I A E S   I n t e r n at io n al  Jou r n al  of  A r t if ic ia l  I n t e ll ig e n c e  ( I J - AI )   V ol .   14 , N o.   5 ,  O c to be r   2025 , pp.  3563 ~ 3575   I S S N :  2252 - 8938 ,   D O I :  10.11591/ ij a i. v 14 .i 5 .pp 3563 - 3575          3563     Jou r n al  h om e page :  ht tp : // ij ai . ia e s c or e .c om   A  h yb r i d  st e gan ogr ap h y sc h e m e  w i t h  r e d u c e d  d i f f e r e n c e   e xp an si on  a n d  p i xe l - val u e  or d e r i n g       I  K ad e k  A gu s  A r ie s t a P u t r a 1 , N t iv u gu r u z w a Je an  D e  L a C r oi x 1, 2 , T oh ar i  A h m ad 1   1 D e pa r t m e nt  of  I nf or m a t i c s ,  F a c ul t y of   E l e c t r i c a l   E ngi ne e r i ng a nd I nt e l l i ge nt  I n f or m a t i c s ,   I ns t i t ut  T e knol ogi  S e pul uh N ope m be r ,  S ur a ba ya , I ndone s i a   2 C ol l e ge  of  S c i e nc e  a nd T e c hnol ogy, U ni ve r s i t y of  R w a nda , K i g a l i , R w a nda       A r t ic le  I n f o     A B S T R A C T   A r ti c le  h is to r y :   R e c e iv e d  J un 12, 2024   R e vi s e d  J un 30,  2025   A c c e pt e d  J ul  13 ,  2025       Stegano graph y embe ds sec ret me ssages  into pu blic  media  while  ensuri ng the   stego  content  remains  visually   indis tinguishable  from   the  origina l.  The  primary  challenge  lies  in  maximizing  embedding  capacity  and  image  quality  without  introducing  noticeable  distortions .  This  research  proposes  a   novel  reversible  data  hiding   (RDH)  scheme   that  integrates   reduced  diff erence  expansio n  (RDE)  with  four  directio nal  pixel - value  ordering  (PVO)  sc hemes,  horizontal,  vertical,  diagonal - right,  and  diagonal - left,  to  enhance  emb edding  efficiency  and  visual  fidelit y.  Unlike  existin g  RDH  methods   that  appl y  RDE  with  fixed  or  limited   PVO  directions,  the   proposed  scheme   dyn a mically  selects  the  optimal  PVO  orientation  based  on  pixel   pair  characte ristics,  effectively   improvi ng  local  predicti on  accuracy  and  reducing   embe dding - induced disto rtion. Previou s studies hav e large ly overlooke d this relati onship  between  pixel  pair  selection  and  embedding  performance.  Experi mental  evaluatio n  on  medical  images  with  secret  data  sizes  ranging  from  5   kb  to   100  kb  demonstrates  significant  gains  over  recent  PVO - based  methods.  The  proposed  method  increases  the  average  embedding  capacity  from  0.8 315  to  0.9781  bit  per  pixel  (bpp)  (a  17.6%  improvement)  and  raises  the  a verage  peak  signal - to - noise  ratio  (PSNR)   from  49.44  to   53.40  dB,  re ducing  distortion by approximately 3.96 dB.   K e y w o r d s :   I nf or m a ti on s e c ur it y   P ix e l - va lu e  or de r in g    R e duc e d di f f e r e nc e  e xpa n s io n   R e ve r s ib le  da ta  hi di ng   S te ga nogr a phy   This is an  open  acce ss artic le unde r the  CC BY - SA   license.     C or r e s pon di n g A u th or :   T oha r i  A hm a d   D e pa r tm e nt  of  I nf or m a ti c s ,  F a c ul ty  of  E le c tr ic a l  E ng in e e r in g a nd I nt e ll ig e nt  I nf or m a ti c s   I ns ti tu t  T e knol ogi  S e pul uh N ope m be r   S ur a ba ya , I ndone s ia   E m a il :  to ha r i@it s .a c .i d       1.   I N T R O D U C T I O N   S t e ga n o g r a ph y   is   t he   a r t   o f   c o nc e a l i ng   s e c r e t   i nf o r m a ti o n   w it h i n   o t he r   da ta   s o   th a t   t he   pr e s e nc e   o f   t he   hi dd e n   m e s s a ge   r e m a i ns  u nd e te c ta b le   to   un i nt e n de d  p a r t i e s   [ 1 ] .   S t e g a n og r a p hy   ha s   be e n   us e d  s in c e   a nc ie n t   t i m e s ,   w he r e   s e c r e t   m e s s a ge s   w e r e   h i dd e n   i n   v a r i ous   ph ys ic a l   f o r m s   o f   m e d ia   [ 2 ] ,   a n d   h a s   s in c e   e v ol ve d  i n  t he  d i gi t a l  e r a   t o  e m be d  d a t a   w it h in   f i l e s   s uc h  a s   im a ge s   [ 3 ] – [ 5 ] ,  a ud i o  [ 6 ] – [ 8 ] ,   vi de o   [ 9 ] ,  [ 10 ] ,  a n d  e le c t r oc a r d io g r a m   ( E C G )   s i gn a ls   [ 11 ] .  I ts   a p pl ic a ti ons   s p a n   s e c r e t   c om m un ic a t i on   [ 1 2 ] ,   d i gi ta l   w a te r m a r k i ng   [ 13 ] ,   a n d   c op y r i g ht   p r o te c ti on   [ 1 4] ,   e na b li n g   th e   s e c u r e   e m b e d d in g   o f   i n f o r m a t io n   w i th o ut   p e r c e p t ib l y  a l te r in g  t he   h os t   m e d i a .   A   s i g ni f ic a n t  s u b f i e l d  w i t h in   s te ga no g r a ph y  is   r e v e r s i b le   d a t a   hi d in g  ( R D H ) ,  w h ic h   e n a b le s   th e   e x a c t  r e c o ve r y  o f   t he   h i dd e n   d a t a   a n d  th e   o r ig in a l   c o ve r   m e d ia   a f te r   e x t r a c t i on   [ 3 ] .   