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二值图像信息隐藏 二值图像信息隐藏算法与提取实验报告

bigegpt 2024-10-06 02:46 7 浏览

一、目的

1) 了解二值图像的特点

2) 掌握基于二值图像的信息隐藏

二、原理

1) 二值图像又称为单色图像或黑白图像,一般用1或0表示黑色或白色像素点,利用二值图像信息隐藏的方法主要是根据二值图像中黑白像素数量的比较来隐藏信息。

2) 方法是把一个二值图像分成一系列矩形图像区域B,某个图像区域B中黑色像素的个数大于一半,则表示嵌入0;如果白色像素的个数大于一半,则表示嵌入1,但是当需要嵌入的比特与所选区域的黑白像素的比例不一致时,为了达到希望的像素关系,则需要修改一些像素的颜色。

3) 该方法存在一定的缺陷,没有明确界定哪些像素可以修改以便于隐藏秘密信息,二值图像中某些像素的修改可能会引起二值图像视觉效果上的较大变化,相应的水印嵌入算法可能在较大程度上破坏图像的质量。

4) 为了达到较好的隐藏效果,可以采用游程编码方法在二值图像中隐藏信息。秘密信息嵌入时修改二值图像的游程长度,如果秘密信息位是0,则修改该游程长度为偶数;如果为1,则修改游程长度为奇数;如果秘密信息的取值与游程长度的奇偶性相匹配,则不改变游程长度。提取时根据游程长度奇偶性提取出秘密信息。在隐藏信息时,改变游程的奇偶性是通过对下一个游程的第一个像素的像素值进行修改,因此当下一个游程的值为1时不能修改。

三、 普通方式

1.1 嵌入秘密信息。打开MATLAB 7.1,依次点击“File”->“New”->“M-File”打开M文件编辑窗口,输入命令。如图所示

1.2 完整命令如下:

clc;


clear all;


msgfid=fopen('hidden.txt','r'); %打开秘密文件


[msg,count]=fread(msgfid);


fclose(msgfid);


msg = str2bit(msg);


msg = msg';


count=count*8;


io=imread('erzhi.bmp'); %读入载体图像


watermarklen=count %嵌入水印信息长度,也就是载体图像分块的数量值


[row col]=size(io);


l1=floor(row/watermarklen); %载体图像分块后的长度


l2=floor(col/watermarklen); %载体图像分块后的宽度


pixelcount=l1*l2; %每个分块总像素的数量值


percent=ceil(pixelcount/2);


iw=io;


ioblack(1,watermarklen)=0; %某一个分块中黑色像素的个数


iowhite(1,watermarklen)=0; %某一个分块中白色像素的个数


n=1;


while n<=watermarklen


for i=l1*(n-1)+1:l1*n


for j=l2*(n-1)+1:l2*n


if io(i,j)==0


ioblack(1,n)=ioblack(1,n)+1; %计算每个分块中的黑色像素的个数


else


iowhite(1,n)=iowhite(1,n)+1; %计算每个分块中的白色像素的个数


end


end


end


n=n+1;


end


n=1;


while n<=watermarklen


if msg(n,1)==1 %需要嵌入1


if ioblack(1,n)>=percent; %嵌入1的时候,黑色像素比白色像素多,需要修改一些像素的颜色


modcount(1,n)=ioblack(1,n)-percent+1;


k=1;


for i=l1*(n-1)+1:l1*n


for j=l2*(n-1)+1:l2*n


if (iw(i,j)==0&&k<=modcount(1,n))


iw(i,j)=1;k=k+1;


end


end


end


end


else


if iowhite(1,n)>=percent; %嵌入0的时候,白色像素比黑色像素多,需要修改一些像素的颜色


modcount(1,n)=iowhite(1,n)-percent+1;


k=1;


for i=l1*(n-1)+1:l1*n


for j=l2*(n-1)+1:l2*n


if (iw(i,j)==1&&k<=modcount(1,n))


iw(i,j)=0;k=k+1;


end


end


end


end


end


n=n+1;


end


n=1;


iwblack(1,watermarklen)=0; %某一个分块中黑色像素的个数


iwwhite(1,watermarklen)=0; %某一个分块中白色像素的个数


while n<=watermarklen


for i=l1*(n-1)+1:l1*n


for j=l2*(n-1)+1:l2*n


if iw(i,j)==0


iwblack(1,n)=iwblack(1,n)+1; %计算每个分块中的黑色像素的个数


else


iwwhite(1,n)=iwwhite(1,n)+1; %计算每个分块中的白色像素的个数


end


end


end


n=n+1;


end


figure;


imshow('erzhi.bmp');


imwrite(iw,'erzhimarked.bmp');


figure;


imshow('erzhimarked.bmp');

1.3 点击工具栏中“Save”命令保存M文件到work文件夹下(C:\Program Files (x86)\MATLAB71\work),文件名为binhiding.m。

1.4 将“C:\Users\Administrator\Desktop\信息隐藏技术\二值图像信息隐藏”下的“erzhi.bmp”、“str2bit.m”、“bit2str.m”、“toStr.m”及“hidden.txt”文件复制到work文件夹下。如图所示

