基于直方图扩展的信息隐藏技术

########## 返回目录 - 信息隐藏技术(Python) ###

此例通过直方图扩展的方法嵌入一定数量的文字,嵌入容量取决于图像直方图最大的两个bin,所以可以称为pair-wise的直方图扩展嵌入方法。
注:

  1. 嵌入和提取方法的输入图像为灰度图
  2. 嵌入和提取的信息为字符串
  3. 此例可稍作修改后适用于多彩图、多pair-wise直方图扩展嵌入

源代码如下

import cv2
import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt 
import random

def str2bitseq(s, width=8):
    binstr = ''.join([(bin(c).replace('0b', '')).zfill(width) for c in s.encode(encoding="utf-8")])
    bitseq = [np.uint8(c) for c in binstr]
    
    return bitseq

def bitseq2str(msgbits):
    binstr = ''.join([bin(b & 1).strip('0b').zfill(1) for b in msgbits])
    str = np.zeros(np.int(len(msgbits)/8)).astype(np.int)
    for i in range(0, len(str)):
        str[i] = int('0b'+ binstr[(8*i):(8*(i+1))], 2)
    
    print(str)
    return bytes(str.astype(np.int8)).decode()

def find2bins(hist):
    "hist - list of histogram frequency"
    idx = sorted(range(len(hist)), key=lambda k: hist[k], reverse=True)
    a = idx[0] if idx[0] < idx[1] else idx[1]
    b = idx[1] if idx[0] < idx[1] else idx[0]
    return a, b

def getBit(num, bit_idx):
    return (num & (1<<(8-bit_idx))) >> (8-bit_idx)

def getHist(img_gray):
    "Get the histogram of img, where"
    "img is of grayscale"
    hist = cv2.calcHist(images=[img_gray], channels=[0], mask=None, histSize=[256], ranges=[0,256])
    return list(hist.astype(np.uint32).reshape((1,256))[0])

    
def peh_embed(img_gray, msg, seed=2020):
    "An illustration of how data are embedded in LSBs vis histogram embedding,"
    " img_gray - of grayscale"
    " msg - the to be embedded msg composed of 0 and 1 only"
    " seed - the encryption password"
    
    if len(img_gray.shape) > 2:
        print("Parameter img should be of grayscale")
        return img_gray
    
    # Step 1: check embedding capacity
    msg2embed = str2bitseq(msg)
    len_msg = len(msg2embed)
    # print(len_msg, msg2embed)
    # encrypted msg2embed
    random.seed(seed)
    s = [random.randint(0,1) for i in range(len_msg)]
    msg2embed = np.bitwise_xor(msg2embed, np.uint8(s))
    # print(len_msg, np.sum(msg2embed)/len_msg, msg2embed)
   
    # EC: embedding capacity
    # The first row of the img is preserved from data hiding
    # but for hiding some data bits for ha, hb and the len of msg
    hist = getHist(img_gray[1:, :])
    ha, hb = find2bins(hist)
    print(ha, hist[ha], hb, hist[hb])
    mask_lha = np.array(img_gray[1:, :]==ha).astype(np.uint8)
    mask_lhb = np.array(img_gray[1:, :]==hb).astype(np.uint8)
    EC = np.sum(mask_lha) + np.sum(mask_lhb)
    if EC < len_msg:
        print('Embedding Capacity {} not enough'.format(EC))
        return img_gray
    
    # Step 2 data embedding via histogram expansion
    img_marked = np.copy(img_gray)
    img_marked[img_marked<ha] = img_marked[img_marked<ha] - 1
    img_marked[img_marked>hb] = img_marked[img_marked>hb] + 1
    
    height, width = img_marked.shape
    
    cnt = 0
    for row in np.arange(1, height):
        if cnt >= len_msg:
            break
        
        for col in np.arange(0, width):
            if cnt >= len_msg:
                break
            # pixel = img[row, col]
            bit = msg2embed[cnt]
            # print(bit)
            if img_marked[row, col] == ha:
                img_marked[row, col] -= bit
                cnt += 1
            elif img_marked[row, col] == hb:
                img_marked[row, col] += bit
                cnt += 1

