A New Hybrid Data Hiding Method Based on Near Histograms

Öz

As a result of features such as increased data transfer rates and diversification of communication methods in the digital world, the importance of data hiding has increased. The main purpose in data hiding studies is that the secret information could not detected by third parties, only the desired people can extract secret data. The most important goals in steganography applications are increasing the hidden data capacity, reducing the change in the cover image and making it difficult to detect hidden data. The histogram is a distribution that showing the shades of a digital image. Data hiding is often done on different cover media datas, and studies in this area attract much attention. The proposed method determines the pixel values by histogram distribution to hide data. Histogram values were preserved by minimizing the change in the cover data. In the proposed method, the peak value is determined in the histogram distribution of the image to be used for data hiding. Depending on whether the peak value is odd or even, adjacent pairs of values are determined for data hiding. The image is scanned and data hiding is done to the respective pixel pairs. In the proposed study, it is aimed to minimize the change in the image by increasing the capacity and durability. For this purpose, when it is desired to increase the hiding capacity, all the red, blue and green color channels in the image can be used. It is very important that the histogram distribution does not change much after data hiding. The visual quality of the carrier (stego) image obtained by hiding data with the proposed method is quite high. The most important reason why the visual quality is so good is because of the developed method. Previous histogram-based methods open a space around the peak value of the histogram by shifting all pixels except the peak. In other words, when it is desired to hide even a letter in previous histogram-based methods, a gap must be opened in the histogram and all pixels must be intervened. However, since no shifting is required in the proposed method, the visual quality of stego images is largely preserved. The proposed method provides superiority over similar studies in the literature in terms of visual quality, secret message extraction, capacity, invisibility and durability.

Anahtar Kelimeler

• Data Hiding
• Histogram
• Hybrid method
• LSB
• Stego Image

Yakın Histogramlar Temelli Yeni Bir Hibrit Veri Gizleme Yöntemi

Öz

Sayısallaşan dünyada veri aktarım hızlarının artması, iletişim yöntemlerinin çeşitlenmesi gibi özellikler sonucunda bilgi gizleme çalışmalarının önemi artmıştır. Gizli bilginin üçüncü şahıslar tarafından algılanamaması, sadece istenen kişilerin ilgili gizli veriyi ortaya çıkarabilmesi bu çalışmalardaki temel amaçtır. Gizlenen veri kapasitesinin artırmak, örtü görüntüsündeki değişimi azaltmak ve gizli verinin tespitini zorlaştırmak veri gizleme (steganografi) uygulamalarındaki en önemli hedeflerdir. Histogram, sayısal bir resmin renklerinin hangi tonlarda olduğunu gösteren bir dağılım grafiğidir. Verinin gizlenmesi farklı ortamlar üzerinde sıklıkla yapılmakta ve bu alanda ki çalışmalar oldukça ilgi görmektedir. Önerilen yöntem, histogram dağılımını kullanarak veri gizleme yapılacak piksel değerlerini tespit etmektedir. Veri üzerindeki değişimi minimize ederek histogram değerlerinin korunması sağlanmıştır. Önerilen yöntemde veri gizleme için kullanılacak görüntünün histogram dağılımındaki tepe noktası tespit edilmektedir. Tepe noktasının tek veya çift olmasına göre veri gizleme için kullanılacak komşu değer çiftleri belirlenmektedir. Görüntü taranarak ilgili piksel çiftlerine gizleme yapılmaktadır. Önerilen çalışmada kapasite ve dayanıklılık artırılarak görüntü üzerindeki değişikliğin minimize edilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaçla gizleme kapasitesinin daha fazla olması istendiğinde görüntüdeki kırmızı, mavi ve yeşil renk kanallarının tamamı kullanılabilmektedir. Veri gizleme işlemi sonucunda histogram dağılımının çok fazla değişmemesi oldukça önemlidir. Önerilen yöntem ile yapılan veri gizlemede elde edilen taşıyıcı (stego) görüntünün görsel kalitesi oldukça yüksektir. Görsel kalitenin bu kadar iyi olmasının en önemli sebebi geliştirilen yaklaşımdan kaynaklanmaktadır. Daha önceki histogram tabanlı yöntemler tepe noktasının etrafını boşaltmak için histogramda tepe değeri hariç tüm pikseller ötelenmektedir. Diğer bir deyişle geçmiş histogram temelli yöntemlerde bir harf bile gizlemek istendiğinde histogram da bir boşluk açılması ve tüm piksellere müdahale edilmesi gerekmektedir. Oysaki önerilen yöntemde herhangi bir ötelemeye ihtiyaç duyulmadığı için stego görüntülerin görsel kalitesi büyük oranda korunmaktadır. Önerilen yöntem görsel kalite, gizli mesajın çıkartımı, kapasite, görünmezlik ve dayanıklık açısından, literatürdeki benzer çalışmalara göre üstünlük sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Hibrit yöntem
• Histogram
• LSB
• Stego Görüntü
• Veri Gizleme

