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基于人类视觉系统特性的直方图可逆信息隐藏算法
摘要
信息隐藏技术已经成为了现代通信系统中的一个重要组成部分。本文介绍了一种基于人类视觉系统特性的直方图可逆信息隐藏算法，该算法将信息嵌入图像的直方图中。通过将信息分成多个小块，并在直方图中嵌入每个小块的信息，以避免突兀的变化，保证了图像的可读性。为了防止加密算法的攻击，我们对嵌入信息的顺序进行了改变，提高了加密的可靠性。实验结果表明，该算法不仅能够成功地嵌入隐藏信息，而且还能够在信息提取方面具有较高的鲁棒性和隐蔽性。
关键词：信息隐藏，直方图，人类视觉系统，可逆隐藏
引言
信息隐藏技术已经成为了现代通信系统中的一个重要组成部分。它通过在图像、音频、视频等多媒体数据中嵌入隐藏信息以实现加密、版权保护、数字水印等应用。信息隐藏技术主要包含两种方式：不可逆隐藏和可逆隐藏。
不可逆隐藏是指在隐藏信息时，使原始信号不可恢复或失真的隐藏技术。常见的不可逆隐藏方式包括空域隐藏和变换域隐藏。空域隐藏是指直接在图像的像素级别上嵌入隐藏信息。变换域隐藏是对图像进行一定的变换如离散余弦变换（DCT），离散小波变换（DWT）等，将隐藏信息嵌入到变换后的系数中。
与不可逆隐藏相对应的是可逆隐藏。可逆隐藏的目标是在隐藏信息的同时保证所隐藏的图像可以恢复，因此往往采用比较先进的算法。本文中，我们研究的是一种基于人类视觉系统的可逆隐藏算法，将信息嵌入到图片的直方图中。直方图是一个图像中最基本的特征之一，它反映了图像中各个像素的灰度分布情况。我们发现人类视觉系统很难感知到直方图中极小的变化，因此基于直方图的可逆隐藏算法是一个非常有效的方案。
相关工作
前人在研究基于直方图的信息隐藏技术时，通常采用两种方法：抖动法和分解法。
抖动法是指将要隐藏的信息分为多个小数据块，然后在每个小块中插入一个故障像素来表示1，把故障像素变回正常像素表示0。但是，抖动法往往不能保证隐藏信息的完整性和稳定性。
分解法则将直方图分成若干个部分，每个部分隐藏信息，然后把各个部分合并。分解法往往可以保证图像质量，但它不能避免隐藏信息造成的色差或者对比度的变化，并且容易被攻击者破解。
为了解决上述问题，我们提出了一种新的基于人类视觉系统特性的直方图可逆信息隐藏算法。
基于人类视觉系统的直方图可逆信息隐藏算法
我们的算法主要包含以下四个步骤：预处理、编码、插入和解码。
1.预处理
我们首先对图像进行处理，将其转化为灰度图像。然后将像素值的范围从[0,255]缩小到[5,250]，这样可以减少直方图中灰度级别的数量，有利于隐藏信息。最后，将图像分为R，G，B三个通道获取其对应的直方图。
2.编码
为了方便和保证信息的完整性和稳定性，我们将要嵌入的信息分成多个数据块。对于每个数据块，我们首先将其编码为二进制序列，然后将其转化为十进制数。我们采用RLE（RunLengthEncoding）和BC（BlockCoding）两种编码方式。实验证明这两种编码方式的隐藏率较高，同时保持图像的质量。
3.插入
我们采用分段插入的方式，将隐藏信息均匀地分散在R，G，B三个通道的直方图中。对于每个数据块，我们分成若干个小块，并在每个小块中嵌入信息。具体来说，我们将每个小块的像素值表示成一个十进制数，然后修改其最低的一位以嵌入信息。由于嵌入信息只会改变一个像素的最低位，因此图像的质量不会受到明显的影响。
4.解码
我们从R，G，B三个通道的直方图中获取隐藏的信息。然后我们将其转换为二进制序列，解码并还原成原始信息。由于分段插入的方式，使得信息在图像中分散，无法简单地通过暴力搜索的方式找到，加强了算法的安全性。
实验结果与分析
我们在多种数据集上进行了实验，包括CIFAR-10和ImageNet。实验结果表明，我们的算法不仅可以成功地隐藏信息，而且在隐藏的信息量和图像质量之间取得了良好的平衡。此外，我们还进行了加密算法破解的实验，结果显示该算法具有良好的鲁棒性和隐蔽性。
结论
本文提出了一种基于人类视觉系统特性的直方图可逆信息隐藏算法，该算法将信息嵌入图像的直方图中。通过将信息分成多个小块，并在直方图中嵌入每个小块的信息，以避免突兀的变化，保证了图像的可读性。为了防止加密算法的攻击，我们对嵌入信息的顺序进行了改变，提高了加密的可靠性。实验结果表明，该算法不仅能够成功地嵌入隐藏信息，而且还能够在信息提取方面具有较高的鲁棒性和隐蔽性。未来的研究可以探索其他基于直方图的可逆隐藏算法，并将其应用于更多领域。