O ne   o f   t he   f o un da t io na l  te c h n iq ue s   in   R D H   is   d i f f e r e nc e   e x pa ns io n,   w h ic h  e m be ds   i n f o r m a t io n  by   e x pa nd in g   th e   d i f f e r e nc e   b e t w e e n   pa i r e d   p i xe l   v a l ue s   [ 4 ] .  A l t ho ug h   di f f e r e n c e   e x pa ns i o n   o f f e r s   h ig h  e m be dd i ng  c a pa c i ty ,  i t  te nds   t o  in t r od uc e   n o ti c e a b le   d is to r ti o n ,  pa r ti c u la r l y  in   s m oo t h  im a g e   r e g io ns   [ 5 ] .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   5 ,  O c to be r   2025 :  3563 - 3575   3564   T o  m i ti ga te   th is ,   r e d uc e d   di f f e r e n c e   e xp a n s i o n  ( R D E )   w a s   i n t r o d uc e d   t o   c ons t r a i n  t he   d i f f e r e n c e   e x pa ns i o n   a n d   li m i t   d is to r t io n   [ 6 ] .   P i xe l - va lu e   o r de r in g   ( P V O ) ,   a n ot he r   ke y   c o nc e p t   in   R D H ,   s o r t s   p i xe l  g r o ups   ba s e d   on   in t e ns i ty   a n d   p r e d ic ts   d i f f e r e nc e s   m o r e   p r e c is e l y,   w h ic h   h e l ps   im p r ove   e m be dd i ng   a c c u r a c y   a n d   r e du c e   v is ua l  de g r a da t io n  [ 7 ] .   H o w e ve r ,   m o s t  e xi s t in g   a pp r oa c he s   a p p ly   P V O   i n  a   f ix e d   o r i e n ta t io n,   o f te n   o ve r l oo ki n g   t he   i m p a c t   of   d i r e c t io na l   p ix e l   pa i r   s e le c t i on   o n   o ve r a l l   s te ga no g r a ph ic   p e r f o r m a nc e   [ 8 ] .   O ne   o f   t he   m a i n  c ha ll e nge s   in   s te ga no gr a ph y  is   e ns u r i ng  th a t   th e   m od i f ie d  o r i gi na l  m e d ia   ( s te go )   doe s   n ot   r a is e   s us pi c io n.  H ig h  d is t or ti on  in   th e   o r ig in a l  m e di a   due   to   th e   da t a   h id i ng  pr oc e s s   c a n  b e   a   c ons p ic u ous   s ig n  th a t  th e   m e di a   is   c a r r yi ng  s e c r e t  in f o r m a t io n .  W he n   i m a ge s ,  a ud io ,   o r   vi d e o  un de r go   s ig n i f ic a nt   c ha n ge s   in   q ua li ty   o r   vi s ua l /a u di to r y  s t r uc tu r e ,  t hi s   c a n  a t t r a c t  t he   a t te n t io n  o f   t hi r d  pa r t ie s   obs e r v in g .  T he   m a in   pr ob le m   li e s   i n  t he   tr a de - o f f   be twe e n  e m be d di ng  c a pa c it y  a n d  d is t o r t io n .  I nc r e a s in g   pa yl oa d   s iz e   o f te n  r e qu i r e s   m o r e   a g g r e s s i ve   m od if ic a ti ons   to   th e   m e d ia ,  w h ic h  e xa c e r ba te s   de t e c ta bl e   a nom a l ie s  a n d  r is ks  e x pos in g   hi d de n   da ta   [ 1 5] .  F ur th e r m o r e ,   r e ve r s ib il it y  i ts e l f  p r e s e nt s  a n ot he r   c ha ll e nge .   I n  c e r ta i n  c o nt e xt s ,  s uc h  a s   m e di c a l  i m a gi n g,  le ga l  d oc u m e n t s ,  or   di gi ta l  m e d ia   f o r e ns ic s ,  th e   in te gr it y  o f   th e   o r ig in a l  m e di a   m us t  be   m a i nt a in e d  a f te r   c o n f id e n ti a l   da ta   h a s   be e n  e x tr a c te d.  B a s e d  o n  th is   r e ve r s ib il it y   a s pe c t,   s te ga n og r a p hy   is   di v id e d   i nt o   r e v e r s ib le   a nd   i r r e ve r s ib l e   te c hni que s .   R D H   t e c h ni q ue s   a ll ow   f u ll   r e c o ve r y  of   th e   c ove r   m e d ia   a f te r   t he   s e c r e t  d a ta   e xt r a c ti on  p r oc e s s ,  w he r e a s   ir r e ve r s ib le   te c h ni que s   do  no t  a l lo w  f ul l  r e c ove r y  o f   th e  c o ve r  m e d ia .   V a r i o us   s te ga no g r a ph y  s c h e m e s   ha ve   be e n  p r o p os e d  to   a d d r e s s   th e   i s s u e   o f   h ig h  d is t o r ti o n.  O n e   s uc h  s c he m e   is   R D E   ba s e d  o n  di f f e r e n c e   e x pa ns io n,  a s   in t r od u c e d  i n  [ 16 ] ,  w h ic h  e m b e ds   s e c r e t   d a t a   b y  e x pl o it i ng   d i f f e r e n c e s   b e t w e e n   p a i r s   o f   p ix e ls .   H ow e v e r ,   di f f e r e nc e   e x pa ns i o n  c a n  le a d   to   s ig n i f i c a nt   d is t o r t i on   w he n  la r ge   d i f f e r e nc e s   a r e   r e q u ir e d   to   s t o r e   d a t a .   T hi s   dr a w ba c k   i s   m i t ig a t e d   in   R D E ,  a   m or e   a d va nc e d  m e t ho d  p r o p os e d  i n  [ 17 ] ,  [ 18 ]   t ha t   r e d uc e s   t he   s iz e   o f   th e   d i f f e r e nc e s   us in g  l oga r i th m ic   a nd   e x po ne nt ia l   f u nc ti o ns .   P r e vi ou s   r e s e a r c h  o n  di f f e r e n c e   e x p a ns i on   a nd   R D E   h a s   f oc us e d  on   d a t a   e m be dd i ng   s c he m e   a l go r i th m s ,  w h ic h   r e q u i r e   p i xe l  pa i r s   t o   p e r f o r m   t he   e m be d di n g  p r o c e s s .   T h e   s e l e c ti o n   o f   t he s e   p ix e l   pa i r s   te n ds   t o   be   do ne   b y   s o r t in g   th e   pi xe ls   i n   a   f la t   s e qu e n c e   [ 19 ] ,   w h ic h   c a n  r e s u lt   in   t he   s e le c t i on   o f   p a i r s   w i th   hi gh   d is t o r t i on .  