Indonesian J ournal of Ele c trical Engin eering and  Computer Sci e nce   Vol. 2, No. 3,  Jun e  201 6, pp. 712 ~ 71 9   DOI: 10.115 9 1 /ijeecs.v2.i3.pp71 2-7 1 9        712     Re cei v ed Ma rch 2 4 , 2016;  Re vised Ma y 10, 2016; Accepted Ma y 25 , 2016   A Review on LSB Substitution and PVD Based Image  Steganography Techniques      Adit y a  Kumar Sahu*, Gan dharba S w ai n      CSE, KL Unive r sit y , Vad des w a ram-5 225 02,  Andhr a Prad es h, India   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : adit y asa hu.c s e@gma il.com       A b st r a ct   T here  has  bee n a tre m en dou s grow th in  Informatio n  a nd  Co mmun icati o n tech nol og ies  duri ng t h e   last d e cad e . Int e rnet  has  bec o m e  the  do mina nt medi a fo r  da ta co mmu n icati on. But th e sec r ecy of th e d a t a   is to be taken  care. Stegano grap hy is a techni que fo r ac hievi ng secr ec y for the data communic a ted  i n   Internet. T h is paper pr ese n ts a review  of the stegan ogr aphy  techniq ues b a s ed on l east si gnific ant bit (L SB)  substitutio n   an d p i xel  val u e   differenc ing  (P VD). T he  v a ri ous tec hni qu e s  pro pose d   in  the  literat ure  are   discuss ed  an d  possi ble  co mp ariso n  is  do ne   alo ng w i th t heir  resp ective  me rits. T he co mp ariso n  p a ra met e rs   consi dere d  are ,  (i) hidin g  cap a city, (ii) distortion  me as ure, (iii) security, and (iv)  comp utati ona l co mpl e xit y .     Ke y w ords : cryptogra phy; ste gan ogra phy; le ast signific ant  bit substitutio n ;  pixel va lue  differenc ing         Copy right  ©  2016 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Cryptog r a phy  and Stegano grap hy are th e two widely  use d  tech niq ues to provid e se cret  comm uni cati on [1]. But the way they f unctio n s  are  different. Cryptogra phy is  the tech niqu e  of  transfo rmin g any plaintext into ciphe rtex t. St eganogra phy focu se s on ke eping th e existen c e o f  a   messag e se cret. It was ori g inated fro m  Gree k words  Stegano s (co v ered ) and G r apto s  (writin g ),  calle d it as “covered  writin g” [3]. Stegan ogra phy is  a  bran ch  of se curity whi c h d eals  with hidi ng   of informatio n in any cover mediu m  like imag e, audio, video, and text [40-41]. The orig inal   image  used f o r hi ding  data  is  called  cover-im age,  an d t he ima ge a fter hidin g  se cret  data into   it is   calle d stego -i mage. Stega nography techniqu es a r e  prop osed by different re se arche r s in bo th  spatial d o mai n  and tran sfo r m domai n.   Steganalysi s   is a n  a r t an d  sci en ce  of di sc overin g  the   hidd en data from stego -i mage  [5 ,   35]. This is something li ke  cryptanaly s is. Many  stega nalytic attacks pre s e n t on spatial do mai n s  are RS a naly s is, Hi stog ra m analysi s , Chi-squa re  atta ck, Weighte d -Stego (WS ) a nalysi s  etc. The  efficien cy of any steg ano grap hic te ch nique  dep e n d s u pon va ri ous  paramet ers. Som e  of  the  important  parameters are, (i) capa city, (i i) di stortion  measure, ( iii) security or  attack resistance,  and (iv)  com p utational com p lexity. Capa city is  the ma ximum amou nt of data tha t  can be  hidd en  insid e  the i m age. It is  usu a lly rep r e s ent ed in te rm s  o f  bits pe r  pixe l. The di storti on in th e  ste go- image can b e   mea s u r ed by  pea k  si gn al-to-noi se  ra tio (PSNR).  High er the P S NR m ean s l e sser  is the di storti on. A good  stegano gra phi c techniq ue  should  be resi stant to vario u s  stega naly s is  attacks. The  comp utationa l complexity refers  to the time requi red  to hide the data insi de th e   cover im age.    The  requi rem ents fo r a  go od  stegan og raphi c techniq ue a r e  as  sh own i n  T able  1. The r e   are different  t e ch niqu es  i n  spatial dom ai n.  Tho s e  are,  (i)  Lea st Sig n ificant Bit (L SB) su bstituti on,  (ii) Pixel Value Differencin g (PVD), Expl oiting modifica tion dire ctio n (EMD) etc.       Table 1. Perf orma nce parameters  Parameters  Requirement   Capacit y  Should be High   Distortion  Should be Lo w  Securit y   Should be High   Computational C o mplexit y   Should be lo w    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 25 02-4 752    IJEECS  Vol.  2, No. 3, Jun e  2016 :  712  – 719   713 The re st of the pape r is orga nize d  as fo llo ws. In se ction 2  the LSB sub s titution   techni que s a r e represent ed, in sectio n 3 the PV D techniq u e s  are  de scrib ed. In se ctio n 4,  LSB+PVD te chni que s are descri bed a n d  in se ction 5  the paper i s  con c lu ded.       2. LSB Subs titution T ech niques   To a c hieve  secu re  co mmu nicatio n  in  sp atial dom ain t he  se cret  dat a is emb edd e d  in th e  cover me diu m . It ca n b e   achi eved  by  modifying th e  bits at the  L SB plane s.  L SB sub s titutio n  can  be extende d u to 4-LSB p l ane s to achi eve high cap a city. John so n and Jajodi a [2] propo se d   variou s steg a nographi c software tool s li ke S-T ool s a nd EzStego t ool usi ng lea s t signifi cant  bit  (LSB)  su bstit u tion. Wang   et al [3] p r o p o se d a  ne w  way of  emb e dding  bit to  L SB plane  by  usin g   pixel adju s tm ent pro c e s s. In their meth o d  they  introd u c ed th e co ncept of Mode rately-Significant- Bit (MSB) i.e. they targete d  the interme d iate bit  of the cover im ag e. So by this mean s the se cret   data ca n be  se cured if an y damage to  the LSB bit  is cau s ed in fut u re. Fu rtherm o re, to impro v e   the stego -im age qu ality it use s  the co nce p t of  pixel adjustm ent pro c e ss.  