基于非对称直方图平移的可逆信息隐藏算法

doi:10.11959/j.issn.2096-109x.2019053

网络与信息安全学报 ›› 2019, Vol. 5 ›› Issue (5): 80-89.doi: 10.11959/j.issn.2096-109x.2019053

基于非对称直方图平移的可逆信息隐藏算法

何玉芬^1,², 殷赵霞¹, 汤进¹, 刘磊¹, 黄石磊³()

¹ 安徽大学计算机科学与技术学院，安徽合肥 230601
² 六安市教学研究室，安徽六安237000
³ 深港产学研基地，广东深圳 518057

修回日期:2019-03-20 出版日期:2019-10-15 发布日期:2019-11-02
作者简介:何玉芬（1985- ），女，安徽黄山人，安徽大学硕士生，六安市教学研究室教研员，主要研究方向为基于数字图像的可逆信息隐藏。|殷赵霞（1983- ），女，安徽太湖人，博士，安徽大学副教授、博士生导师，主要研究方向为智能媒体安全与取证、信息隐藏、伪装与保密、大数据隐私保护。|汤进（1976- ），男，安徽合肥人，博士，安徽大学教授、博士生导师，主要研究方向为计算机视觉、深度学习、多媒体大数据处理。|刘磊（1997- ），男，安徽六安人，主要研究方向为数字图像可逆信息隐藏、视觉跟踪。|黄石磊（1979- ），男，湖南益阳人，博士，深港产学研基地副研究员、高级工程师，主要研究方向为信号处理、信息系统、语音信号处理、语音识别。
基金资助:
深圳市基础研究（学科布局）基金资助项目(JCYJ20170817160058246);国家自然科学基金资助项目(61872003)

Reversible data hiding algorithm based on asymmetric histogram shifting

Yufen HE^1,², Zhaoxia YIN¹, Jin TANG¹, Lei LIU¹, Shilei HUANG³()

¹ School of Computer Science and Technology,Anhui University,Hefei 230601,China
² Liu 'an Teaching and Research Office,Liu’an 237000,China
³ PKU-HKUST Shenzhen Hong Kong Institution,Shenzhen 518057,China

Revised:2019-03-20 Online:2019-10-15 Published:2019-11-02
Supported by:
Shenzhen Basic Research (Subject Layout)(JCYJ20170817160058246);The National Natural Science Foundation of China(61872003)

摘要/Abstract

摘要：

利用两个非对称直方图分别向相反方向平移嵌入信息，会产生像素值的补偿还原效应，提出了一种更好的像素值预测方法，生成两个更偏向0值右侧和左侧的非对称预测误差直方图，这样的两个直方图在进行第二层信息嵌入时，会出现更多的像素点恢复到原始图像像素值，减少图像扭曲失真，提高载密图像质量。与传统算法相比，减少了参与直方图修改的像素量，进一步保护了载密图像质量。

关键词: 可逆信息隐藏, 载密图像, 预测误差, 非对称直方图, 直方图平移

Abstract:

The shifting of two asymmetric histograms in opposite directions in data embedding respectively had produced the pixel compensation and restore effect,a better reversible data hiding algorithm based on pixel prediction was proposed,two asymmetric histograms of prediction error were generated on the more right and the more left side of zero value,when they were shifed in the second data embedding stage,more pixels would be restored to the original image pixel value to reduce image distortion and improve the image quality.Compared with the traditional algorithm,it reduces the amount of pixels involved in the histogram shifting and protects the quality of secret image.

Key words: reversible data hiding, secret image, prediction error, asymmetric histogram, histogram shifting

中图分类号:

TP309

何玉芬, 殷赵霞, 汤进, 刘磊, 黄石磊. 基于非对称直方图平移的可逆信息隐藏算法[J]. 网络与信息安全学报, 2019, 5(5): 80-89.

Yufen HE, Zhaoxia YIN, Jin TANG, Lei LIU, Shilei HUANG. Reversible data hiding algorithm based on asymmetric histogram shifting[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2019, 5(5): 80-89.

