基于插值图像的可逆信息隐藏算法研究

◆牛向洲 张敏情

（武警工程大学电子技术系 陕西 710086）

基于插值图像的可逆信息隐藏算法研究

◆牛向洲 张敏情

（武警工程大学电子技术系 陕西 710086）

本文提出一种基于插值图像的可逆信息隐藏算法。该插值算法考虑到所有相邻像素点，但根据其接近度使用不同的权重,因此，它提供了更好质量的插值图像。为了确保所提出的方案的可逆性，对于每次嵌入通过构造位置图来实现。基本上，所提出的方案仅在数据隐藏阶段期间会增加或减少像素值，这在计算复杂度方面改善了所提出的方案的性能。通过实验验证，本文的算法在嵌入容量、图像质量和计算复杂性等方面优于现有方案。

可逆信息隐藏；算法研究；插值图像

0 引言

随着通信技术的快速发展，通过公共网络传输例如商业、企业或军方使用的秘密信息是不安全的，因为存在伪造、欺诈、版权侵犯和假冒等损坏行为。因此，开发保护秘密信息的方法是非常必要的。作为解决安全问题的方法之一，信息隐藏技术在信息安全中起着重要的作用。

信息隐藏是将秘密信息嵌入一个载体中，而后进行信息通讯。通常，信息隐藏技术包括两种主流技术：隐写术和水印0。水印的主要目的是防止攻击者通过使用各种适当的失真来移除消息。隐写术是一种强调仅仅检测隐藏信息的存在的隐蔽通信。目前，信息隐藏方法分为两类：不可逆信息隐藏方法和可逆信息隐藏方法。在基于空间域的方法中，秘密信息通常改变像素值的方法来达到嵌入的目的。在本文中，我们提出了一种调整像素值特征的基于插值图像的可逆信息隐藏算法，同时提供高质量的隐写图像和高嵌入容量。

1 插值算法的发展

1.1 双线性插值 (Bilinear Interpolation)

双线性插值(BI)考虑已知的最近的2* 2邻域，得到对角线方向上点的像素值，然后对这四个像素值进行加权平均以得到最终插值。双线性插值的一个主要缺点是主要适用与平滑图像。像素值p'（1,2）通过对作为相邻像素的参考像素进行加权来计算：

1.2 邻域平均插值（Neighbor Mean Interpolation）

2009年，Jung和Yoo提出了一种基于邻域均值的信息隐藏算法（NMI）。NMI方法使用相邻像素值计算平均值并将其插入尚未分配的像素。对于3×3子块计算NMI如：

NMI由于其简单的计算而有助于嵌入大量的秘密数据，同时保持图像质量。

1.3 最近邻域插值（Nearest Neighbor Interpolation）

最近邻域插值（NNI）是一种非常简单的技术，选择最近的相邻点作为插值：

Jung和Yoo的实验结果表明，当通过PSNR（信噪比）测量时，NMI产生的平均图像质量为24.44dB，优于通过NNI获得的20.68dB和通过BI获得的23.88dB。因此，当处理大量图像时，仍然是NMI较为适用。

1.4 增强的邻域平均插值(Enhanced Neighbor Mean Interpolation)

增强的邻域平均插值（ENMI）方案是Jung和Yoo方案的改进版本。其中p'(0,1)，p'(1,0)，p'(1,1)，p'(1,2)和p'(2,1)的像素值是通过对其参考邻域像素来计算。

它进一步提高了图像质量，因为它使用了更多的邻域像素。

2 算法构造

新算法构造如下：

对一张大小为N* N的原始图像进行信息的嵌入，对图像中的每一个像素点进行如下操作：

3 算法实现与分析

在本节中，我们将讨论我们提出的方法和其他主流方法的性能。利用6幅载体图像，每张都是512*512像素，分别是“Lena”，“Baboon”，“Airplane”，“Hill”，“Peppers”和“Man”，所提出的算法在 MATLAB上运行，使用伪随机数发生器产生实验中使用的秘密数据。将提出的算法在嵌入容量、峰值信噪比(PSNR)和运算时间三方面与现有算法进行性能对比。如下表所示：

表1 性能对比

运算时间 5.34 4.29 5.32 1.140

分析上表可以看出，本文的算法在嵌入容量和保持图像质量方面远远优于现有的方案。我们可以说，提出的算法比现有算法在PSNR（dB），嵌入容量（比特）和运算时间（秒）方面更好。

4 结束语

本文提出了基于插值图像的利用像素值特性的可逆信息隐藏算法。本文的算法能够提供质量良好的隐写图像并且实现高嵌入容量。同时，所提出的算法在计算上不复杂，因此，算法的运算效率更高。下一步的研究可以针对调查其他高效数据隐藏的使用技术来消除使用位置图来进一步改进数据隐藏容量和图像质量。

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