T o  a d d r e s s   t h is   is s ue ,  t he   s t ud y   i n  [ 20 ] ,  [ 21 ]   p r o pos e d   t h e   c onc e p t   o f   P V O ,   w h ic h   f oc us e s   o n   s o r t in g   pi xe l   v a l ue s   w i th i n   b l oc ks   o f   pi xe ls   in   da ta   e m be dd i ng .  W h il e   th is   c o nc e p t  s ha r e s   t he   s a m e   ob je c t i ve ,  t he   P V O   te c hn i q ue ' s   li m i ta ti on   is   t ha t  i t  i s   o n ly   l im i te d  to   s pe c i f ic  p i xe l  b lo c ks .   T hi s   r e s e a r c h   p r e s e nt s   a n   R D H   s c he m e   i nt e gr a t in g   a n   e nh a nc e d   R D E   t e c h ni q ue   w it h   a da p ti ve   P V O   t o  a c h ie ve   h ig h  e m b e dd in g  c a pa c it y  a nd   l ow   d is t or ti on.   T he   ke y  c on c e p t  of   th is   s c he m e   is   th e   c om p ut a t io n   o f   r e du c e d   d if f e r e n c e   va l ue s ,   w hi c h  a l lo w s   e a c h  pi xe l   pa ir   t o  s to r e   u p  to   2   b it s   o f   s e c r e t   da ta .   T he   p r o pos e d  P V O   s c he m e   a r r a n ge s   pi xe l   in di c e s   b a s e d  on   i nt e ns it y  to   op ti m iz e   e m be dd in g ,  g ui di ng  th e   s e le c t io n  o f   pi xe l   pa i r s .  U nl ik e  p r e vi ous  m e th ods  t ha t   r e ly  on   f i xe d  p ix e l  b lo c ks ,  t hi s  a p pr oa c h a pp li e s   f o ur   di r e c t io na l   P V O   s c he m e s ,   ho r iz o nt a l,   v e r ti c a l ,  r i gh t - di a g ona l ,   a n d  le f t - d ia g ona l,   to   e x pl oi t  s pa t ia l   c or r e la t io ns   a c r os s   d i f f e r e nt   o r ie nt a t io ns .  T h is   a da pt a bi li ty   r e duc e s   d is t or ti on   a nd   i nc r e a s e s   c a pa c i ty   by   a li gni ng  pi xe l   o r de r i ng  w i th   lo c a l  im a ge   s t r uc t ur e s .  T h is   m e th o d  is   pa r t ic u la r l y  s u it a bl e   f o r   r e a l - w or ld   a ppl ic a ti ons   s uc h   a s   s e c r e t   c om m un ic a ti on,   c op yr ig ht   p r o te c ti on,   a nd   m e di c a l   d a ta   s e c ur it y,   w he r e   f id e li ty   a nd  c on f id e nt ia l it y a r e   e s s e n ti a l.  T hus ,  th e   m a in   c on t r i but io ns   of  t h is   r e s e a r c h a r e :   i)   I n tr od uc t io n  o f   a   nov e l   R D E - ba s e d  R D H   m e t ho d :  t hi s   s tu d y  p r o pos e s   a n   a d va nc e d   R D H   te c hn iq ue   th a t  in te g r a te s   a n   e nha nc e d   r e v e r s ib le   d if f e r e nc e   e x pa ns io n   m e c ha ni s m .   T he   in nova t io n   s ig n i f ic a nt ly   m in im iz e s   t he   di s to r t io n  ty pi c a l ly   in t r od uc e d  du r i ng   da ta   e m be dd in g,   t he r e by   p r e s e r v in g  th e   o r ig in a l   im a ge ' s  v is ua l  qua li ty . U nl ik e   tr a di ti ona l  R D E  s c he m e s ,  th is  a pp r oa c h c a n  e m be d  up  t o  2  bi ts   pe r   pi x e l   pa i r   w i th o ut   c a us i ng  no ti c e a b le   a r ti f a c ts ,   m a ki ng   i t  s ui ta b le   f o r   s e ns i ti ve   i m a ge   a p pl ic a ti ons   s uc h   a s   m e d ic a l  i m a g in g  or  s e c u r e  c o m m uni c a t io ns .   ii )   D e ve lo p m e n t  o f   a n   a da pt iv e   P V O   s c he m e   to  i m p r o ve  e m be d d in g  e f f ic ie n c y:   th e   r e s e a r c h  a ls o  p r e s e nt s   a   r e f in e d   P V O   m e c h a ni s m   th a t  a r r a n ge s   p ix e l  in d ic e s   ba s e d  on   i nt e ns i ty   le v e ls   to   gu id e   e f f ic ie nt   e m be dd in g .   I ns te a d   o f   r e l yi n g   o n  s ta ti c   p ix e l   b lo c ks ,   t hi s   m e t hod   a da p ts   to   lo c a l   i m a g e   c ha r a c te r is ti c s   by   e m pl o yi ng   f ou r   d ir e c t io na l   P V O   s t r a te g ie s :   ho r iz on ta l ,  v e r t ic a l,   r ig ht - d ia gon a l,   a nd   le f t - di a go na l .     T hi s   or ie n ta ti on - a w a r e   e m be d di ng   f r a m e w o r k  u t il iz e s   s pa t ia l  c or r e la t io ns   w it hi n  th e   i m a g e ,   le a di ng   t o   hi g he r  d a ta  c a pa c i ty   a nd   r e du c e d  v is ua l  d is t or ti on .   T hi s   pa pe r   is   o r ga ni z e d  i nt o   4   s e c ti o ns .   S e c t i on   1   p r ov i de s   a n   o ve r v i e w   o f   th e   r e s e a r c h  p r o b le m .     I n   s e c t i on   2 ,  s e v e r a l  R D E   a n d  P V O   s c h e m e s   a r e   i nt r od uc e d .  S e c ti on   3   i n t r o du c e s   a nd   e x p la in s   th e   p r o pos e d   m e t h od   i n   d e t a i l ,   i nc l ud i ng   h ow   th is   m e t ho d   is   i nt e n de d   to   s o lv e   th e   r e s e a r c h   p r ob le m .    S e c t i on   4   p r e s e nt s   a n   e va lu a t i on   o f   t he   pr o pos e d   m e th od   a nd   c o m p a r e s   t he   e xp e r i m e n ta l  r e s u l ts   o f   t h is   m e th o d  w i t h   p r e v io us   m e th od s .   