图/表 12

图1

图2

图3

图4

图5

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图7

表1

表2

表3

图8

表4

参考文献 8

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嵌入容量/bit	Lena图像			Jet图像
嵌入容量/bit	本文方法	Chen方法	Lyu方法	本文方法	Chen方法	Lyu方法
1×10³	67.24	67.08	67.08	67.21	66.82	67.22
5×10³	60.31	60.03	60.22	60.97	60.38	60.86
10×10³	57.07	56.46	56.71	58.21	57.66	58.18
15×10³	55.20	54.50	54.74	56.55	56.01	56.54
20×10³	53.89	53.11	53.29	55.50	54.94	55.48
25×10³	52.91	52.07	52.26	54.65	54.09	54.68
30×10³	52.10	51.21	51.44	53.98	53.45	53.94
35×10³	51.27	50.57	50.78	53.25	52.77	53.24
40×10³	50.70	49.97	50.19	52.75	52.19	52.72
45×10³	50.30	49.55	49.68	52.27	51.69	52.14
50×10³	50.18	49.40	49.63	51.83	51.19	51.62
55×10³	50.18	49.40	49.63	51.44	50.77	51.18
60×10³	50.18	49.40	49.63	51.11	50.40	50.83

嵌入容量/bit	Baboon图像			barbara图像
嵌入容量/bit	本文方法	Chen 等方法	Lyu方法	本文方法	Chen 方法	Lyu方法
1×10³	60.20	59.77	59.82	66.16	64.96	65.13
5×10³	54.38	54.02	54.08	60.13	58.79	59.08
10×10³	52.08	51.71	51.74	56.69	55.60	55.92
15×10³	50.60	50.18	50.21	54.92	53.92	54.18
20×10³	50.37	49.92	50.05	53.45	52.46	52.66
25×10³	50.37	49.92	50.05	52.24	51.26	51.43
30×10³	50.37	49.92	50.05	51.31	50.38	50.57
35×10³	50.37	49.92	50.05	50.69	49.82	49.94
40×10³	50.37	49.92	50.05	50.62	49.73	49.94
45×10³	50.37	49.92	50.05	50.62	49.73	49.94
50×10³	50.37	49.92	50.05	50.62	49.73	49.94
55×10³	50.37	49.92	50.05	50.62	49.73	49.94
60×10³	50.37	49.92	50.05	50.61	49.73	49.94

嵌入容量/bit	Sailboat图像			Peppers图像
嵌入容量/bit	本文方法	Chen方法	Lyu方法	本文方法	Chen方法	Lyu方法
1×10³	65.65	65.09	65.17	65.88	65.39	65.27
5×10³	58.87	58.38	58.45	59.22	58.33	58.33
10×10³	56.46	55.68	55.92	56.10	55.38	55.38
15×10³	54.86	54.13	54.25	54.31	53.57	53.56
20×10³	53.21	52.71	52.70	53.03	52.27	52.31
25×10³	51.80	51.28	51.34	51.98	51.28	51.26
30×10³	51.16	50.38	50.47	51.12	50.44	50.42
35×10³	50.82	50.07	50.40	50.41	49.79	49.78
40×10³	50.82	50.07	50.40	49.99	49.37	49.61
45×10³	50.82	50.08	50.40	49.84	49.37	49.61
50×10³	50.82	50.07	50.40	49.84	49.37	49.61
55×10³	50.82	50.08	50.40	49.84	49.37	49.61
60×10³	50.82	50.07	50.40	49.84	49.37	49.61

测试图像	本文方法			Chen方法				Lyu方法
测试图像	还原量	修改量	PSNR	还原量	修改量	PSNR	还原量		修改量	PSNR
Lena	20 776	171 185	50.18	21 557	205 704	49.4	14 644		199 071	49.63
Peppers	25 032	191 185	49.84	18 224	204 129	49.37	13 226		199 186	49.61
Jet	16 639	124 663	51.11	18 671	153 254	50.4	14 547		143 336	50.83
Baboon	10 183	161 285	50.37	8 514	176 599	49.92	6 687		176 023	50.05
barbara	15 374	152 831	50.61	15 480	187 411	49.73	10 955		182 012	49.94
Sailboat	11 003	140 867	50.82	9 593	165 698	50.07	8 010		158 031	50.4

基于非对称直方图平移的可逆信息隐藏算法

Reversible data hiding algorithm based on asymmetric histogram shifting

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[1]	王婧晗, 朱辉, 李鹤麟, 李晖, 杨晓鹏. 增强图像平滑度的可逆信息隐藏方案[J]. 网络与信息安全学报, 2022, 8(3): 66-75.
[2]	李锦伟, 张晓雅, 姚远志, 俞能海. 基于细粒度嵌入空间预留的密文域图像可逆信息隐藏方法[J]. 网络与信息安全学报, 2022, 8(1): 106-117.
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[4]	杨杨,张卫明,侯冬冬,王辉,俞能海. 具有对比度增强效果的可逆信息隐藏研究进展与展望[J]. 网络与信息安全学报, 2016, 2(4): 12-20.
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