论文阅读笔记：Reversible data hiding in encrypted images based on pixel prediction and multi-MSB planes rea

Yin Z, She X, Tang J, et al. Reversible data hiding in encrypted images based on pixel prediction and multi-MSB planes rearrangement[J]. Signal Processing, 2021, 187: 108146.

发表在Signal Processing，中科院2区，IF=4.729。
[论文原文]

Preliminaries

·密文图像可逆信息隐藏
图像加密可以保护图像信息，使其在传输过程中不被泄露。然而图像加密也存在一定的缺陷，就是如果将图像转换为无意义的类噪声图像后会，在传输过程中会引起攻击者的注意。（类似于此地无银三百两）因此，出现了明文图像隐写，即将信息隐藏在有意义图像当中，使得隐藏的信息更加安全。这样做的缺陷是载体图像会直接暴露在传输路径中，引起载体图像的泄露。图像密文可逆信息隐藏关注点是如何在保证图像安全性的前提下，实现信息的高嵌入量，与图像的完全可逆性。通过在加密图像上嵌入附加的信息，并可以无损地提取信息和恢复原始图像的技术。
### Method
本文提出了一种基于像素预测和多个高有效位平面重排列的密文图像可逆信息隐藏。不同于之前的算法，该算法使用最高有效位表示预测误差的符号位,其余位平面表示数值位后得到预测误差位平面，并将预测误差位平面分块后自适应地标记。

首先对图像进行像素预测，预测完成后再获得预测误差值，即预测值与真实值之间的差异，预测公式与误差公式如下：


通过像素的相邻像素（左上像素、左像素、上像素）预测当前像素（右下像素）。若x1小于等于x2和x3，则预测像素为x2和x3的最大值；若x1大于等于x2和x3，则预测像素为x2和x3的最小值；若x1在x2与x3之间，则预测值取值为x2+x3-x1。
因为第一行与第一列的像素无法按照此方法进行预测，因此在计算预测误差时，第一行与第一列的像素值保留原始图像像素值，其余位置为原始像素减去预测像素值。
需要注意的是，这项操作有可能会造成图像像素溢出。比如真实值为0，预测值为255，预测误差就为-255。而每个像素值只能由8个比特记录，无法记录符号位。因此，若预测误差小于-127或大于127，则该预测误差判定为溢出位置，记录该像素原像素值。溢出位置由溢出位置标记图记录。

下一步是对位平面进行重新排列。


对于统一块和非统一块分别采用不同的信息嵌入方法。


在对图像使用流进行加密后，再将加密后的信息按照之间留出的位置嵌入到加密后的图像中。

参考文献

[1]Yin Z, She X, Tang J, et al. Reversible data hiding in encrypted images based on pixel prediction and multi-MSB planes rearrangement[J]. Signal Processing, 2021, 187: 108146.
[2]佘晓萌. 基于像素预测的密文图像高载荷可逆信息隐藏研究[D].安徽大学.