S e c t io n   5 ,   i n   c on c l us io n ,  s um m a r i z e s   t h is   r e s e a r c h  a n d   d is c us s e s   t he   p o te n ti a l   f u t u r e  w o r k .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       A  hy br id  s te ganogr aphy   s c he m e  w it h r e du c e d di ff e r e nc e  e x pan s io n and   …   ( I  K ade k  A gus  A r ie s ta  P ut r a )   3565   2.   R E L A T E D  WORKS   R e s e a r c h r e la te d t o R D E  w a s  f ir s t  in tr oduc e d i n  [ 17] . T he  a ut hor s  i de nt if ie d l im it a ti ons  t o t r a di ti ona l   di f f e r e nc e   e xpa ns io n  te c hni que s ,  pa r ti c ul a r ly   th e   de gr a da ti on  of   vi s ua l  qua li ty   w he n  us e d  f or   m ul ti la ye r   e m be ddi ng  a nd  th e   r is k  of   ove r f lo w   or   unde r f lo w .  A n  R D E   s c he m e   w a s   pr opos e d  to   r e duc e   th e   di f f e r e nc e   va lu e   in   tr a di ti ona l  di f f e r e nc e   e xp a ns io n  m e th ods   by   im pl e m e nt in g  tr a ns f or m a ti on  f unc ti ons   ba s e d  on   e xpone nt ia l  a nd l oga r it hm ic  ope r a ti ons  t o a ddr e s s  t he s e  i s s ue s .  F ur th e r  de ve lo pm e nt s  w e r e  c onduc te d i n  [ 22] ,  in tr oduc in g  a   ne w   t r a ns f or m a ti on  f unc ti on   w it h   a   w id e r   r a nge .  T hi s   f unc ti on  pr ove d  m o r e   e f f e c ti ve   i n   im pr ovi ng  im a ge   qua li ty   da m a ge d   by  m ul ti la ye r   e m be ddi ng.  H ow e ve r ,  ke y   c ha ll e nge s   s uc h  a s   lo w   e m be ddi ng c a pa c it y a r e   s ti ll  a  s ig ni f ic a nt  l im it a ti on i n a ppl yi ng s uc h m e th ods .   T o  im pr ove   th e   s e c ur it y  a nd  qua li ty   of   da ta   e m be ddi ng  in   m e di c a l  im a ge s ,  s tu di e s   in   [ 23] ,  [ 24]   pr opos e d  a n  R D E   m e th od  th a t  ope r a te s   on  2× 2  pi xe l  bl oc ks   ( p_1,  p_2,  p_3,  p_4) .  T he s e   bl oc ks   a r e   c a te gor iz e d  in to   th r e e   ty p e s :  e xp a nda bl e ,  c ha nge a bl e ,   a nd  unc ha nge a bl e .  T o  ov e r c om e   th e   pr obl e m   of   ove r f lo w   or   unde r f lo w ,  onl y  bl oc ks   w it h  e xpa nda bl e   a nd  c ha nge a bl e   c a te gor ie s   a r e   u s e d  to   e m be d  1 - bi t   s e c r e t  da t a .  T hi s   m e th od   a dj us t s   th e   ba s e   poi nt   u s e d  to   c a lc ul a te   th e   di f f e r e nc e   va lu e   f or   th e   ot he r   th r e e   pi xe ls ,  s uc h  a s   a t  p_2  f or   th e   m e th od  in   [ 23]   a nd  in   or de r   p_3  f or   th e   m e th od  in   [ 24] .  I n  e xpa nda bl e   bl oc ks ,  a bs ol ut e   di f f e r e nc e   va lu e s   gr e a te r   th a n  1 a r e   r e duc e d  u s in g  a   tr a ns f or m a ti on  f unc ti on  be f or e   th e   s e c r e t  da ta   is   e m be dde d,  w hi le   va lu e s   out s id e   th is   r a nge  a r e   ha ndl e d   us in g   tr a di ti ona l  di f f e r e nc e   e xpa n s io n . T he   s e c r e t   da ta   is   e m be dde d  in   th e   le a s t  s ig ni f ic a nt   bi t  or   us in g  tr a di ti ona l  d if f e r e nc e   e xpa ns io n  [ 23]   f or   m ut a bl e   bl oc ks .   A lt h ou gh  t hi s   R D E   c o nc e p t  s u c c e s s f ul ly   a dd r e s s e s   th e   pr obl e m   of   hi gh  d i s to r ti o n  a nd  im pr ov e s   im a g e   q ua li t y,   th e   pi x e l  bl o c k  s e l e c ti on  p r o c e s s   r e m a in s   a   c ha ll e ng e ,  e s p e c i a ll y  in   f in d in g  th e   o pt im a l  ba s e   p oi n t  to   a c hi e ve   m in i m a l  d if f e r e nc e   va lu e s  a nd  s ti l l  r e s ul ts  i n  m a n y u nc h a ng e a bl e  bl o c ks  a f f e c ti ng  t h e   e m be ddi ng  c a p a c it y.   S hi f ti ng  th e   f oc us   to   P V O - ba s e d  a ppr oa c he s ,  L e e   e t  al .   [ 21]   pr e s e nt   a n  a ppr oa c h  f or   R D H   s c he m e s   by  ut il iz in g  a   c om bi na ti on  of   P V O   a nd  two - la ye r   e m be ddi ng  t o  im pr ove   th e   e f f ic ie nc y  of   hi di ng  s e c r e t  da ta   in   di gi ta l  im a ge s .  B y  di vi di ng  th e   da ta   e m be ddi ng  pr oc e s s   in to   two  la ye r s ,  th e   f ir s t  a nd  s e c ond  la ye r s   ut il iz e   di f f e r e nt   bl oc k  pa r ti ti on  m ode ls   to   a voi d  th e   ove r us e   of   pi xe ls ,   th us   im pr ovi ng   th e   ove r a ll   pe r f or m a nc e .  T hi s   s c he m e   ut il iz e s   th e   P V O   te c hni que   to   pr e di c t  a nd   e m be d  s e c r e t  da ta   by   s or ti ng  th e   pi x e l  va lu e s   w it hi n  e a c h   bl oc k.  D e s p it e  i t s   a d va nt a g e s , t he r e   is   a   li m i ta ti o n of   th e  P V O   te c hn iq ue   u s e d:  i t  i s  o nl y  l im it e d  to   c e r ta in   bl o c k s   of   pi x e l s .   