一種基于游程編碼的二值圖像隱藏方案

1、2008 年 4 月第 31 卷第 2 期艦 船 電 子 對 抗s h ipboa rd el ec tron ic co u n t erm ea su r eap r . 2008vol . 31 no . 2一種基于游程編碼的二值圖像隱藏方案楊全周 , 蔡曉霞 , 陳紅( 電子工程學院 , 合肥 230037)摘要 :提出了一種隱藏二值圖像的方法 , 它利用游程編碼技術實現(xiàn)對二值圖像的無損壓縮來減少對掩護載體的像素修改 。實驗結果表明 , 相對于傳統(tǒng)的 l s b 隱藏方法 , 本算法在一定程度上能抵抗 r s 檢測攻擊 , 其載密圖像在視覺上更不容易被察覺 , 秘密信息的安全性得到了增

2、強 。關鍵詞 :游程編碼 ; 最不重要位 ; 信息隱藏 ; 安全性中圖分類號 : t n 911 . 730086 205文 獻 標 識 碼 : a文 章 編 號 : c n 32 21413 ( 2008 ) 02 2a black and white image conceal ment method ba sed on run2length codeya n g q ua n2zho u ,ca i xiao2xia ,c h en ho ng( elect ro nic engineeri ng instit ute , hef ei 230037 ,china)abstract :

3、thi s p ap e r p ut s fo rwa r d a met ho d to co nceal black a nd w hit e i ma ge , w hich app lie s r u n2 le ngt h co de t ech nique to realize no n2da ma ge co mp re ssio n to t he w hit e a nd black i ma ge i n o r der fo r decrea se t he pi xel mo dificatio n to t he co veri ng ca r rier . the

4、 e xp e ri me nt al re sult s sho w t hat t he al go2 rit h m ca n re si st r s c heck at t ack i n so me degree co mp a re d wit h t he t ra ditio nal l sb co nceal me nt met ho d , so t he i ma ge wit h secret i s no t ea sy to be fo u nd i n vi sio n ,t he sec urit y of secret i nfo r matio ni nc

5、rea se s.key words :r u n2le ngt h co de ;lea st si gnifica nt bit (l sb) ;i nfo r matio n co nceal me nt ; securit y息的容量 ,從而導致傳統(tǒng)的 l sb 方法無法保證通信的安全 , 這 就 要 求 有 更 高 安 全 性 的 信 息 隱 藏 算 法在保證視覺質(zhì)量的基礎上具有較強的抗檢測攻 擊能力 。這類算法中比較有代表性的是張新鵬等提出的抗統(tǒng)計分析的 l sb 密寫方法 。該方法雖然使 得 r s 攻擊不再有效 ,但仍對載體圖像的大量數(shù)據(jù) 位進行了修改 ,從安全角度考慮 ,這樣

6、的修改是不太 合適的 。本文根據(jù)二值圖像的特點 ,利用游程長度編碼對二值圖像進行壓縮 ,提出一種將二值圖像隱藏到 灰度圖像中的信息隱藏算法 ,通過減小對掩護載體 的像素修改優(yōu)化圖像的一致性 ,提高含密載體的視 覺質(zhì)量 ,增強秘密信息的安全性 。0引言信息隱藏技術是集多學科理論與技術于一身的新興技術領域 ,近年來它已經(jīng)成為信息安全領域的 研究熱點 ,而其應用于通信安全領域的一個重要分支就是掩密術 。掩密術的目的是在不引起第三方注意的情況下將信息隱蔽地發(fā)送出去 ,隱蔽性和嵌入 量是衡量掩密技術優(yōu)劣的重要指標 。目前 ,針對不同載體類型已有多種信息隱藏方法 ,其中 ,在基于圖像空域的信息隱藏技術中

