基于预测误差自适应编码的图像加密可逆数据隐藏.docx

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摘要针对现有算法中加密图像存在安全隐患及选用编码不佳导致图

像压缩率较低的问题提出了一种基于预测误差自适应编码的图像加密

可逆数据隐藏算法图像加密阶段设计了一种基于误差维持的图像加密

算法首先对  的图像块做块间置乱和像素调制加密然后根据图像

块中心像素值将非中心像素分组置乱数据嵌入阶段根据图像自身预测

误差分布自适应编码使用编码表对像素进行标记分类后将编码表与附

加数据共同隐藏在加密图像中生成携密加密图像实验结果表明加密阶

段分组置乱操作使原始图像与加密图像中特征值差异块数增多难以确

定加密前后图像中各图像块间的对应关系提高了加密图像的安全性且

图像整体的预测误差分布保持不变；相较于现有算法平均嵌入率提高

 以上且能无损提取附加数据、恢复原始图像

关键词可逆数据隐藏；误差维持加密；分组置乱；自适应编码；隐私

保护

随着计算机的发展应用更多的用户选择把数据上传至云端存储云

存储使数据的所有权和管理权分离使得云存储中数据安全以及个人隐

私保护引起了人们的关注加密图像可逆数据隐藏

 !"可为云存储中图像数据的安全

提供技术支持

#$%&

与传统的明文域可逆数据隐藏不同 ! 首先对图

像进行加密在加密图像中实现可逆的数据隐藏其中图像加密有效避

免了原始图像内容的泄露同时密文图像中附加数据的提取可用于图像

真实性认证来源追踪及隐私保护等多种应用场景

#&



现有  ! 可分为 % 类  加密前预留空间 ''

('') "

#*&

和加密后腾出空间 ''

('+, "

#$$-&

)  ! 可利用明文图像像素间的

相关性提高嵌入容量但增加了图像拥有者的操作难度不仅需要对原始

图像进行加密还要在加密前执行预处理操作这对于普通用户来说是难

以实现的而在 +,  ! 中图像拥有者只需要执行图像加密即可

减小了图像拥有者的技术需求

在已有的 +,  ! 算法中根据嵌入方法的不同可分为 

类$"采用低位翻转

#$$%&

通过翻转加密图像像素的最低有效位 

./0)"嵌入附加数据该类算法操作简单可获得较高的

直接解密图像质量但数据提取与图像恢复 % 个步骤不可分离且图像恢

复阶段不能完全可逆%"采用传统  嵌入附加数据其中直方图移位

#$$*&

应用较广泛通过寻找像素值或误差值的峰值点与零点值将像素值

进行小幅度修改实现信息的嵌入该类算法能够实现完全可逆但嵌入容

量相对较小"采用编码无损压缩使用编码表对图像进行压缩从而腾

出空间用于嵌入附加数据该类算法嵌入容量较高得到多数学者的关注

1 等人

#$2&

提出一种参数加密域可逆数据隐藏

3 !"算法设计了 % 种嵌入

编码策略在嵌入过程中选取嵌入率较高的编码表进行标记压缩在图像

完全恢复的情况下平均嵌入率达 $$为进一步提高嵌入率1 等

人

#$4&

修改了嵌入过程中使用的编码表在二叉树逻辑结构的基础上实用

化提出了参数二叉树标记3)5/"

的方法将加密后图像的像素根据预测误差及选取的参数标记为可嵌入

像素和不可嵌入像素 % 种标记后压缩的空间可用来嵌入秘密信息该算

法的平均嵌入率可达 $2-相较于文献#$2&的嵌入率提高 

上述 % 种方案对可嵌入像素预测误差的编码长度是相等的但对分

布不均匀的预测误差变长编码要比定长编码具有更高的压缩率在 67

等人

#$-&

提出的自适应编码策略算法中使用预先设定的哈夫曼编码表对

加密后图像块的最高有效位'.80)"分类标记平

均嵌入率可达 $-$该方案中编码表涵盖了一个块中最多存在 

种不同 80) 的情况但对纹理图像包含  种 80) 以上的块数是较

多的将其全部作为不可嵌入块将会导致嵌入率降低综上所述现有

+,  ! 文献中使用的编码表大多是预先设定的未结合图像自身

的特征因此根据图像自身像素值特征选取适合的编码策略是提高嵌入

容量的一种有效解决方案

提高嵌入容量是已有  ! 算法研究的主要内容同时加密算法

的安全性也逐渐被研究者们关注上述算法中文献#4$%&采用了位异或

加密方法加密后的熵值较高密文图像类似随机噪声但加密前后像素

位置并未发生变化不能抵抗 9.

#$&

提出的唯密文攻击为抵抗这类唯

密文攻击算法多位研究者提出块置乱及相应改进算法

#$$-&

在文献#$&

中采用块内置乱与块间置乱该方法中像素值并未发生改变不能抵抗

/ 等人

#%&

提出的已知明文攻击在文献#$2$4&中块间置乱与像素调制

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