Wa ng et al [4] again   came  up  with a uni que i dea to hi de t he data f r om  the interce p tor. They u s e d  the con c ep t of   geneti c  algo rithm to hide the valuable data in  the k-LSB s  of the cover image. Although it   incr ea se s t h e  comput at io n a l t i me,   but provides g r eate r  se cu rity.    To de cre a se the co mputati onal time an d  incr ea se the  hiding  cap a cit y , a novel techniqu e  has  be en pro posed by Ch ang et al [6].  This meth o d  use s  the co n c ept of dyna mic pro g ram m ing   to identify the  optimal bit in LSB for substitution.  It uses the co nce p t of “Principl e  of optimality”.  This p r in ciple  ensu r e s  that  each su b seq uen ce  of a so lution mu st be optimal. By experim ent the  authors  have  prove d  that,  the computati onal time   is less  comp are d  to the  meth od p r op osed  by  Wan g  et. al. [4] and also q uality of the stego image i s  better.  Cha n  an d Ch eng [7] exten ded the  wo rk of Wa ng et  al [4], they experime n tally sho w e d   that the image quality of the stego -i mage  can  b e  gre a tly enhan ced  with low computat iona l   compl e xity. T he autho rs h a ve proved t hat t he worst  mean-sq uare-e rro r (WM SE) betwee n  the  cover  ima ge and steg o-im age ca n  b e  redu ced   to  h a l f   as compute d  by  simpl e  l east  sig n ifica n t bit   method prop ose d  by Wan g  et al. [4]. Swain an d Len ka [8] prop osed a techni qu e, RGB cha n nel  based ste gan ogra phy with  two levels  of se curity.  In order to en crypt the plaintext, RSA algorith m   has b een u s ed. The cip h e rtext is emb edde d in any  two cha nnel s out of the available Re d (R),   Gree n  (G),  a nd Blue  (B) chann els. S w a i n and   Le nka  [9] prop osoed  a dyna mic  st egan ography,  it  is a uniqu e a nd se cu red t e ch niqu e by combi n i ng  cryptograp hy and steg anog raphy. In orde r to   encrypt  the messag e  the block ciphe r cryptog r a phi c algorithm  wit h  block le ngt h of 128  key  has   been  use d . T h ree  LSB bits (6 th , 7th, a nd 8th)  are  u s ed to  hide t w o bit s  of cip her text in ea ch   pixel of the i m age. Expe ri mental results reveal  th at the ste go-im age q uality will be p r e s e r ved .   Gutub et  al. 10  propo se d a   novel te chni q ue  calle d pix e l indi cato r te chni que.  The   last two  LSB  bits  from any on e of the available R, G,  and B ch ann el is ch osen  as indi cato r to indicate t he  pre s en ce  of  data. The  ch oice  of  choo sing  the  in dicator bit i s   do ne rand omly. The i ndi cato r i s   sele cted o n  the ba sis of seque nce  of R, G, and B channel s. If R is indicato r in the first pixel the n   G and B ch a nnel are the  cha nnel 1 a n d  2 re spe c tively. Similarly G and B ch annel s are th e   indicators for  se con d  and t h ird pixel s .  To increa se t he ca pa city, a better tech nique h a s b e en propo sed  by Parvez a n d  Gutub  [11]. The co nce p t behi nd  this meth od  is, embe d  data bits i n  l o w valu e ch annel i n ste a d  o f   embed ding in  high value chann els. Sup pose ea ch of  the values of  the R, G, and B chan nel s is  255, and the n  cha nge in  any cha nnel s will lead to distortio n . So the chan nel  which ha s less  value  will be   approp riate f o r d a ta e m be dding  rath er t han  highe r v a lue  ch annel.  As thi s  m e th od  inse rts differe nt numbe r of bits depe ndi ng upo n the  cha nnel valu es, this can  be also call e d  as  variable - bit s   per  ch ann el. The  se cu rity and  cap a city is incre a sed  comp are d  to the e a rli e r  prop osed pix e l indicator te chni que by G u tub et al. [10].  The pixel  in dicato r te chn i que  althoug h in cre a ses  the security  but capa city is  not   predi ctabl e.  Furthe rmo r e  to in crea se  the  se cu rity and to  en han ce th e  capa city, a  more   rand omi z atio n tech niqu e i n  sel e ctin g th e pixel to  sto r e data h a s  b een p r op ose d  by Gutub  e t  al.  [12]. This  alg o rithm i s   call ed tripl e  – A  algorith m . Th e algo rithm  u s e s  the  simil a r p r o c ed ure  as  use d  by LSB method but  with more ra ndomi z ation.   At first the data is en crypte d by using A ES  algorith m  to   prod uce  ciph ertext. By usi ng a   p s eu do rand om  num ber ge nerato r  (P RNG)  wh ich   gene rate s two rand om nu mbers pe r ea ch num ber  of  iterations, let  it be seed1 and se ed2. T he  see d1 rand o m  numb e r i s   use d  to locate the  chann el  whe r e the  ci phertext can  be emb edd ed  and  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJEECS   ISSN:  2502-4 752     A Revie w  on  LSB Substitution and PVD  Based Im age  Steganog rap h y Te chni que s (Aditya K.S.)  714 see d2 i s   use d  to find  ho w many  bits  ca n be  em bedd ed. Thi s   algo rithm p r ovide s  b e tter  se cu rity   and capa city.  In ord e r to  compa r e the   para m eters  such  as  security and capa city provid ed  by pixel   indicator a nd  triple-A al gori t hm, Tiwari  a nd Shan dilya  [13] experim entally  ob served that there is  an increa se  of 14% capa city if we use more n u m ber of bits in  an image in  case of triple-A   algorith m . Also hi gh security can  be  achi eved b y  using p s e udorand om  numbe r ge n e rato r  (PRNG) i n  th e triple -A alg o rithm. So a s  per the  re sul t  the triple-A  algorith m  is  more  efficient  in  terms of capa city compa r e d  to pixel indicator m e thod.   