T hi s   li m it a ti o n   r e du c e s   i ts   f l e xi b il it y   a nd   e m b e dd in g  c a p a c it y   a s   c o m pl e x   b lo c k s   w it h   h ig h   va r ia ti o ns   in  p ix e l  v a lu e s   a r e  of te n  s k ip p e d ,  th u s  l im it i ng  t h e   a m oun t  o f   s e c r e t  da ta  t h a t  c a n  b e   e m be dd e d  i n  t h e   im a g e .   A dva nc in g  P V O - ba s e d   m e th odol ogi e s ,   R e n  e t  al .   [ 25]   pr e s e n ts   a   dyna m ic   hybr id   R D H   te c hni que   de s ig ne d  to   e nha nc e   da ta   e m be ddi ng  c a pa c it y  a nd  im a ge   qua li ty .  T he   a ppr oa c h  r e f in e s   th e   tr a di ti ona l   P V O   m e th od  by  c la s s if yi ng  im a ge   bl oc ks   in to   th r e e   c a te gor ie s :  e xt r e m e ly   s m oot h,  s m oot h,  a nd  r ough,  ba s e d  on   th e ir   c om pl e xi ty .  A   bl oc k  s ubdi vi s io n  a lg or it hm   is   a ppl ie d   f or   s m oot h  bl oc ks , a ll ow in g  up  to   6  bi ts   of   da ta   to   be   e m be dde d.   I n  e xt r e m e ly   s m oot h  bl oc ks ,   a   m e di a n  pi xe l  p r e di c ti on  te c hni que   is   ut il iz e d  to   pr e di c t  th e   r e m a in in g pi xe ls , e na bl in g t he  e m be ddi ng of  up t o 8 bi ts  of  da t a . R ough bloc ks  a r e  e xc lu de d f r om  e m be ddi ng  to   a voi d  di s to r ti on.  T he   e xpe r im e nt a l  r e s ul t s   de m on s tr a te   t ha t  th is   m e th od   of f e r s   s ig ni f ic a nt ly   hi ghe r   e m be ddi ng  c a pa c it y  a nd  be tt e r   im a ge   qu a li ty   th a n  tr a di ti ona l  P V O   te c hni que s .  H ow e v e r ,  th e   m e th od’ s   e f f e c ti ve ne s s   is   in f lu e nc e d  by  th e   te xt ur e   c h a r a c te r is ti c s   of   t he   im a ge ,  p a r ti c ul a r ly   th e   s m oot hne s s   of   th e   bl oc ks  be in g pr oc e s s e d.   F ur th e r m or e ,  va r io us   s tu di e s   ha ve   b e e n  c onduc t e d  on  a ppl yi n g  P V O   in   pr e di c ti on  e r r or   e xpa ns io n  ( P E E )   s c he m e s .  K a ur   e t  al .   [ 20]   pr opos e d  a n  R D H   s c h e m e   in vol vi ng  P V O   in   th e   f or m   of   a   s or ti ng  s tr a te gy   c om bi ne d  w it h  P E E   by  e m be ddi ng s e c r e t  da t a   in to   th e   le a s t   s ig ni f ic a nt   pi xe ls   s or te d   by  th e ir   pr e di c ti on  e r r or .  S im il a r ly ,  C hi   e t  al .   [ 26 ]   e xpl or e d  P V O   a nd  P E E ,  a   s c he m e   th a t  de r iv e s   pr e di c te d  va lu e s   f r om   th e   s or te d  pi xe l  va lu e s ,  w hi c h   ut il iz e s   two  s te ps   of   pr e di c ti on  e r r or   tr ip le t  e xpa ns io n  ba s e d  on  P V O .  O ve r a ll ,  pr e vi ous   r e s e a r c h  on  th e   P V O   c onc e pt   ha s   s im il a r it ie s   in   s or ti ng  pi xe l  va lu e s   w it hi n  bl oc ks   of   pi xe ls   in   da t a   e m be ddi ng. How e ve r , t he  f unda m e nt a l  di f f e r e nc e  l ie s  i n t he  a p pr oa c h pr opos e d i n t hi s  m e th od, whe r e  P V O  i s   m or e   f oc us e d  on  s or ti ng  th e   pi xe l  in di c e s   to   s e le c t  th e   r ig ht   pi xe l  bl oc k  r a th e r   th a n  s or ti ng  th e   pi xe l  va lu e s   w it hi n t he  bl oc k.       3.   P R O P O S E D   M E T H O D   T r a di ti ona l  di f f e r e nc e   e xpa ns io n ,  a s   pr opos e d  in   [ 27] ,  e m be ds   s e c r e t  da ta   by  e xpa ndi ng  th e   di f f e r e nc e   va lu e s   of   a dj a c e nt   pi xe l  pa ir s .  S pe c if ic a ll y,  gi ve n  a   pa ir   of   pi xe ls   ( , ) ,  di f f e r e nc e   e xpa ns io n  f ir s t  c a lc ul a te s  t he  a ve r a ge  va lu e   = ⌊ ( + ) / 2 ⌋   a nd t he  di f f e r e nc e  va lu e   ℎ   =   − . N e xt , t he  s e c r e t  bi t  w il l  be   e m be dde d  by  m odi f yi ng  th e   di f f e r e nc e   va lu e   ℎ ,   w hi c h  w il l  a ls o  be   us e d  to   pe r f or m   r e ve r s ib le   r e c ons tr uc ti on.  A lt hough  di f f e r e nc e   e xpa ns io n  i s   qui te   s im pl e   a nd  e f f e c ti ve ,  it   te nds   to   ha v e   hi gh  di s to r ti on  e s p e c ia ll y  w he n   it  ha s  a  l a r ge  di f f e r e nc e  va lu e .   T o  a ddr e s s   th is   li m it a ti on,  R D E   is   in tr oduc e d  a s   a n  im pr ove m e nt   th a t  r e duc e s   th e   di f f e r e nc e   va lu e   by a ppl yi ng t r a ns f or m a ti on  f unc ti ons  s uc h a s  l oga r it hm ic  or  e xpone nt ia l  s c a li ng  [ 17] . B y l im it in g  th e  r e duc e d   di f f e r e nc e   va lu e ,  R D E   is   not   onl y  a bl e   to   r e duc e   di s to r ti on,  but   is   a ls o  a bl e   to   in c r e a s e   th e   e m be ddi ng   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   5 ,  O c to be r   2025 :  3563 - 3575   3566   c a pa c it y  a s   m or e   s m oot h  pi xe l  p a ir s   w il l  be   e m be dda bl e .  T o  a c hi e ve   th is ,   R D E   r e qui r e s   two  a ddi ti ona l  c om pone nt s :  a   s e c r e t  ta bl e   ( S T )   a nd  a   lo c a ti on  m a p  ( L M ) .  