融合二面体对称扩展与上下文感知盲恢复的加密图像可逆数据隐藏方法

《Applied Sciences》:High-Capacity Reversible Data Hiding in Encrypted Images Using D4-Symmetry Bidirectional Pixel Shifting and Context-Aware Recovery

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月20日 来源:Applied Sciences 2.5

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   摘要 加密图像中的可逆数据隐藏(RDHEI)允许云服务器将数据嵌入加密图像中,并允许授权接收者后续提取数据并精确恢复原始图像。其中一类方法通过重新排列小区块内的像素来嵌入数据,从而保持每个置换区块的直方图不变。双向像素移位方案是近期该类方法中的强有力成员,但它存在两个局限:

  

摘要

加密图像中的可逆数据隐藏(RDHEI)允许云服务器将数据嵌入加密图像中,并允许授权接收者后续提取数据并精确恢复原始图像。其中一类方法通过重新排列小区块内的像素来嵌入数据,从而保持每个置换区块的直方图不变。双向像素移位方案是近期该类方法中的强有力成员,但它存在两个局限:它仅扩展了循环图案集合,因此正方区块的几何对称性未被利用;此外,其盲恢复——即接收者仅从图像本身推测每个区块的置换方式——仅依赖于区块内的平滑性。本文针对这两个局限展开研究。首先,我们将八种二面体(D4)对称性与两种循环移位相结合,使每个4×4区块获得2048种不同的图案,即11位;并通过穷举枚举验证,对于全文所使用的4×4区块,这2048种图案两两互不相同。其次,我们加入了一个上下文感知项,使恢复结果与已恢复的相邻区块保持一致,并动态选择区块大小。这两项改动突破了传统的容量—质量权衡:该方法嵌入的数据更多,同时错误恢复的区块数量少于基线方法。压缩后的位置图消除了微小的残余误差,并被嵌入到标记图像本身中,因此持有两把密钥和公开图像标识符的授权接收者在重建数据时无需依赖单独的侧信道。在12幅标准图像上,该方法在精确重建条件下的平均净嵌入率达到0.68 bpp,比双向基线方法高出12.8%;盲恢复准确率比该基线方法提升7.0 dB。在全部12幅图像上均取得最高净嵌入率;在三个大型数据集上,较基线方法领先6.5%至20.0%;与最强竞争方法相比,在两个数据集上领先,在第三个数据集上持平。所有比较均在像素重排类方法内进行,该类方法在不改变像素值的前提下实现嵌入;基于预测的方案在另一种约束条件下可达到更高的嵌入率。
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