The  pixel in di cator te chni q ue a nd t r iple -A algo rithm  u s e s  the  lea s t  two  LSB bit s  of a n y  one  of the  chann els u s ed  as in dicato r,  by thi s   the   cap a city of  the  stego  ima ge i s  limite d . T o   further imp r o v e the hi ding  ca pa city Kaur et  al . [14] i n trodu ce d a   novel te chniq ue of  embe d d ing   data in the 4  LSB bits of a n  image. On e  of the  three  cha nnel s is  u s ed a s  in dica tor. The data  is   store d  i n  tha t  cha nnel   wh ose  colo r val ue i s   small.   The i ndi cator is sele cted  depe nding  o n   spe c ific ra ng e. Three  ran ge of  colo r v a lue s  su ch a s  { 0 , 85},  {8 5, 170 }, {17 0 ,  255}  ha s b een   spe c ified. If the colo r valu e of a chann el falls in the first ran ge {0,  85} then we  can st ore 4 bi t o f   se cret  data in  the ch ann el. Similarly 2 bit  and n o  bi t of  data can b e   hidde n if the  colo r value i s  in  the se co nd  ra nge a nd thi r d  ran ge, which  indicates tha t  more  numb e r of  data bit s   can  be hi dd en   in the cha n n e l with lower range. So this metho d  increa se s the  security and  capa city of an   image.   To in crea se t he  capa city a nd imp e rcepti b ility  of the st ego im age, i n  [15] the a u th or h a s  prop osed  an  ada ptive LS B bit method . The diffe re nt ran ge  of the  st ego key   determine s the  amount of bits to hide in the LSB plan e of an  image. The uniqu ene ss of this techniqu e is to   verify the inte grity of the  hi dden  data  by usi ng  se le ct ed bit  key. In  addition to  th at this te chni que  hide s 4.15 bi ts in each pi xel of an image. This  m e thod achiev es better  se curity and hig her  cap a city. Swain and  Len ka [37] pro p o s ed  a ne w tech niqu e ba sed on LSB a rray. Depe nd ing  upon  the le n g th of the  se cret  me ssag e the  re spe c tive LSB array is  cho s e n .  This te ch ni que  provide s  two  levels of se curity with a c c eptabl e hid i ng ca pa city. The com parison am ong t he  variou s LSB tech niqu es h a s  bee n don e in the Table 2.       Table 2. Co m pari s on a m on g the variou s LSB techniq u e s  Ref   No.   Capacit y Securit y   Distortion  Complexit y   Advantage   3    Moderate   Moderate   High  Lo w  Data can  be e m bedded in  mo deratel y significant-bit   (MSB). So less chance of loss of data in future.   4   High  Moderate   Moderate   High  Capacit y  is high.  6    Moderate   Moderate   Lo w  Lo w  Qualit y  of stego - i mages obtained is much better w i th   low  computation a l time than simple LSB-substitution   method.   7    Moderate   Moderate   Lo w  Lo w  Lo w  computatio nal complexit y  and high quality of   stego-images obt ained Compar ed  to method [3] [4 ].   8   Moderate   High  Lo w  High  T w o levels of  securit y  is provided t o  secret data.   9   Moderate   High  Moderate   Moderate   Additional se curit y  can be achieve d  to secret data.   10   Moderate   Moderate   High  Lo w  Ne w  direction of  data embedding.    11   Moderate   High  Lo w  Lo w  Securit y  to secre t  data is high.  12  High  High  Lo w  Lo w  More capacit y  a nd se curit y  comp ared to pixel indicator  technique [11].   14  Moderate   Moderate   Moderate   Moderate   Capacit y  is increased due to 4 bit s  LSB embedding.  15  High  High  Moderate   High  High securit y  to  hidden data.   37  Moderate   High  Moderate   High  Securit y  is high.      3. PVD Tech niques    A ne w  con c e p t call ed  pixel value  diffe ren c ing  (PV D ) h a s be en  p r opo se d by   Wu  and  Tsai  [16] in  th e field  of ima ge  stega nog raphy fo r g r ay  image s. T he  PVD metho d   divides the to tal  image i n to  smooth a nd  e dge a r e a s. T he differen c e  value d i s   cal c ulate d  bet ween the  two  p i xels.  A rang e table  has  bee n sp ecified fo r th e value d. A  new  differen c e value d'  re places th e ol d d  value to emb ed the secret  data. The wi dth of t he ran ge table d e ci des the  num ber of bit that  is  allowed to e m bed. Thi s   method give s better result s in te rms  of  imperce ptibility and capa cit y  as  comp ared to LSB techniq u e s.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 25 02-4 752    IJEECS  Vol.  2, No. 3, Jun e  2016 :  712  – 719   715 Zhang a nd  Wan g  [17] noticed that, the origi nal PVD techni qu e prop osed b y  Wu and  Tsai [16]   i s   vulnera b le to  histog ram - b a se d ste gan alysis. Th at i s  the  stego -i mage exhi bit an  abno rmal  be havior i n  the  histog ram. T hey propo se d  a p s eu do-ra ndom  ditheri n g to get  dyna mic  rang e of values inste ad of  static or fixed r ang e for the blocks. This tech niqu e  preserve s the   advantag es li ke  cap a city o f  origin al PVD an d  al so a v oids  the   un usu a l  be havi o r sho w n by the  histog ram.  Hence the  security is  an ad ded advantag e.  Ch ang   et  a l .  [20] found  that the  ca pa city  of the PVD tech niqu e pre s ente d  by Wu and T s ai  [1 6] can  be in crea sed fu rthe r for a g r ay-l evel  image. The r e  is a gain of  84.16% on averag e hi di ng ca pa city by the  overlappin g  co ncept  prop osed by the autho rs  while maintaini ng sati sfacto ry image quali t y.   