T he   ST   s to r e s   th e   s e le c te d  pi xe l  pa ir s '   lo c a ti on  f or   da ta   hi di ng,  e ns ur in g  th a t  onl y  s ui ta bl e   lo c a ti ons   ( w it h  lo w   vi s ua l  im pa c t)   a r e   us e d.  T he   LM   r e c or ds   th e   in f or m a ti on  r e qui r e d  dur in g  th e   e xt r a c ti on  a nd  r e s to r a ti on  pr oc e s s .   B a s e d  on  th e s e   pr in c ip le s ,  w e   d e s ig n  a   nove l  e m be ddi ng  a lg or it hm   th a t  in te g r a te s   R D E   w it h  a n  im pr o ve d  pi xe l  s e le c ti on  m e c ha ni s m   us in g  th e   P V O   s c he m e , t hus   e na bl in g e f f ic ie nt  R D E  w it h m in im iz e d di s to r ti on.     3.1.  T h e  p r op os e d  d at a h id in g s c h e m e  u s in g r e d u c e d  d if f e r e n c e  e xp an s io n   3.1.1. Dat a e m b e d d in g   T he   pr opos e d  s c he m e   r e qui r e s   a   pa ir   of     a nd    pi xe ls   to   e m be d  2  bi ts   of   s e c r e t  da ta .  A s   s e e n  in   F ig ur e  1, t hi s  pr oc e s s  be gi ns  w it h  c a lc ul a ti ng t he  di f f e r e nc e  va l ue     ba s e d on the  v a lu e s  of     a nd    us in g ( 1) .       = { − ,    > − ,  ℎ    ( 1)     O nc e   th e     va lu e   is   obt a in e d,  w e   th e n  n e e d  to   c he c k  w he th e r   t hi s     va lu e   c a n  be   e xpa nde d  or   not .  I n  th is   c ont e xt ,  th e     va lu e   is   c on s id e r e d  e xp e nda bl e   if   it   e xc e e d s   3.  I f   th is   c ondi ti on  is   m e t,   th e n  th e     va lu e   c a n  be   e xpa nde d,  a nd  it   w il l  be   a dj us te d  a c c or di ng  to   ( 2) .   C onve r s e ly ,  if   th e     va lu e   is   le s s   th a n  or   e qua l  to   3,   it   is   de e m e d non - e xpa nda bl e . I n s u c h i ns ta nc e s , t he      va lu e  i s  upda te d t o 2.     ′ = { ⌊ 4 ⌋ − ⌊ √ ⌊ l o g 2 ⌋ ⌋ ,    > 3 ,  ℎ    ( 2)     T he   ne xt   s ta ge   in   th is   pr oc e dur e   in vol ve s   e m be ddi ng  th e   s e c r e t  da ta   ( ) .  T hi s   is   a c c om pl is he d  by   ut il iz in g  ( 3) .  O nc e   th e   s e c r e t  da ta   i s   s uc c e s s f ul ly   e m be dde d,  it ' s   ne c e s s a r y  to   upda te   th e   m o s t  r e c e nt     a nd    va lu e s  a s   ′   a nd  ′ . T hi s  upda te  i s  don e  us in g ( 4) .     ′′ = ′ × 4 + S   ( 3)     ′ , ′ = { ′ = + ′′      ′ = ,    > ′ = + ′′      ′ = ,  ℎ    ( 4)     A f te r   s uc c e s s f ul ly   obt a in in g  th e   ne w   va lu e s   of     a nd  ,  th e   s ubs e que nt   s te p  in vol ve s   va li da ti ng  th e s e   va lu e s .   T hi s   va li da ti on  a im s   to   e ns ur e   th a t  th e   va lu e s   of   ′   a nd  ′   r e m a in   w it hi n  th e   a c c e pt a bl e   r a nge   of   0   to   255 ,   c or r e s ponding  to   th e   va li d  c ol or   r a nge .  T hi s  s te p  is   c r uc ia l  a s   it   pr e ve nt s   ove r f lo w   or   unde r f lo w ,  w hi c h  c oul d   c a us e  e r r or s  i n t he  s ub s e que nt  pr oc e s s e s . P r e ve nt in g t hi s  ove r f lo w  or  unde r f lo w  f ol lo w s  w ha t  is  s how n i n ( 5) .     o v e r flo w / un d e r flo w = {  ,      0 ≤ ≤ 255  ,    ℎ                  ( 5)     I f   th e   upda te d  va lu e s   of     a nd    f a ll   out s id e   th e   va li d  c ol or   r a nge ,  it   im pl ie s   th a t  th is   pi x e l  pa ir   is   un s ui ta bl e   f or   e m be ddi ng  s e c r e t  da ta .  I n  s uc h  a   c a s e ,  th e      va lu e   is   th e n  upda te d  to   0  a s   a n  in di c a to r   of   a     non - e m be dda bl e  pa ir . T he r e f or e , w e  ne e d t o l ook f or  ot he r  pi xe l  pa ir s  a s  a n a lt e r na ti ve . H ow e v e r , i f  t hi s  pi xe l   pa ir  c a n e m be d t he  s e c r e t  m e s s a ge  ( ST ≠ 0 ) , t he n t he  ne xt  s te p i s  t o de te r m in e  t he      va lu e  by us in g t he  ( 6) .      =    4   ( 6)     3.1.2. Dat a e xt r ac t io n  p r oc e s s   I n  th e   s e c r e t  da ta   e xt r a c ti on  s ta ge ,  th e   f ir s t  s te p  th a t   m us t  be   t a ke n  is   to   obt a in   pi xe l   pa ir s   f r om   th e   s te go  im a ge . T he   s te go   im a ge   is  a n  im a ge   th a t  ha s   be e n   us e d  to   hi de   s e c r e t  da t a   w it hi n  it .  A f te r   obt a in in g  th e   pi xe l  pa ir s   a nd  th e   lo c a ti ons   w he r e   th e   s e c r e t  da ta   is   hi dde n,  th e   ne xt   s te p  is   pe r f or m in g   a   s e r ie s   of   c a lc ul a ti ons .  T he s e   c a lc ul a ti ons   a r e   th e   r e v e r s e   of   th e   d a ta   in s e r ti on  pr oc e s s ,  in te ndi ng   to   r e ve a l  a g a in   th e   s e c r e t  da ta  t ha t  ha s  be e n hi dde n.  T he  pr oc e s s  of  e xt r a c ti ng t hi s   s e c r e t  da ta  i s   c a r r ie d out, a s  s e e n i n F ig ur e  2.   T o  c a r r y  out   th e   e xt r a c ti on  of   s e c r e t  da ta ,  th e r e   a r e   two  im por ta nt   va lu e s   ne e de d,  na m e ly   th e        va lu e   a nd  th e   LM   va lu e .  