植基於 EMD技術之可逆式資料隱藏法

作者：郭文中、許偉德

國立虎尾科技大學資工系

報告者：許晟

日期： 2010/10/27

大 綱 前言 文獻探討 可逆式 EMD資料隱藏法 實驗結果與討論 結論

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1.前言 網路頻寬及電腦科技不斷增進，帶給人們使用上便利性及方便性。

發生機密資訊外洩或者資料被竄改。

提出結合 EMD的可逆式資料隱藏技術，不僅達到高藏量，也可達到可逆式之目的。

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2006年， Zhang 和 Wang率先提出一種高藏量的 EMD(Exploiting Modification Direction Method)技術。

2007年， Lee等人提出改善 Zhang 和Wang所提出的原始 EMD其將 n 值限制為 2 ，並讓像素間改變的狀態由五種提升至八種。

2009年， Kuo等人提出通式化的 EMD技術，讓 n 值可隨機調整，在使用上更具有彈性。

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2.文獻探討植基於 EMD資料隱藏法 2006年， Zhang和 Wang提出運用相鄰像素差異性最小特性，提出有效率的資料隱藏技術。

其中 gi為第 i 個像素而 k 是挑選的像素個數。

(1) )12mod()(),,,(1

21

kiggggfk

iik

5

藏匿資料演算法： 輸入：載體影像，藏匿資訊，參數 k 。 輸出：偽裝影像。

① 發送端挑選 k 值，決定擷取載體影像的連續像素個數及秘密訊息位元。

② 根據式 (1)計算函式 f 數值。③ 計算函式 f 與秘密訊息 s 的差值 D 。④ 若 D <= k ，則調整在第 gs 位置的像素。⑤ 若 D > k，則調整在第 g2k+1-s位置的像素。⑥ 直到所有秘密訊息都藏入後，則停止藏入步驟並

輸出偽裝影像。

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資料取出演算法： 輸入：偽裝影像，參數 k 。 輸出：藏匿資訊。

① 接收端取得 k 值，並決定擷取偽裝影像的連續像素個數。

② 根據式 (1)計算每組像素群組的函式 f 值，而 f 值即為藏匿資訊。

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通式化 EMD資料隱藏法 Kuo等人在 2009年提出有效率且增進藏量的通式化 EMD技術 ( 簡稱 KCW法 ) ，該方法不僅改善 Zhang和 Wang的原始 EMD方法的隱藏量，同時修正 Lee等人所提出的改進式 EMD技術之參數 k 必須等於 2 的情況之缺點。

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藏匿資料演算法： 輸入：載體影像，秘密訊息 s 。 輸出：偽裝影像，參數 k 。① 發送端挑選 k 值，決定擷取載體影像的連續像素個數

當成一群組及秘密訊息位元。② 利用式 (2)計算函式 f 數值。 (2)

取 (k+1)個二位元的串列 (sk, sk-1, …, s1, s0)並將其透過式 (3)轉換成秘密訊息 s 。

)2mod())12((),,( 1

121

k

k

i

iik ggggf

9

(3) 其中 。③ 計算秘密訊息 s 及函式 f 的差值 D ，如式 (4)所

示。 (4)④ 適當地將差值 D 調整到這 k 個連續像素中。

222 011

11 sssss k

kk

k

}1,0{,,,, 011 ssss kk

2mod)( 1 kfsD

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資料取出演算法： 輸入：偽裝影像，參數 k 。 輸出：載體影像，秘密訊息 s 。① 取 k 個連續像素當成一群組，並計算擷取函式 f 。② 將計算後的函式 f 轉成二進制即可取出藏匿訊息。

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3.可逆式 EMD資料隱藏法

圖 1 本文所提之系統流程圖

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影像擴張技術

圖 2 影像擴張示意圖

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可逆式 EMD藏匿資料演算法 輸入：載體影像，秘密訊息，參數k 。 輸出：偽裝影像。① 發送端挑選 k 值，決定擷取載體影像的連續像素個

數及每次藏匿的秘密訊息位元。② 根據式 (2)計算函式 f 數值。③ 取 (k+1)個二位元的串列 (sk , sk-1, …s1, s0)

並利用式 (3)轉換成秘密訊息 s 。④ 計算秘密訊息 s 及函式 f 的差值 D ，如式 (4)所示。

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⑤ 依據 KCW演算法來調整像素值，並紀錄修改後的差值 d ，如式 (5)所示。

(5)⑥ 將經過 EMD藏匿後的偽裝影像運用內插法擴張。⑦ 用剩餘的像素來記錄修改後的差值 r 如式 (6)所

示，即圖 2 中每個 2×2區塊的藍色部分與綠色部分相減。再根據表 1 調整每個綠色部分像素值。 (6)

'11 PPd

3mod4,ii PPr

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資料取出演算法： 輸入：偽裝影像，參數 k 。 輸出：原始影像，秘密訊息。① 取得參數 k ，決定擷取像素區塊當成一群組，並根據

式 (2)計算函式 f 。② 將計算後的 f 轉換成二進制即可取出藏匿資訊。③ 運用式 (6)來計算記錄於圖 2 綠色部分的修改資訊 r 。④ 將計算後的結果 r 與修改後的像素相加即可得到原始

像素。⑤ 再將圖二的藍色部分取出即可重建原始影像。

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例 1 ：假設有一 2×2大小的像素區塊如圖三所示且所選用的參數 k =4。

圖 3 以 2×2為區塊示意圖

20 19

23 12

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當其欲藏匿資訊為“ 100102”，則其藏匿的方法如下說明：

① 根據式 (2)計算函式 f(g1,g2,…,gk) =(20+19×3+23×7+12×15) mod 32 = 2。

② 利用式 (3)計算秘密訊息 s = 24×1+ 23×0+ 22×0+21×1+0 = 18。

③ 根據 KCW演算法來調整像素，分別調整為21、 19、 23、 13，如圖四所示。

④ 運用內插法將經 EMD藏匿後影像擴張，如圖五所示。⑤ 將差值紀錄在每個 2×2區塊的右下位置，分別調整為20、 17、 20、 14，如圖六所示。

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圖 4 經 EMD藏匿示意圖圖 5 經 EMD藏匿後擴張示意圖圖 6 差值紀錄示意圖

21 19

23 13

21 20 19 20

22 21 16 18

23 18 13 15

19 20 16 14

21 20 19 20

22 20 16 17

23 18 13 15

19 20 16 14

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例 2 ：假設接收端收到藏匿圖形如圖六所示，使用者取得參數 k 並進行取出步驟：

① 計算函式 f =21+19×3+23×7+13×15 mod 32 = (18)10

② 將 f 轉換成 2 進制即可取出藏匿訊息 (10010)2。③ 將藏匿的差值取出，分別為 -1 、 0 、 0 、 -1，還原 2×2區塊的左上位置的像素，達成可逆之目的。

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4.實驗結果與討論

圖 7. 原始影像 (256×256)

圖 8. 經 EMD藏匿後擴張的載體影像 (512×512)圖 9. 藏匿差值紀錄後的偽裝影像 (512×512)

Airplane Baboon

LenaPeppers

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表 2 不同的參數 k 下之藏量及 PSNR

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5.結論 本論文提出一種結合影像內插法可增加資料隱藏量的可逆式 EMD資料隱藏技術。

實驗結果顯示，此方法與運用影像擴張的相關研究比較，確實能有效提升藏量並維持一定的影像品質。

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