A new  stega nographi c m e thod h a s  be en propo se d  by  Wan g  et  al [21] to min i mize the  distortio n  on  the stego-i m age. The  prop osed  m e thod is the  combin ation  of pixel va lue   differen c ing  (PVD) an d m odulu s  fun c ti on. At fi rst the differe nce  value is  co mputed from  two   con s e c utive pixels by app lying PVD method. The  di fference valu e sugg est s  the numbe r of bits  to hide.  The n  by u s in g  modulo  op eration the   re mainde r of  the  two con s ecutive pixel s   i s   derieve d, an d the  secret  data a r e  hid d en in  the  pix e ls  by alte rin g  the  re main der. Expe rim ental  results  reveal  that the u s e  of modul o o peratio n  g r ea tly minimize s the di stortio n  and  incre a s e s   the attack resistan ce. To i n cre a se the  ca pacity of o r igi nal PVD te ch nique  pro p o s ed by Wu a n d   Tsai 16 , a  steg anog rap h ic te chni que  calle d Tri - Way PV D h a s be en  p r opo se d by  Chang  et al. [2 2]  by usi ng  2×2 pixel  blocks with  mult i-directio nal  differen c e s .  It has  bee n  experi m ent ally  con c lu ded  th at the  cap a cit y  and  se cu rit y  can  be  furth e r  enha nced  comp ared to   the o r iginal  P V D   method.    A novel lossl e ss data hi ding tech niqu e  has b een p r opo sed by Li n et al [23] by taking  three non overlap p ing pixel  blo c ks hav ing  two   ab sol u te  differe nces calle d  a s  block  diffe ren c e.   Experimentall y  it has b een  prove d  by th e autho rs  tha t  the avera g e  embe dding  capa city can  b e   increa sed. T h is h a s b een  observed th at the PVD  method int r o duces  disto r tion to steg o-i m ag e   no matter ho w much the cap a city is re duced. So  ke eping thi s  in view by avoiding mo re da ta   embed ding to  smooth re gi ons Lu o et al [24] pr opo se d a new way of embeddi ng  secret data to   cover imag e.  At first the im age i s  pa rtitio ned into  sm al l squ a res. T h e sq ua re s are furthe r ma de   rotation  of 0,  90,18 0, and  270  deg re e s . The  two  d i fference val ue of th ree   non-overl appi ng   con s e c utive  pixels i s  cal c ulated  and  mi ddle  pixel i s   use d  to  hide  t he  se cret dat a. The  am ou nt of  se cret  bits  wil l  be e m be dd ed de pen ding  upon   the differen c e s  amo ng  the  th re e non-overl appi ng  con s e c utive p i xels. The pro posed techni que re si sts to  PVD histogram analysi s .   Wan g  et al [21] in 2008  prop osed a  new di re ction  for data em beddi ng whi c h is the   combi nation  of PVD and  modulu s  fun c tion. Althoug h good  ca pa city is achieve d  but the security  is not imp r ov ed. So Jo o et  al [25]   propo sed  a novel  method to im prove  the ste go-im age qu ality  whi c h  will ensure the security for the secret  data.  A c cording to them the al gorithm is  divided i n to   four  step s. T he first on e i s  the  pixel p a irin g  ste p  where  the  cov e r im age i s   divided into  two   con s e c utive p i xels of no n-  overlap p ing  sub-bl o cks. Se con d ly in the  embed ding  st ep by u s ing t h e   modulu s  fu nction the  pixel  value i s  in cre a se d o r   red u c ed  to m a tch  with th e m e ssag e. Thi r dly  in  the  adj ustin g  step  it solve s  the  out -of-su b-rang e p r obl em  so th at th ere i s   no va ri ation in  the P V D  histogram. Fi nally in the last step , if the  pixel value  goes  beyond th e range of 0 t o   255 then it will  bring b a ck int o  the rang e. The re sult s sugge st  that this method p r o v es to be better co mpa r ed  to   Wang et al. [ 21] in terms  of s e c u rity and c apac i ty.   Hon g  et al [26]   propo sed  a new te ch nique of d a ta embe ddin g  using th e d i amond   encodin g  (DE )  techniq ue.  A multiple-ba s e n o ta tional  system  (MBNS) ha s b een i n trodu ce d u s i ng  modified di a m ond  encodi ng. The  pro p o se d meth od  m odifies the  diamon d en coding to  emb ed in  multiple ba se s and  solves the overflow and  unde rfl o w problem.  Experimenta lly it has been  sho w n  that t he p r op osed  tech niqu e h a s  bette r em beddi ng cap a city  an d  tol e rant agai nst   RS  sc heme a nd  hist og ram a n a ly sis  st ega n a ly sis at t a ck.   A new  way o f  data e m be d d ing  pro p o s e d  by M and al and  Das [27 ]  whi c h  exten d s th e  PVD techni q ue to colo r im age s. Each pi xel have 24  b i ts contai ns  R, G, B compo nents. All the   3   colo r co mpon ents are use d  for data em beddi ng. Initially the difference value    for each blo c k   can  be fou n d  by  |   |, where    and    are t he two  co nsecutive n on-overlap p ing   pixels of a n  cover-im age.  The differen c e value d e termines ho w m any bits  will  be em bedd e d  in  whi c h  com p o net of a pixel.  Basin g  up on  the co nt rib u tion of  R, G, B  comp one nts i n  a  colo r ima ge  the maximum  secret bits th at can be e m bed in ea ch  of  R, G, B compon ent of a pixel will be  5 ,   3, 7 bits re spectively. Ag ain for emb e dding  of se cret bits it uses th e o r igin al PVD  con c ept  prop osed  by Wu  and  Tsai [16]. Thi s   results  of  thi s   schema  re veals that  be tter steg o-im age   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJEECS   ISSN:  2502-4 752     A Revie w  on  LSB Substitution and PVD  Based Im age  Steganog rap h y Te chni que s (Aditya K.S.)  716 quality an d secu rity co mp ared  to o r igin al PVD  co ncept propo se d  by Wu a nd  Tsai [1 6] al so  the   falling-off bou ndary p r obl e m  can be avo i ded.    