7、,最不 重要位 (l sb) 替換信息隱藏算法最經(jīng)典 ,它通過調(diào) 整替換掩護圖像像素值的最低 13 位有效位來達 到隱藏秘密信息的目的 。但是經(jīng)典的 l sb 方法只 是通過簡單的替換對掩護圖像像素值進行修改 , r s ( regula r si ngula r) 算法 、樣值對分析 ( sa mp le pai r a nal ysi s , spa) 算法和差分直方圖檢測等隱寫分析 算法可以準確地檢測出用 l sb 方法嵌入的秘密信1空 間 域 l sb 替 換 信 息 隱 藏 基 本算法最不重要比特位替換信息隱藏算法是信息隱藏收稿日期 : 2007209212中的一種經(jīng)典方法 ,它只要

8、對掩護載體文件做很小且不易被覺察的改變就能隱藏大量的秘密信息 ?？?間域 l sb 嵌入可以描述為 :如果像素值的最低位比特與待嵌入的消息比特一致時 ,不做修改 ;如果不相同且待嵌入信息 為 0 , 像 素值 減 1 ; 否 則 , 像素 值 加1 ,即 :i ( i , j) - 1 , l sb ( i ( i , j) ) = 1 且 m = 0is ( i , j) = i ( i , j) , l sb ( i ( i , j) ) = mi ( i , j) + 1 , l sb ( i ( i , j) ) = 0 且 m = 0( 1) 式中 :l sb ( i ( i , j

9、) ) 為 i ( i , j ) 的最低位比特 , m 為待 嵌入的消息比特 。在進行秘密信息嵌入時 ,可以采用順序嵌入或 者隨機嵌入 。順序嵌入是一種最簡單的方法 ,但是 它的安全性也相對較低 ,因為順序 l sb 嵌入在嵌入 秘密信息后的載體中未嵌入信息的圖像部分與已嵌 入信息的圖像部分有著明顯的統(tǒng)計差異 ,有很多隱 寫分析方法都可以檢測到信息隱藏的事實 。如果以隨機的方式將信息嵌入到載體的 l sb 平面中 ,信息 就能夠比較均勻地分散到載體中 ,但由于嵌入信息 的 50 %會改變掩護圖像的像素值 ,所以隨機嵌入也 不能保證 l sb 方法的安全 。始 ,第 1 個游程是“1”游程 ,

10、第 2 個必為“0”游程 ,第3 個又是“1”游程等等 。將任何 ( 二值) 序列變換成一一對應的游程長度序列以達到壓縮碼率的目的 。基于二值圖像的特點 ,在對二值圖像進行行掃描后 ,筆者在實現(xiàn)過程中采用如表 1 所示的方法進行數(shù)據(jù) 存儲 。表 1游程編碼的存儲結構在表 1 所示結構中 , a ( 值為 0 或者 1) 保存二值圖像初始像素值 , 若 a 為 1 , b ( i) 表示第 i 段 1 的長 度 , c ( i) 表示第 i 段 0 的長度 ( 由于二值圖像可以任 意用”0”或”1 ”描 述 ”黑 ”或”白 ”, 所 以 一 般 不 存 儲a) 。下 面 介 紹 對 二 值 圖

11、像 進 行 游 程 長 度 編 碼 的 過程 :( 1) 將大小為 m n 的二值圖像按行掃描為 1個行向量 , 記為 m sg ( i) , 長度為 m n ;( 2) 從 msg ( i) 的第一位開始掃描 , 記錄初始像 素值 a , 并掃描與該像素點相同的一個連續(xù)數(shù)據(jù)串 ,記錄其長度 b( i) ; 然后掃描緊隨其后的另一個連續(xù)數(shù)據(jù)串 , 記錄它的長度 c ( i) , 繼續(xù)該過程 , 直到 msg( i) 的最后一個位 ;( 3) 分別計算對 b( i) 和 c ( i) 進行二制編碼所需 的長度 a_ n um 和 b_ n um , 按照不同的編碼長度分別對 b( i) 和 c

