基于直方图修改的图像可逆信息隐藏算法

第29卷第15期Vol.29

No.15

计算机工程与设计

ComputerEngineeringandDesign

2008年8月Aug.2008

基于直方图修改的图像可逆信息隐藏算法

顾巧论1，高铁杠2

(1.天津工程师范学院计算机系，天津300222；2.南开大学软件学院，天津300071)

摘

要：提出了一种基于直方图修改的可逆信息隐藏算法，并给出了算法的详细实现方案。该算法利用了图像直方图中的一组零点(或者是最小点)和最大值点，通过修改图像像素的灰度值来隐藏信息，利用直方图隐藏信息的一般算法是利用每一个最大点隐藏一位信息，而提出的算法是利用每一个最大点进行多位信息隐藏，其位数可以根据原图像和隐藏信息后的峰值信噪比进行自适应确定，实验结果表明，该方法不仅可以进行较大容量的信息隐藏，而且相对原始图像能够达到满意的峰值信噪比，具有良好的性能。

关键词：直方图修改;信息隐藏;峰值点和零值点;峰值信噪比;可逆算法中图法分类号：TP309

文献标识码：A

文章编号：1000-7024(2008)15-4082-04

Imagereversibledatahidingalgorithmbasedonhistogrammodification

GUQiao-lun1,

GAOTie-gang2

(1.DepartmentofComputer,TianjinUniversityofTechnologyandEducation,Tianjin300222,China;

2.CollegeofSoftware,NankaiUniversity,Tianjin300071,China)

Abstract：Anewreversibledatahidingalgorithmbasedonhistogrammodificationforgrayscaleimageisproposed,anddetailedmethodofrealizationisalsogiven.Thisalgorithmutilizesazero(orminimumpoint)andmaximumpointofthehistogramofanimageandhidesdatathroughmodifyingthepixelgrayscalevalues.Ingeneral,reversibledatahidingbasedonhistogrammodificationuseonemaximumpixeltohideonebit,butthealgorithmproposedhereusesonemaximumpointtohidemulti-bits,andthenumberofbitcanbedeterminedaccordingtothePSNRbetweentheoriginalimageandthatafterhidingdata.Experimentalresultsshowthatthealgorithmcanbeusedtohidehighcapacitydata,andcanachievesatisfactorythepeak-signal-to-noiseratio(PSNR),andhasbetterperformance.Keywords：histogrammodification;informationhiding;peakandzeropoints;peak-signal-to-noiseratio;reversiblealgorithm

修改的可逆信息隐藏算法[6-7]，但是，作为衡量信息隐藏的一个重要指标，信息隐藏的隐藏容量又是可逆隐藏算法需要面对的一个重要问题，因此，如何根据图像直方图的特性进行像素值的修改以提高可逆隐藏算法的隐藏容量，引起了许多专家学者的关注，例如：A.Leest将图像分成若干个互相不重叠的小块，在各个小图形块内分别得到各个区域的直方图。由于图像分块较小，其中的像素灰度值相对集中，从而可以嵌入大量的水印信息[8]；G.Xuan应用基于整数小波变换地技术实现了较大容量的可逆信息隐藏[9]；最近，NiZhicheng等提出了一种新的大容量的信息隐藏算法，该算法利用3组图像直方图的最大和最小点，通过对像素值进行较小的修改实现了较大信息量的数据隐藏，而且还可以完全恢复宿主图像[10]。

本文在保证相对较高的图像视觉质量的前提下，提出了一种基于直方图修改的自适应大容量的图像信息隐藏算法，不同于一般的图像直方图修改算法[8,10]，本文给出的算法是利用一组最大值点和最小值点的最大值点进行多位信息隐藏，

0引言

所谓信息隐藏，就是将需要保护的信息嵌入到秘密载体中，使人从感官上和统计分析上无法感知秘密信息的存在，从而达到信息的安全传输。但是由于通信信道本身存在的问题，实际是一些载体图像在传输过程中，总会有一些数据的轻微改变，从而影响着隐藏的信息的正确提取以及图像的认证，而一些重要的载体如医学诊断图片、军事图像以及法律公文图片等对图像的完全性却又异常严格，不容许有任何改变，因此，人们提出了可逆信息隐藏技术，即利用可逆信息隐藏算法在图像中嵌入数据，在图像的接收方，不仅能够用提取算法正确提取隐藏的信息，而且能够精确恢复原始图像

[1-2]

。

由于目前的多种信息隐藏算法如基于扩展谱的数据隐藏[3]和最小不重要位隐藏[4]都不能实现可逆数据的嵌入和提取，因此，人们提出了一些新的可逆信息隐藏算法，其中，典型算法是基于像素差值的信息隐藏算法[5]以及基于图像直方图

收稿日期：2007-08-16E-mail：gaotiegang@http://

基金项目：天津市自然科学基金重点项目(07JCZDJC06600)。

作者简介：顾巧论(1967－)，女，河北河间人，博士，教授，研究方向为信息安全、软件工程；高铁杠(1966－)，男，博士，教授，研究方向为信息安全。

－4082－

信息隐藏的位数可以根据隐藏信息后的图像和原始图像的峰值信噪比进行自适应确定。改算法不仅实现了大容量的自适应信息隐藏，而且实现简单，同时能够保证隐藏信息的图像和原始图像具有相对较高的峰值信噪比(PSNR)，实验仿真结果显示，该算法具有良好的性能。

义可逆隐藏算法描述如下：

(1)画出图像的直方图，并找到一组零点和一个最大点

1

2

＝１，２，…

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(2)

假定我们用一个最大值点隐藏

≤4)，则每

个最大值点可以隐藏的比特位数和连续零值点需要的个数

1

1.1

算法描述

基本算法描述与分析

首先，本文以200×200的256色灰度图像Lenna.bmp为例，

表1最大值点隐藏的比特数和连续零值点的个数对应关系

最大值点隐藏的位数

1234

13715

2

将简单的基于直方图修改的可逆隐藏算法描述如下：

(1)画出图像的直方图，并找到一个零点和一个最大点，其中零点表示对应的灰度值得像素点的个数为空；而最大点表示对应的灰度值得像素点的个数最多，如果没有零点，一般可以用最小点代替。如图1所示。

6005004003002001000

(a)原始图像

50100150200250300

(b)直方图

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1

+1,…

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