In 2012, Le e  et al [28]   pro p o se d a meth o d  whi c h in cre a se s the  cap a city of steg o - imag e.  This te ch niq ue u s e s  the  JPEG2 000  comp re ssion  and t r i-way  pixel value  differen c in g  for  embed ding t he secret im age. The  pro posed meth o d  is u s eful fo r sendin g  la rge secret im age  without any d i stortion. To i n cr ea se the capa city and secu rity  of stego-im age, Ch ang an d Tse n g   [29] propo se d  a novel tech nique  called t w o, thre e,  four side d sid e   match meth o d . The pixels  are  visited in ra ster scan o r de r. In t he two sided si de mat c h ste gan ography, let  P  be the target pixe l  whe r e secret data will be e m bedd ed an d  g be the gray value for  P . Let  g  and  g  be the gray  values for the upper pixe l  P  and left pixel  P  of a  target pixel P . Th e difference value d is  cal c ulate d  as d= ( g +  g )/2 - g . If the difference value are in the range  of -1 to 1 the n  there is  only 1 bit allowe d to embed in the LSB bit of th e target pixe l  P , otherwise, if d >1 then   b= log |d| , bits are  allowed to e m bed. A n e w value is a ssi gned to  the  differen c e val ue d  an d   target pixel  g .  At times the new valu e of the pixel  P  may fall off the boun dary of the ran ge {0,   255}. Any pix e l that suffers with fall off bound ary p r obl em (F OBP) will be not con s idere d  for d a t a   embed ding.  The three  sid ed si de mat c h method  ha ve  three va ri ants. In first variant the th ree   neigh bori ng p i xels su ch  as  uppe r, left and right a r e  u s ed. In variant  2 instea d of ri ght the botto m  pixels  tak e n  along with upper  and  left. Left-upper, right-upper,  le f t -bottom  and right-bottom are  taken to find  the difference value in  case of  last variant. Similarly upper, left, right and bottom   neigh bori ng  pixels are exploited for se cret data  e m beddi ng in a target pixel in four sid ed  side   match  metho d . Thi s  met h od h a s the  cl ear advanta g e  of m o re   ste go-im age  cap a city an d b e tter  se curity co m pare d  to LSB techni que s.   The  cap a city  and  qu ality of the  stego -image  plays  a vital rol e  f o r a  ste g o - i m age i n   se cret d a ta communi catio n , In this reg a r d Lia o   et al [30], have pro posed a te ch nique  calle d four  pixel differen c ing a nd mod i fied LSB sub s titution. In this wo rk the  cover image i s  sepa rated in to   non-overl appi ng four pixel  blocks having  gray va lue s . The average  differen c e va lue (k) i s  use d   to locate the   rang e. Th e  concept of  mo dified LSB  su bstitution i s   u s ed  to e m be d k-bit s  of  da ta   bits in the p i xels located  in that block. As  this te chni que i s  h i ghly inclin ed  towards  LSB   sub s titution, so the stego -i mage ha s le ss attack  re si stance, but the hiding  capa cit y  is more.   The capa city of stego-i m age an d se curity of  secre t  data have major  role b ehind th e   su ccess of any stegano graphi c algo rith m. Yang et al [31] s ugge sted a new te chniqu e to ach i eve  this.  In contra st  to Wu and   Tsai   [16] wh ere a  p a ir  of  pixels  are  pro c e s sed  at a ti me, the a u th ors  con s id ere d  two pai r of pixels for pro c e ssi ng. The r e are three  ways the fo ur pixels  ca n be  grou ped. T h e groupin g  o f  pairs of two pixels is   d one by ta kin g  the verti c a l , hori z ontal  and   diago nal p a irs. Also  to p r event the fall -off bou nda ry pro b lem th e y  prop osed  a  shifting  sche ma.  The p r opo se d method  avoids the  Frid rich et al.’s  de tection [5] wit h  improve d  h i ding capa city. In  ca se  of PVD  techni que  the  more th e diff eren ce  value s  the  mo re  th e data  that  ca n be  em bed d ed.  But to em be d mo re  data   so  as to i n crease the   c a pac i ty sometimes the  pixel values   c r oss  the  boun dary  values. If th e p i xel value s  e x ceed  the  b ound ary valu es th en, thi s  is called  fal l -off   boun dary p r o b lem. Swai n  and L e n k a [3 2]   marked thi s  issu e an d then p r op ose d  revised va riants  of two, three  and four  side d side mat c h  with high er e m beddi ng ca pacity.  Swain 33  ha s  prop osed a  stegano gra phi c techniq ue u s ing  pixel val ue differen c in g. There   are fou r  diffe rent metho d s and ea ch h a s thei r uniq ue idea to fi nd the differe nce valu e. In five  neigh bors dif f eren cing me thod the differen c e valu e   is calculate d  by taking the differen c e  of  maximum to  minimum of  gray values  among fi ve pixels nam ely right, upper,  left, upper-right,  bottom an d u pper-ri ght  co rner  pixel of  a targ et pixel .  In six n e igh bors diffe ren c ing  metho d   the   differen c e val ue is cal c ulat ed by same  way as in five neighbo r differen c in g method with on e extra  pixel a s  u ppe r-left  co rne r .  Similarly for  seven  nei ghb ors differen c i ng meth od  o ne extra  pixe l as  bottom left corne r  an d for eight neigh b o rs  differen c i ng method o ne more extra pixel su ch  as  bottom left co rne r . Experim ental study   shows that the  quality of the im age is  better in  case of five  neigh bors differen c in g and  the cap a city is hi gh er in ei ght neigh bors differenci ng.   