo中排列的第i个，lt(j,qi)表示频段顺序矩阵lo中排列在第qi的第j频段长度；

27、根据频段顺序矩阵lo更新最优频段长度集合为f′[]，若lt(j,qi)>lj，则更新lj＝lt(j,qi)，否则，lj保持不变。

28、可选的，根据所述最优频段长度集合，计算其所有二维映射的最小整体畸变包括：

29、根据预设的嵌入容量μ，顺序截取所述最优频段长度集合的前μ位，作为最优频段子集

30、根据所述最优频段子集依次选择t组系数对[(±1；±1)]、[(±1；±1),(±2；±1)]、…、[(±1；±1),(±2；±1),…,(±t-1；±1),(±t；±1)]，设计得到t种二维映射；

31、分别计算所述t种二维映射的最小整体畸变，得到最优二维映射；

32、所述最小整体畸变通过以下公式实现：

33、

34、其中，表示最优频段子集，m表示选择的二维映射方式，表示在m二维映射下的最小整体畸变，arg min表示函数取最小值，mse表示均方误差函数，a、b分别表示jpeg图像的长和宽，x表示原始jpeg图像，i表示二维映射后的图像，a和b表示求和的次序。

35、第二方面，本发明提供一种jpeg图像可逆信息隐藏装置，包括：

36、预处理模块：用于：对已解码原始jpeg图像进行预处理，得到量化表q和dct频段序列；

37、计算筛选模块，用于：根据所述量化表q和dct频段序列，计算筛选得到最优频段长度集合；

38、最小整体畸变模块，用于：根据所述最优频段长度集合，计算其所有二维映射的最小整体畸变，得到最优二维映射；

39、信息嵌入模块，用于：根据所述最优二维映射及其对应的频段和长度，在原始jpeg图像中嵌入给定的秘密数据，得到含秘jpeg图像。

40、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时，实现第一方面中任一所述的jpeg图像可逆信息隐藏方法的步骤。

41、第四方面，本发明提供一种计算机装置/设备/系统，包括：

42、存储器，用于存储计算机程序/指令；

43、处理器，用于执行所述计算机程序/指令以实现第一方面中任一项所述的jpeg图像可逆信息隐藏方法的步骤。

44、第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现第一方面中任一项所述的jpeg图像可逆信息隐藏方法的步骤。

45、现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

46、1.本发明提供的jpeg图像可逆信息隐藏方法，可以提高嵌入率，减少无效移位，从而有效地减少失真，减少文件大小增量，从而获得更好的效果；引入逐步搜索最优直方图映射机制，根据给定的嵌入容量，在最优频段集合的基础上逐步选择最合适的直方图映射来嵌入秘密数据，以保证数据隐藏效果的同时，减少搜索空间，提高算法效率；

47、2.本发明提供的jpeg图像可逆信息隐藏装置，通过设置解码量化模块、dct系数矩阵处理模块、计算筛选模块、最小整体畸变模块和二维直方图移位模块，共同实现对jpeg图像可逆信息隐藏，提升了水印的视觉质量，有效减少文件大小增量，具有现实意义和良好的应用前景；

48、3.本发明提供的计算机可读存储介质、计算机装置/设备/系统和计算机程序产品，可执行本发明提供的jpeg图像可逆信息隐藏方法的步骤。