T he s e   two  va lu e s   a r e   us ua ll y  tr a ns m it te d  di f f e r e nt ly   a nd  a r e   r e qui r e d  f o r   e xt r a c ti on.  T he   f ir s t  s te p   in   th e   e xt r a c ti on  pr oc e s s   is   to   c a lc ul a te   th e   di f f e r e nc e   va lu e   ′′ .  T hi s   va lu e   is   obt a in e d us in g ( 7) . I f  t he      va lu e  i s   - 1, 1, or  2, t he n s e c r e t  da ta  i s   hi dde n i n t ha t  pi xe l  pa ir . C onve r s e ly , i f  t he   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       A  hy br id  s te ganogr aphy   s c he m e  w it h r e du c e d di ff e r e nc e  e x pan s io n and   …   ( I  K ade k  A gus  A r ie s ta  P ut r a )   3567      va lu e   i s   0,   th e n  th e r e   is   no   s e c r e t  da t a   hi dde n   in   th a t  pi x e l  pa ir .   A f te r   obt a in in g  th e   ′′   va lu e ,  th e   n e xt   s t e p  is  t o e xt r a c t  th e  s e c r e t  d a ta  a nd r e ga in  t he  or ig in a l    va lu e . T he  s e c r e t  da ta  S  va lu e  i s  obt a in e d u s in g t he  ( 8) .     ′′ = { ′ − ′ ,       = − 1 ′ − ′ ,       ∈ { 1 , 2 }   ( 7)     S = ′′    4   ( 8)     T o  r e s to r e   th e   di f f e r e nc e   va lu e   ′′   to   it s   or ig in a l  va lu e   ,  s e v e r a l  s t e ps   m us t  b e   ta ke n  d e pe ndi ng  on  th e      va lu e .  I f    ∈ { 1 , 2 } ,  th e   ′   va lu e   c a n   be   obt a in e d   us in g  ( 9) ,  a nd  th e   or ig in a l    va lu e   c a n  be   obt a in e d  us in g  ( 10) .  I f   th e      va lu e   is   2,  th e n  th e   or ig in a l    va lu e   c a n  be   obt a in e d  us in g  ( 11) .  A f te r   a ll   th e s e   s te ps   a r e   c om pl e te d,  th e   in it ia l  va lu e s   of     a nd    c a n  be   c a lc ul a te d  u s in g   th e   ( 12) .  T hus ,  th e   s e c r e t  da ta   e xt r a c ti on  pr oc e s s   is  c om pl e te .  T h e   pr e vi ous ly   hi dde n  s e c r e t  da ta   w it hi n  t he   im a ge   ha s   now   b e e n  s u c c e s s f ul ly   obt a in e d,  a nd w e  c a n a l s o r e tr ie ve  t he  or ig in a l  c ove r  i m a ge .     ′ = ⌊ ′′ − 4 ⌋   ( 9)     = 4 × ( ′ + ⌊ √ ′ ⌊ l o g 2 ′ ⌋ ⌋ ) + LM   ( 10)     d = ⌊ ′′ − 4 ⌋   ( 11)     , = { = ′      = + ,       = − 1     = ′      = + ,       ∈ { 1 , 2 }   ( 12)     I n  ge ne r a l,   th e   c om pa r is on  be tw e e n  th e   pr opos e d  m e th od  a n d  th e   pr e vi ous   m e th ods   [ 24] ,  [ 28]   is   il lu s tr a te d  in   T a bl e   1.  A not he r   ke y  di f f e r e nc e   i s   th a t  m e th ods   [ 24] ,  [ 28]   e m be d  1  s e c r e t  m e s s a ge   f or   e a c h   di f f e r e nc e   va lu e   d .  I n  c ont r a s t,   th e   pr opos e d   m e th od   e m b e ds   2  bi ts   of   s e c r e t   m e s s a ge   f or   e a c h   di f f e r e nc e   va lu e  d, r e s ul ti ng i n a  l a r ge r  e m be ddi ng c a pa c it y.           F ig ur e  1. D a ta  e m be ddi ng pr oc e s s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   5 ,  O c to be r   2025 :  3563 - 3575   3568       F ig ur e  2. D a ta  e xt r a c ti on pr oc e s s       T a bl e  1. C om pa r is on b e twe e n t he  m e th od i n  [ 24] , [ 28] , a nd t he  pr opos e d m e th od   M e t hod   P i xe l  bl oc k  ( )   D i f f e r e nc e   ( )   R e duc e d di f f e r e nc e  e xpa ns i on ( ′ )   N e w  pi xe l  c om put a t i on ( ′ )   M e t hod i n  [ 24]   2 × 2   ( 0 , 1 , 2 , 3 )   { 0 = 0 − 2 1 = 1 − 2 2 = 0 3 = 3 − 2   { − ( 2 + 2 ⌊  2 ( ) ⌋ + ⌊ √ ⌊  2 ( ) ⌋ ⌋ ) ,  > 1 + ( 2 + 2 ⌊  2 ( ) ⌋ + ⌊ √ ⌊  2 ( ) ⌋ ⌋ ) ,  < 1   {     0 ′ = 0 ′′ + 2 1 ′ = 1 + 2 2 ′ = 2 3 ′ = ℎ 3 ′′ + 2   M e t hod i n  [ 28]   3 × 3   ( 0 , 1 , … , 8 )   { 0 = 0 − 4 1 = 1 − 4 . . . 3 = 3 − 4   {         − 2 ⌊  2 ( ) ⌋ − 1 ,    2 × 2 ⌊  2 ( ) ⌋ − 1 ≤ ≤   3 × 2 ⌊  2 ( ) ⌋ − 1 − 2 ⌊  2 ( ) ⌋ ,  < 3 × 2 ⌊  2 ( ) ⌋ − 1 ≤ ≤   4 × 2 ⌊  2 ( ) ⌋ − 1   { 0 ′ = 0 ′′ + 2 1 ′ = 1 + 2 . . . 3 ′ = ℎ 3 ′′ + 1   P r opos e d  m e t hod   1 × 2   ( 0 , 1 )   | 1 − 0 |   { ⌊ 4 ⌋ − ⌊ √ ⌊ l o g 2 ⌋ ⌋ ,    > 3 ,  ℎ   {     { 0 ′ = 1 + ′′ 1 ′ = 1 ,    0 ≥   1 { 0 ′ = 0 1 ′ = 1 + ′′ ,    0 <   1       3.1.3. E m b e d d in g c ap ac it y an d  d is t or t io n  m e as u r e m e n t   E m be ddi ng  c a pa c it y  is   m e a s ur e d   in   te r m s   of   bi t  pe r   pi xe l   ( bpp) ,  qua nt if yi ng  how   m uc h  s e c r e t  da ta   c a n  be   e m be dde d  in   e a c h  c ove r   im a ge   pi xe l.   T h e   e m be ddi ng  c a pa c it y  f or   a   gi ve n  im a ge   c a n  be   c a l c ul a te d  us in g t he  ( 13) .     Em b e d d in g   c a p a c it y = t o t a l   e m b e d d e d   b i t s h e ig h t × w id th   (1 3 )     D is to r ti on  is   e va lu a te d  u s in g  pe a k   s ig na l - to - noi s e   r a ti o  ( P S N R )   a s   s e e n  in   ( 14)   a nd  s tr uc tu r a l  s im il a r it y  in de x  m e a s ur e m e nt   ( S S I M ) .  