Pradh an et a l  [38] propo sed a pixel va lue differe nci ng tech niqu e  base d  on P V D call ed  two neigh bo r method, thre e neighb or m e thod and fo ur  neig hbo r method. The  result reveal s that  the ca pa city is go od in  fou r  nei ghbo r m e thod  with  a c cepta b le  steg o-ima ge q uali t y. An adaptive  pixel value dif f eren cing  met hod u s ing ve rtical  an d  ho ri zontal edge s has been pro posed  by  Swain   [39]. Two te chniqu es i s   gi ven a s  first o ne u s e s   2 × 2   pixel blo c ks  a nd  se cond  on e u s e s  3 × 3  p i xel  blocks. The f i rst te chniq u e  offers go o d  ca pa city and second  o ne provide s   good  steg o-i m age  quality.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 25 02-4 752    IJEECS  Vol.  2, No. 3, Jun e  2016 :  712  – 719   717 The co mpa r ison between v a riou s PVD tech niqu es h a s  bee n don e in the Table 3.        Table 3. Co m pari s on b e tween vario u s P V D method s.   Ref  No  Capacit y  Securit y   Distortion   Complexit y     Advantage   16  Moderate    Moderate   Moderate   Lo w  Provides a ne w   method for  hiding secret data.    17  Moderate   High  Lo w  Lo w  Avoids the histo g ram steganal y s is occurred in Wu   and Tsai [16] me thod.   20  High  Moderate   Moderate   Moderate   An increase in 8 4 .16%  ofcapacity compa r ed to  P V D      method pro pose d  b y  Wu an d Tsa i  [16].  21  High  Moderate   Moderate   High  Better stego-ima ge qualit y  and securit y  compare d  to   Wu and Tsai [16] .  22  High  High  High  High  Capacit y  and securi t y  is in creased compared to Wu  and Tsai [16].   24  Moderate   High  Moderate   High  Securit y  to steg o-image is bette r compared  to  Ref.  [17] and Ref.  [18] .  25 High  High  Moderate   High  Minimum  differe nces in the PVD  histograms bet ween  the cover and st ego-images com pared to Wan g  e t  al  [21].  26  High  High  Lo w  High  Better embedd ing performan ce compared to  previous PVD-based methods in terms of pay l oad   and image quality.   27  Moderate   High  Lo w  Moderate   A ne w  direction f o r data emb eddi ng in color images.  28  High  High  Lo w  High  Capacit y  and Se curit y  are high.   29  High  Moderate   Moderate   Lo w  Better capacity  a nd securit y  compared  to  conventional LSBs s ubstitution m e thod.   30  High  Moderate   Moderate   Lo w  Capacit y  is more  compared to LS B methods.  31  High  Moderate   Moderate   High  More edge area s present compared to Wu and Tsai  [16], So more ca pacity .   32  High  Moderate   Moderate   Moderate   Falling-off bound ary  p r oblem cau s ed in Ref. [29] is   addressed.   33 Moderate   Moderate   Moderate   Moderate   Adds  more flex i b ility  in choosing data embeddi ng  method.       4. LSB+PVD  Techniqu es   The  LSB techniqu e p r ovi des the  larg er  ca pa city and PV D te chni que  offers hi ghe r  se curity. In t h is di re ction,  Wu  et al [1 8]  in  20 05 h a s pro p o s ed a  techniqu e by  com b inin g   the   advantag e of LSB and PVD to increa se  the cap a city and ste g o - im age qu ality. The ra nge val ue  0 to 25 5 is p a rtitioned  into  two p a rts,  o ne is  lo wer level ra nge if  the value i s   0 to 15, a nd  the  other on e is  uppe r level ra nge 16 to 25 5. The differe nce valu e is  obtaine d by using  simple P V D  strategy 16 . As opp osed to   Wu  and  Tsai 16 , here th e  authors  have  targete d  the  smo o th a r e a  to   embed  mo re   data by  usi n g  LSB sub s titution with  p r e s erving th e  ste go-im age  qu ality. Whe r e  as  in edge a r e a s  sim p le PVD tech niqu e is used. The r e can  be 6 bi ts hidde n in l o we r level of  two   con s e c utive conne cted   pix e ls by  u s ing  LSB  su bsti tuti on  in   sm ooth area s, whi c h inturn  i n cre a ses  the cap a city of the prop osed metho d  co mpared  to Wu and T s ai [1 6]. But the sugge sted meth od   has the d e me rit that the stego-im age  can  be detecte d by RS analysi s .  The  LSB+PV D m e thod  p r opo sed  by  Wu et  al [18]   is highly  identi c al to  LSB te chni que.  An image ca n have majo r portion of a r ea having  sm all differen c e  value. So the LSB embedd ing   is used for th e major p a rt  of the image  to hide t he bi ts. It brings a  conflict  scen ario to Wu a n d   Tsai [1 6]   whe r e la rg e nu m ber  of secret  data bit s   sho u ld b e  hid den  in e dge  area  and l e ss n u m ber  of bits  sho u ld  be em bed de d in  smooth  a r ea. Althou gh  the u s e of  L SB increa se s the capa city  o f   the steg o-im a ge but i s  can  easily p e rc eiv able to F r id rich et al.’s m e thod 5 . In this  context Yang  et  al. [19] prop o s ed  an imp r o v ed LSB+PV D techniq ue  wh i c h e n sure s the  se cu rity of se cret dat a by  pre s e r ving th e same  cap a c ity as offere d by the  LSB+PVD metho d  prop osed b y  Wu et al [18].  Swain [34]   p r opo sed a n o v el stegan og raphi c techni que to provide better  ca pacity to   stego -ima ge. The autho r combine d  the PVD method  with modified  LSB substitu tion. The ima g e   is p a rtitione d  into 3 × 3  pixel  blo c ks. T he  differen c e val ue i s  d e termi ned i n  e a ch b l ock. Acco rdi n g   to the autho r  the differen c e  may fall in any of the  four levels spe c ified. If the differen c e val ue  is  in lower level  then 2 bit L SB sub s titution is  ca rri ed  out and  3, 4  and 5  bit LSB sub s titution  has  been d one if  the value fa lls in lo wer-middle, hig h e r-mi ddle  an d highe r leve ls. The fallin g-off  boun dary val ue also ha s b een taken ca re. The expe ri mental re sult  reveals th at highe r ca pa city  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJEECS   ISSN:  2502-4 752     A Revie w  on  LSB Substitution and PVD  Based Im age  Steganog rap h y Te chni que s (Aditya K.S.)  718 and le ss  dist ortion i s  achi eved co mpa r ed to Wu  et al [18]. The comp ari s o n  betwe en vari ous  LSB+PVD te chni que s ha s been do ne in  the Table 4.        