12、( i ) 的 進 行 編 碼 , 就 得 到 壓 縮 后 的 數(shù) 據(jù)msgnew 。 解碼 時 只 要 根 據(jù) 連 續(xù) 數(shù) 據(jù) 串 的 編 碼 長 度 b _num 和 c_ nu m 就可以恢復原來的二值圖像 。例如對于二值序列 :11111100011111001111 , 對 其編碼為 : a = 1 ; b1 = 6 , c1 = 3 ; b2 = 5 , c2 = 2 ; b3 = 4 ; 就有 a_ num = 3 , b _ nu m = 2 , 編碼結果為 : 1 110 11101 10 100 。圖 1 是從百度網(wǎng)站下載的 4 幅二值圖 像 , 圖像原始數(shù)據(jù)流總位數(shù)均為

13、262 144 位 , 表 2 是游程長度編碼壓縮的結果 。2 利用游程編碼的二值圖像隱藏2 . 1游程長度編碼 ( rl c)游程長度 rl ( run2l e ngt h) ,簡稱游程或游長 , 指的是由字符 (或信號取樣值) 構成的數(shù)據(jù)流中各個 字符重復出現(xiàn)而形成字符的長度 。如果給出了形成 串的字符 、串的長度及串的位置 ,就能恢復出原來的 數(shù)據(jù)流 。對二值圖像按行掃描得到的行向量 ,總是 由若干連著的黑像素和連著的白像素組成 ,稱為“黑 長”和“白長”,記為“0”和“1”,連“0”這一段稱為“0” 游程 ,連“1”這一段稱為“1”游程 ?！?”游程和“l(fā)”游 程總是交替出現(xiàn)的 。如果

14、規(guī)定二值序列是以“1”開ab( 1)c ( 1)b( i)c ( i)88艦 船 電 子 對 抗第 31 卷表 2不同圖像的游程編碼結果表 3本算法和傳統(tǒng)算法的峰值信噪比表 4 為用掩模為 0 , 1 ,1 ,0 時 r s 算法對 4 幅二值圖像嵌入后的隱秘圖像檢測到的嵌入率 。由于r s 分析算法存在一 個 初始 偏差 問 題 , 也 就 是說 即 使一幅圖像沒有嵌入任何信息 ,在檢測其嵌入信息的長度時得到的結果是非 0 的 ( 可正可負) 。所以 ,當嵌入信息量相對圖像較小時 ,本算法可以抵抗 r s 攻擊 。如果嵌入信息量相對較大時 , 也可使 rs 分 析方法不能正確檢測出嵌入信息的

15、長度 。表 4不同圖像的 rs 檢測結果2 . 2算法實現(xiàn)本節(jié)利用 2 . 1 節(jié)提出的方法對二值圖像進行游 程編碼后再進行 l sb 信息隱藏 。算法的主要步驟 如圖 2 所示 。4結論本文利用游程長度編碼對待隱藏的二值圖像進行壓縮 ,減小了隱藏數(shù)據(jù)量 ,降低了空域 l sb 信息隱藏時對掩護圖像載體的修改 ,增強了含密載體的 視覺質(zhì)量 ,提高了秘密信息的安全性 。但對于類似 于傳真文件的二值文本圖像 ,簡單的游程編碼不能 得到較高的壓縮比 ,需要改進游程編碼算法進行壓 縮 ,這個問題有待下一步繼續(xù)研究 。圖 2 信息隱藏的原理框圖第一步 : 對要嵌入的二值圖像進行游程編碼 ;第二步 : 將

16、串編碼長度 b _ n um 和 c _ num 以及 消息長度放入文件頭 ;第三步 :使用一個安全的隨機數(shù)生成器 ,利用密鑰 ke y 生成壓縮后信息嵌入的位置 ;第四步 :按照 l sb 替換進行隨機嵌入 。 發(fā)送方就完成了二值圖像的嵌入 。接收方提取時 ,根據(jù)密鑰 ke y 和消息長度從含密載體中提取 隱藏的秘密數(shù)據(jù) , 再根據(jù)串編碼長度 b _ num 和 c _num 就可以恢復原來的二值序列 ,重構得到隱藏的 二值圖像 。參考文獻petitcola s f , a nder so n r , kuhn m . info r matio n hid2ing a survey j .

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