Kaynakça

1. Chang C. C., Tai W. L. & Chen K. N. (2008). Lossless Data Hiding Based on Histogram Modification for Image Authentication, IEEE/IFIP International Conference on Embedded and Ubiquitous Computing, Shanghai, 506-511.
2. Chen, X., Sun, X., Sun, H., Xiang, L. & Yang, B., (2015). Histogram shifting based reversible data hiding method using directed-prediction scheme, Multimed Tools Appl, 74, 5747–5765.
3. Chrysochos E., Fotopoulos V., Skodras A. & Xenos M. (2007, May). Reversible Image Watermarking Based on Histogram Modification, 11th Panhellenic Conference on Informatics with international participation, Patras, Greece.
4. Gutub A., Ankeer M., Abu-Ghalioun M., Shaheen A. & Alvi A. (2008, March). Pixel Indicator High Capacity Technique for RGB Image Based Steganography, WoSPA 2008 – 5th IEEE International Workshop on Signal Processing and its Applications, University of Sharjah, Sharjah, U.A.E.
5. Hwang, J. H., Kim, J. W. & Choi, J. U. (2006). A reversible watermarking based on histogram shifting. In: Y.Q. Shi, B. Jeon. (Eds.) Digital Watermarking. IWDW 2006. Lecture Notes in Computer Science, (4283, 348-361) Berlin, Heidelberg: Springer
6. Islamy, C. C. & Ahmad, T. (2019). Histogram-based multilayer reversible data hiding method for securing secret data, Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, 8(3), 1128-1134.
7. Konyar, M. Z., Akbulut, O., & Öztürk, S. (2018, Sept). Matrix Encoding Based Data Hiding in HEVC, 2018 3rd International Conference on Computer Science and Engineering (UBMK), Sarajevo, 662-665.
8. Kuo, W. C., Jiang, D. J. & Huang, Y. C. (2008). A reversible data hiding based on block division, Congress on Image and Signal Processing, Sanya, Hainan, 365-369.

9. Kurnaz H. & Sondaş A. (2018, Nov). Histogram Temelli Bir Veri Gizleme Yönteminin Uygulanması, Uluslararası Marmara Fen ve Sosyal Bilimler Kongresi, Kocaeli, Türkiye.
10. Lin, Y. C. & Li, T. S. (2011). Reversible Image Data Hiding Using Quad-tree Segmentation and Histogram Shifting, Journal of Multimedia, 6(4), 349-358
11. Meiamai V., Minu A. & Anushia Devi R. (2013). Histogram Technique with Pixel Indicator For High Fidelity Steganography, International Journal of Engineering and Technology, 3(5), 0975-4024.
12. Mohammed A. & Al-Husainy F. (2015). Image Steganography Method Preserves the Histogram Shape of Image, European Journal of Scientific Research, 1(130), 101-106.
13. Ni Z., Shi Y.Q., Ansari N., Su W. (2006). Reversible Data Hiding, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 16(3), 354-362.
14. Pan, Z., Hu, S., Ma, X. & Wang, L., (2015). Reversible data hiding based on local histogram shifting with multilayer embedding, J. Vis. Commun. Image R., 31, 64-74.
15. Patel Z. V. & Gadhiya S. A. (2015). A Survey Paper on Steganography and Cryptography, International Multidisciplinary Research Journal (RHIMRJ), 2(5), 1-5.
16. Sencar H.T., Ramkumar M., & Akansu A.N. (2004). Data Hiding Fundamentals and Applications, New York: Elsevier, Academic Press.
17. Solak, S. (2019, April). Görüntü Histogramında Yer Alan En Yüksek Değere Verilerin Kayıpsız ve Geri Dönüşümlü Gizlenmesi, Uluslararası Marmara Fen ve Sosyal Bilimler Kongresi Bildiriler Kitabı, Cilt I, 323-327, Kocaeli, Turkiye.
18. StegSpy, Erişim Adresi: http://www.spy-hunter.com/stegspy (Son Erişim tarihi: 20.12.2019)
19. StegDetect, Erişim Adresi: https://stegdetect.apponic.com/ (Son Erişim tarihi: 20.12.2019)
20. Xuan G., Shi Y. Q., Chai P., Cui X., Ni Z. & Tong X. (2007, 3- 5 December). Optimum Histogram Pair Based Image Lossless Data Embedding, in Proc. Int. Workshop Digit. Watermarking Ser. Springer Lect. Notes Comput. Sci., Guangzhou, China.
21. Yalman, Y., Çetin, Ö., Ertürk İ. & Akar, F. (2014). Veri gizleme. İstanbul: Beta Yayınevi.
22. Yalman Y., Ertürk İ. (2009, February). İmge Histogramı Kullanılarak Geometrik Ataklara Dayanıklı Yeni Bir Veri Gizleme Tekniği Tasarımı ve Uygulaması, XI. Akademik Bilişim Konferansları, Harran Üniversitesi, Şanlıurfa.
23. Wu, H., Dugelay, J & Shi, Y. (2015). Reversible Image Data Hiding with Contrast Enhancement, IEEE Signal Processing Letters, 22(1), 81-85.