Table 4. Co m pari s on b e tween vario u s L SB+PVD met hod s.  Ref  No  Capacit y Securit y   Distortion  Complexit y   Advantage   18  High  Lo w  Lo w  Lo w  Better embe dding capacit y  co mpared to   Wu and Tsai [16]  method   19  High  Moderate   Moderate   Moderate   Securit y  is increased compared to  Wu et al   [18].  34  High  Moderate   Moderate   Lo w  Better capacit y ,   security  a nd less distortion  compared to Wu  et al [18].      5. Conclusio n  and Futu r e  Scope   This arti cle re views the vari ous resear ch  pape rs b a sed  on LSB and PVD and co mpares  them with  regard to  em beddi ng  cap a city, disto r tion,  attack resi stan ce an d  computatio nal   compl e xity. Lea st Signifi cant Bit  (LS B ) an d Pixel  Value  Diffe ren c ing  (PV D ) are the   most  gene rally utilized  strategi e s  for steg ano grap hy. The LSB sub s titution can give h i gher em bed d i ng  cap a city whe n  extende d  up to 4  LSB plane s.  Th e  PVD ste gan ogra phy  can  provid e hig her  se curity. A combinatio n of PVD and LSB can offer b o th highe r e m beddi ng ca pacity and b e tter  s e c u rity.        Ackn o w l e dg ement   This  wo rk i s   sup porte d by  the De partm ent of Scien c e and T e chn o logy, India t h rou gh  the fund  san c tione d for i m provem ent  of Scie nce   &  Tech nolo g y i n frast r u c ture,  at de pa rtme nt of  CSE, by orde r numb e r SR/ F ST/ESI-332/2013.    KL Uni v ersity, Vadd eswaram, Andhra Prade sh .        Referen ces   [1]    Anders on RJ, Petitcolas F A P .  On the limits of stegano gra p h y .   IEEE Journal on Selec t ed Areas in  Co mmun icati o ns . 1998; 1 6 (4) :  474-48 1.   [2]    Johns on  NF , Jajo dia  S. Expl o r ing ste g a nogr aph y: s eei ng t he u n se en.  IE EE Co mp uter  Journ a l . 1 998 ;   31(2): 26- 34.    [3]    W ang  RZ , Lin   CF , Lin J C . Hi din g  d a ta  in  im ages  b y   optim al mo der atel y  signific ant-b it r epl aceme n t.   IEE Electron. Lett . 2000; 36(2 5 ): 2069 –2 070.   [4]    W ang RZ , Li n  CF , Lin JC. Image  hid i n g  b y   optima l  LSB s ubstitutio n  a n d  gen etic al gor ithm.  Pattern  Reco gniti on . 2 001; 3: 67 1–6 8 3 .  [5]    Fridrich J, Golj an M, Du R.   Relia bl e detecti o n  of LSB stega nogr aphy  in gr ayscal e  an d co lor i m a ges .  in: ACM W o rkshop o n  Multim edi a an d Secur i t y . 20 01: 27 –3 0.   [6]    Cha ng CC, Hs iao JY, Ch an  CS. F i ndin g  o p timal l east-sig n ifica n t-bit sub s titution in im a ge hi din g  b y   d y nam ic progr amming strate g y .  Pattern Recognition . 2 003 ; 36: 1583 – 1 5 95.   [7]    Cha n  CK,  Che ng  LM. Hi din g   data  in  imag es  b y  sim p le  LS B substituti on.  Pattern R e cog n itio n . 2 004;  37: 469- 47 4.  [8]    S w a i n G, L e n k a SK. A  nov el  appr oac h to  RGB ch an nel  bas ed  ima g e  stega no grap h y  t e chn i qu e .       Internatio na l Arab Jour nal  of e-T e chno logy . 2 012; 2(4): 1 81- 186.    [9]    S w a i n G, Lenk a SK. A tech ni que for  secret  communic a tio n  usin g a  ne w   block c i ph er  w i th d y nam ic   stegan ogr aph y.  Internation a l  Journ a l of Sec u rity and Its Applicati ons . 2 0 1 2 ; 6(4): 12-24.   [10]   Gutub A, Anke er M, G hali oun  MA, Shahe en  A, Alvi A.  Pixel  indic a tor h i g h  capac ity techni q ue for R G B   imag e bas ed  stegan ogr aphy . in: F i fth IEEE Internatio na l  W o rkshop o n  Sign al Proc e ssing a nd  its   Appl icatio ns, Universit y  of  Sh arja h, U.A.E. 2 008: 56- 64.   [11]    Parvez MT , Gutub AAA.  RGB intensity ba sed varia b l e -bi t s imag e steg ano grap hy . in:  IEEE Asia  pacific Serv ice s  Computi ng C onfere n ce. 20 0 8 : 1322- 13 27.   [12]    Gutub A, Qahtani AA,  T abakh A. T r iple-A secure  RGB image  stegan ogr aph y based  o n   rand omizati on.  in:  IEEE/ACS International Conferenc e on  Computer Syst em s and  Applic ations . 20 09 :  400- 403.   [13]    T i w a ri N, Sha n d il ya M. Se cur e  RGB image  stegan ogr aph y from pixe l in di cator to triple  alg o rithm-a n   incremental gro w t.  Intern atio nal Jo urna l of Security an d Its Applic ations .  201 0; 4(4): 53- 62.   [14]    Kaur M, Gupta  S, Sandh u  PS, Kaur J. A d y namic RG B intensit y b a s ed steg ano gr aph y sch eme.   W o rld Acad e m y of Science, Engi neer in g and  T e chnol ogy . 2 010; 67: 8 33-8 36.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 25 02-4 752    IJEECS  Vol.  2, No. 3, Jun e  2016 :  712  – 719   719 [15]    Jain YK, Ahir w a l RR. A Novel  Image Stega n ogra p h y  meth o d   w i t h  ad aptive  number of le a s t significa nt   bits modific a ti on b a sed  on  private ste go- ke y s .  Inter nati ona l Jour nal  of Co mput er Scienc e an d   Security (IJCSS) . 2010; 4: 39 -49.  [16]    W u  DC, T s ai W H . A steg ano grap hic m e t hod  for ima ges b y   pi xel- valu e differ e n c ing.  Patter n   Reco gniti on L e tters . 2003; 24:  1613- 16 26.   [17]    Z hang   X, W a n g  S. V u ln erab il it y   of p i xe l-val u e d i fferenc ing   stegan ogr aph y to h i stogr am  ana l y sis  an d   modific a tion for  enha nce d  sec u rit y .  Pattern R e cog n itio n Lett e rs . 2004; 2 5 : 331- 339.    [18]    Wu HC, Wu  NI, T s ai CS, H w ang MS.  Ima g e  steg a nogr aph ic sc h e me  base d   o n  p i xel-v a lu e   differenc ing  a nd  LSB r epl a c ement  metho d s . IEEE Proceedings  on  Vi sion, Image and Signal  Processi ng. 20 05; 152( 5) 61 1 - 615.   [19]    Yang C H , W eng CY, SJ. Wang, Su n HM. Varie d  PVD+  LSB eva d in g d e tection  progr a m s to spatia l   doma i n in d a ta  embed din g  s ystems.  T he Journa l of Systems an d Softw are . 2010; 8 3 : 1635 –1 643.   [20]    Cha ng  CC, C h uan g JC,  Hu Y C . Spati a l  Dom a in  im a ge hi din g   sch eme usin g  pi xel-v a lu es differenc in g .   F unda menta In formatic ae . 20 06; 70: 17 1–1 8 4 .  [21]    W ang  CM, W u  NI, T s ai CS , H w a ng MS.  A hi gh  qu alit y stega no grap h i c meth od  w i t h  p i xel-v a lu e   differenc ing  an d modu lus func tion.  T he Jour n a l of Systems  and Softw are . 200 8; 81: 150.- 158.   [22]    Cha ng K C , Ch ang  CP, H u a n g  PS, T u  T M . A nov el  imag e  stegan ogr aph i c  metho d  us in g tri- w a y  pi xel- valu e differe nci ng.  Journ a l of  Multi m ed ia . 20 08; 3(2): 37-4 4 .     [23]   Lin  CC, Hs ue h  NL. A  lossl es s data  hi din g   scheme  bas ed  on thr ee- pi xe l  block  differ e n c es.  Pattern  Reco gniti on . 2 008; 41: 1 415  – 142 5.  [24]    Luo W ,  H uan g  F ,  Huang  J. A  more sec u re st ega no grap h y   b a sed on ad apti v e  pi xel-va lu e differenc in g   scheme.   Mu l t im ed  To o l s Appl .  DOI 10.1007/ s110 42-0 09- 04 40-3.  20 10:  40 7-43 0 .  [25]    Joo JC, L ee  HY, Lee  HK. Improve d  Steg ano gr ap hic M e thod Pr eservi ng Pi xel-Va lue  Differenci n g   Histogr am  w i t h  Modu lus F unctio n .  EUR ASIP Journal  on Advanc e s  in Signa l Processi ng .  doi:1 0.11 55/2 0 10/24 98 26. 20 10: 1-13.   [26]    Hon g  W ,  C hen  T S , Luo CW .  Data  emb edd i ng  usin g  pi xel  valu e d i fferenc i ng  an d d i am on d e n co din g   w i t h  multi p le- b ase notati o n a l  s y stem.  T he Jo urna l of Systems an d Softw are . 2012; 8 5 : 1166- 117 5.   [27]    Mand al JK,  Da s D. Co lor  ima ge ste gan ogr a p h y   base d   on  pi xel  va lue  diff erenc ing  in  sp atial  dom ain .   Internatio na l Journ a l of Infor m ati on Sci enc es and T e ch ni ques . 20 12; 2( 4): 83-93.    [28]    Lee YP, Le e J C , Chen W K , Cha ng KC, Su  IJ, Chang CP . High-p a y l oad  image  hid i ng  w i t h  qu ali t y  recover y   us ing tri- w a y  pi xe l-va lue  d i fferenci n g .   Informatio n Scienc es . 201 2; 191: 21 4-2 25.   [29]   Cha ng  CC  an d T s eng HW .  A stega nogr ap hic meth od  for  dig i tal  ima ges  usin g si de  match.  Pattern  Reco gniti on L e tters . 2004; 25:  1431- 14 37.   [30]   Lia o  X, W en  QY, Z hang J.  A stegano gra p h ic metho d  for digita l imag es   w i th fo ur-pi x el  differenci n g   and mo difie d  L SB substitutio n .   J. V  is. Commun. Im age. R . 201 1; 22: 1-8.   [31]    Yang  CH, W e ng CY, T s o HK, W ang SJ. A data h i d i ng scheme usin g the  vari eties o f   pixel-v a lu e   differenc ing i n   multimed ia im a ge.  T he Jour na l of Systems a nd Softw are . 2011; 84: 6 69-6 78.   [32]    S w a i n G, Lenka SK. Steganogr aph y  usin g t w o si de d, three si ded, a nd four sid e d  side mat c h   methods.  CSI Transactions on ICT . 2013; 1(2): 127-1 33.    [33]    S w a i n  G.  Steg ano grap h y  in digit a l imag es us in g ma ximu m differe nce  o f  nei ghb ori ng  pi xel  va lue s .   Internatio na l Journ a l of Secur i ty and Its Appli c ations . 20 13;  7(6): 285- 29 4.  [34]    S w a i n G. Digit al ima ge ste g a nogr aph y  usi n g ni ne-p i xel dif f erenci ng  a nd modifi ed  LSB  substitutio n .   India n  Jour nal  of Science a n d  T e chnol ogy . 2 014; 7(9): 1 444 –14 50.   [35]    Subh ed ar MS, Mankar VH. Current status  and ke y issu es in ima ge s t egan ogr aph y:  A surve y .   Com p uter science review . 2014: 95-1 13.   [36]    S w a i n G, Le nk a SK. Cl assific a tion  of im age  st ega nogr ap h y  tec h n i qu es i n  sp atial  dom a i n: A stud y.   Internatio na l Journ a l of Co mputer Scie nce &  Engin eeri ng T e chno logy  (IJ C SET ) . 2014; 5: 219 2 32.   [37]    S w a i n G, Lenka SK. A novel steg an og raph y tech niq ue b y  m a p p i ng  w o r d s  w i t h  LSB arra y.   Internatio na l Journ a l of Sig n a l  and I m ag in g Systems En gin eeri n g . 20 15; 8 ( 1): 115-1 22.   [38]    Pradhan A, S h arma DS, S w ain G. Variable r a te  steganography  in digit a l images  using t w o,  three and  four nei gh bor  Pixels.  Indi an J ourn a l of Co mput er Scie nce  and En gi neer in g . 2012; 3( 3): 457-4 63.   [39]    S w a i n G. Ada p tive pi xel v a lu e differe ncin g  st egan ogr aph y using  both v e rtical an d h o riz ontal  edg es.   Multi m ed ia T o ols an d App lica t ions . DOI: 10.1007/s11042- 015- 2937- 2, 2015: 1-16.    [40]    W ang H, Ch e n  G, Z hang M. E dge steg ano grap h y  for  binar y im ag e .   T E LKOMNIKA Indon esia n   Journ a l of Elec trical Eng i ne eri n g . 201 3; 11(5) : 2822-2 8 2 9 .  [41]    Li Y, Liu Q. Breaki ng t he di git a l vide o stega n ogra p h y .  T E LKOMNIKA Indon esia n J ourn a l of  Electrical   Engi neer in g . 2013; 11( 3): 169 1-16 96.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.