    # step 3: hide auxillary information
    bits_bin = (bin(ha).replace('0b', '')).zfill(8)
    bits_bin += ((bin(hb).replace('0b', '')).zfill(8))
    bits_bin += ((bin(len_msg).replace('0b', '')).zfill(24))
    # print(bits_bin)
    
    for i, bit in enumerate(bits_bin):
        img_marked[0, i] &= (255-1)
        img_marked[0, i] += np.uint8(bits_bin[i])
    
    return img_marked

def peh_extract(img_marked, seed=2020):
    "An illustration of how data are embedded in LSBs vis histogram embedding,"
    " img_marked - of grayscale"
    " seed - the password for decryption"
    
    if len(img_marked.shape) > 2:
        print("Parameter img should be of grayscale")
        return img_marked
    
    # Step 1: Extract auxillary information
    bits_bin = ''   
    for i in range(8+8+24):
        bits_bin += bin(img_marked[0, i] & 1).strip('0b').zfill(1)

    # print(bits_bin)
    ha = int('0b'+bits_bin[0:8], 2)
    hb = int('0b'+bits_bin[8:(8+8)], 2)
    len_msg = int('0b'+bits_bin[(8+8):(8+8+24)], 2)
    # print(ha, hb, len_msg)
    
    height, width = img_marked.shape
    msg_embedded = ''
    cnt = 0
    for row in np.arange(1, height):
        if cnt >= len_msg:
            break
        
        for col in np.arange(0, width):
            if cnt >= len_msg:
                break

            if img_marked[row, col] == ha or img_marked[row, col] == hb:
                msg_embedded += '0'
                cnt += 1
            elif img_marked[row, col] == ha-1 or img_marked[row, col] == hb+1:
                msg_embedded += '1'
                cnt += 1
    
    bits_embedded = [np.uint8(c) for c in msg_embedded]
    
    random.seed(seed)
    s = [random.randint(0,1) for i in range(len_msg)]
    msgbits = np.bitwise_xor(bits_embedded, np.uint8(s))
    msg = bitseq2str(msgbits)
   
    return msg


if __name__ == '__main__':
    img_file = './monarch.png'
    msg = '图像算术运算'
    img_gray = cv2.imread(img_file, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
    img_marked = peh_embed(img_gray, msg)

    cv2.imwrite('monarch_marked.png', img_marked)

    img_stego = cv2.imread('monarch_marked.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
    msg_out = peh_extract(img_marked)
    print('嵌入的信息为:', msg)
    print('提取的信息为:', msg_out)


    hist = getHist(img_gray[1:, :])
    hist_marked = getHist(img_marked[1:, :])
    x_index = list(np.arange(0, 256))
    plt.figure(figsize=(4,2))
    # plt.subplot(211), 
    plt.bar(x_index, hist, 1, color='r')
    plt.bar(x_index, hist_marked, 1, color='b')
    # plt.subplot(212), plt.bar(x_index, hist_marked, 1, color='b')
    plt.legend(('Cover', 'Marked'))
    plt.show()

输出:

嵌入的信息为: 图像算术运算
提取的信息为: 图像算术运算
灰度直方图变化

########## 返回目录 - 信息隐藏技术(Python) ###

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 216,470评论 6 501
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,393评论 3 392
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 162,577评论 0 353
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,176评论 1 292
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,189评论 6 388
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,155评论 1 299
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,041评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,903评论 0 274
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,319评论 1 310
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,539评论 2 332
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,703评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,417评论 5 343
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,013评论 3 325
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,664评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,818评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,711评论 2 368
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,601评论 2 353

推荐阅读更多精彩内容