1.5 回到MATLAB命令窗口,输入命令“binhiding”出现结果。如图所示

1.6 提取秘密信息。新建M文件“binextract.m”,输入命令。如图所示

1.7 具体命令如下:

clc;

clear all;


wi=imread('erzhimarked.bmp'); %读入载体图像


[row col]=size(wi);


watermarklen=48; %嵌入的水印信息的长度


l1=floor(row/watermarklen); %载体图像分块后的长度


l2=floor(col/watermarklen); %载体图像分块后的宽度


pixelblack(1,watermarklen)=0; %某一个分块中黑色像素的个数


pixelwhite(1,watermarklen)=0; %某一个分块中白色像素的个数


n=1;


while n<=watermarklen


for i=l1*(n-1)+1:l1*n


for j=l2*(n-1)+1:l2*n


if wi(i,j)==0


pixelblack(1,n)=pixelblack(1,n)+1; %计算每个分块中的黑色像素的个数


else


pixelwhite(1,n)=pixelwhite(1,n)+1; %计算每个分块中的白色像素的个数


end


end


end


n=n+1;


end


n=1;


while n<=watermarklen


if pixelwhite(1,n)>pixelblack(1,n) %如果白色像素块多于黑色像素块,秘密信息为1


message(n,1)=1;


else


message(n,1)=0; %如果黑色像素块多于白色像素块,秘密信息为0


end


n=n+1;


end


%将提取的秘密信息转换成字符串


out=bit2str(message);


fid=fopen('message.txt', 'wt');


fwrite(fid, out);


fclose(fid);

1.8 保存M文件,回到MATLAB命令窗口,输入命令“binextract”运行M文件。打开message文件。如图所示

四、 游程编码

2.1 新建M文件“RLEhiding.m”,在编辑窗口中输入命令。如图所示

2.2 完整命令如下:

clc;


clear all;


oi=imread('erzhi.bmp'); %打开载体图像


[row col]=size(oi);


oi=oi(:);


len=size(oi);


i=1;


i=1;


j=1;


%统计游程长度


while i<len(1)


or=oi(i,1);


count=1;


while (i<len(1)&&oi(i+1,1)==or)


i=i+1;


count=count+1;


end


RLE(j)=count;


j=j+1;


i=i+1;


end


if i==len(1)


RLE(j)=1;


end


RLE=RLE';


msgfid=fopen('hidden.txt','r');%打开秘密文件


[msg,msgcount]=fread(msgfid);


fclose(msgfid);


msg = str2bit(msg);


msg = msg';


msgcount=msgcount*8;


for l=1:msgcount


modpoint=0;


for x=1:2*l


modpoint=modpoint+RLE(x,1);


end


if msg(l,1)==0


if ((mod(RLE(2*l,1),2)~=0)&&(RLE(2*1+1,1)~=1))


oi(modpoint+1,1)=mod((oi(modpoint+1,1)+1),2);


end


else


if ((mod(RLE(2*l,1),2)==0)&&(RLE(2*1+1,1)~=1))


oi(modpoint+1,1)=mod((oi(modpoint+1,1)+1),2);


end


end


end


%统计修改后的游程长度


len=size(oi);


i=1;


j=1;


while i<len(1)


or=oi(i,1);


count=1;


while (i<len(1)&&oi(i+1,1)==or)


i=i+1;


count=count+1;


end


RLE1(j)=count;


j=j+1;


i=i+1;


end


if i==len(1)


RLE1(j)=1;


end


RLE1=RLE1';


m1=Vector2Matrix(oi,row);%将数组转换成为二位矩阵


imwrite(m1,'watermarked.bmp');


figure;


imshow('erzhi.bmp');


figure;


imshow('watermarked.bmp');

2.3 将“C:\Users\Administrator\Desktop\信息隐藏技术\二值图像信息隐藏”中的“Vector2Matrix.m”文件复制到work文件夹下(C:\Program Files (x86)\MATLAB71\work)。

2.4 保存M文件,回到MATLAB命令窗口,运行M文件查看结果。如图所示

2.5 提取隐藏内容。新建M文件RLEextract.m,进入编辑窗口,输入命令。如图所示

2.6 完整命令如下:


clc;


clear all;


oi=imread('watermarked.bmp'); %打开携密图像


[row col]=size(oi);


oi=oi(:);


len=size(oi);


i=1;


i=1;


j=1;


while i<len(1)


or=oi(i,1);


count=1;


while (i<len(1)&&oi(i+1,1)==or)


i=i+1;


count=count+1;


end


RLE(j)=count;


j=j+1;


i=i+1;


end


if i==len(1)


RLE(j)=1;


end


RLE=RLE';


msgcount=80;


for i=1:msgcount


msg(i,1)=0;


end


for l=1:msgcount


if mod(RLE((2*l),1),2)==0


msg(l,1)=0; %如果游程的值为偶数,表示隐藏的信息为0


else


msg(l,1)=1; %如果游程的值为奇数,表示隐藏的信息为1


end


end


out=bit2str(msg);


fid=fopen('message1.txt', 'wt');


fwrite(fid, out);


fclose(fid);

2.7 运行M文件即可看到结果。打开message1文件。如图所示

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