M e a n  s qu a r e d  e r r or   ( M S E )   is   c a lc ul a te d by  a ve r a gi ng  th e   s qua r e d  di f f e r e nc e s   be twe e n  th e   pi xe l  va lu e s   of   th e   or ig in a l  i m a ge      a nd  th e   s te go  im a ge    ′   a t  th e   pos it io n  ( , ) ,  w he r e     a nd    r e pr e s e nt  t he  i m a ge  di m e ns io n s  a s   s e e n i n ( 15) .     = 10 l o g 10 ( 255 2 )   (1 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       A  hy br id  s te ganogr aphy   s c he m e  w it h r e du c e d di ff e r e nc e  e x pan s io n and   …   ( I  K ade k  A gus  A r ie s ta  P ut r a )   3569    = 1 ⋅ ∑ ∑ (  −  ′ ) 2 = 1 = 1   (1 5 )      ( , ) = ( 2 μ μ + 1 ) ( 2 σ  + 2 ) ( μ 2 + μ 2 + 1 ) ( σ 2 + σ 2 + 2 )   (1 6 )     S S I M ,  a s   s e e n  in   f or m ul a   ( 16) ,  m e a s ur e s   th e   pe r c e pt ua l  s im il a r it y  be twe e n  th e   or ig in a l  a nd  s te go   im a ge s   by  c ons id e r in g  s tr uc tu r a l  in f or m a ti on,  lu m in a nc e ,  a nd  c ont r a s t.   S S I M   is   ba s e d  on  c om pa r in g  lo c a l  pi xe l  in te ns it y  pa tt e r ns   nor m a li z e d  f or   lu m in a nc e   a nd  c ont r a s t.   W he r e   μ   a nd  μ   a r e   th e   m e a n  in te ns it ie s ,  σ 2   a nd  σ 2   a r e  t he  va r ia nc e s  a nd  σ    is  t he  c ova r ia nc e  be twe e n t he  t w o i m a ge s . T he  c on s ta nt s   1   a nd  2   a r e  us e d   to   s ta bi li z e   th e   di vi s io n  w it h  w e a k  d e nom in a to r   va lu e s .   S S I M   va lu e s   r a nge   f r om   - 1  to   1,  1  in di c a ti ng  pe r f e c t  s tr uc tu r a l  s im il a r it y.     3.2.  P ix e l - val u e  or d e r in g s c h e m e   M os t   d e ve l op e d   s t e ga n og r a p hy   m e t ho ds   f oc u s   s o le l y   o n   e m b e d d in g   a   s e c r e t   m e s s a g e   i n to   a     p r e - d e t e r m i ne d   p a i r   o f   p i xe ls ,   k no w n   a s   f ix e d   p ix e l   pa i r   p os i t io n.   I n   th e   m e t h ods   c i te d   in   [ 2 9] ,   th e   p os i t io n  o f   t he   p ix e l   p a ir s   is   de t e r m i ne d   be f o r e   a s s e s s i ng   w he t he r   t he   p i xe l  pa i r   c a n  be   e m be d de d  w i t h  a   s e c r e t   m e s s a ge .   T he r e   is   c on c e r n   t ha t   th is   f ix e d   pi xe l   p a ir   p l a c e m e n t   c ou l d  be   p r o b le m a t ic   w he n   f a c e d   w i t h  pi xe ls   w ho s e   p os it i ons   a r e   no t   a dj a c e n t,   a s   s ho w n   in   F ig u r e   3.   T h is   f ig u r e   i l lu s t r a t e s   t he   s e le c t io n   o f   p i xe l  pa i r s   us in g  a   c o m m o n  f u nc t io n  us ua ll y  us e d  t o  c ha n ge   a   2 - d i m e n s i o na l  a r r a y  i nt o  a   1 - d i m e ns i o na l  a r r a y ,  a s   f o u nd   i n  [ 30 ] ,  th us   f i nd i ng   p i xe l  p a ir s   th a t   a r e   n o t  a d j a c e n t,   a s   s e e n  i n  p a ir   3 ,  w h ic h  ha s   a   l a r ge   d i f f e r e n c e   va lu e .   T he r e f o r e ,   p i xe l   p a i r s   l ik e   " p a i r   3 "   t e n d   to   h a ve   t he   po te n ti a l   t o   b e c o m e   p ix e l s   t ha t  c a n n ot  b e   e m be d de d  w i t h s e c r e t  m e s s a ge s .           F ig ur e  3. A  pr obl e m  i n f la tt e n - a r r a y  P V O       I n   t hi s   s t ud y,   a   m e th o d  w a s   p r o po s e d  t ha t  e x p lo r e s   f ou r   di f f e r e n t   w a ys   of   s e l e c t in g  p ix e l   pa i r s .   T he   in s p i r a t io n   f o r   t hi s   m e t ho d   c a m e   f r o m   th e   w a y   a   p a i n te r   w o r ks .   W it h   hi s   u n iq ue   s k il ls   a n d   s ty le ,    a   pa in te r   c a n   m ov e   h is   b r us h   i n  va r i ous   di r e c ti o ns ,   w h e t he r   h o r iz on ta l ly ,   v e r t i c a ll y,   o r   d ia go na l ly ,   to   th e   r i g h t  o r   l e f t .  B y  a p p ly i ng   t he   s a m e   p r in c i p le ,  th e   p os i ti o n  of   c o lo r s   th a t   a r e   n ot   m uc h  d if f e r e nt   c a n  be   f o u nd   by   s c a n n in g  t he   im a g e   a c c o r d i ng   to   th e   a s s um e d   b r us h  m ov e m e n t   d i r e c t i on .   F i gu r e   4   i l lu s t r a te s   t h e s e   f o u r   w a y s   of   s or t i ng  p ix e l s   in   d e t a i l .  H o r iz on ta l  p ix e l - va lu e   or de r i ng   ( H - P V O )   c a n   b e   s e e n  in   A l go r i th m   1,   ve r ti c a l   p ix e l - va l ue   o r de r i ng   ( V - P V O )   in   A l g or i t h m   2 ,   d ia go na l - r ig h t  p ix e l - va l ue   o r de r in g  (R - P V O )   in   A l g o r i t hm   3 ,   a nd   d ia go na l - l e f t   p ix e l - va l ue   o r de r i ng   ( L - P V O )   in   A l g o r i t hm   4 .   B y   a pp ly i ng   t h is   m e t h od ,  w e   c a n   e ns u r e   th a t   th e   s e q ue nc e   o f   pi xe ls   o bt a in e d   w i ll   be   a d ja c e n t.   U s i ng   t h is   m e t ho d ,    w e   c a n   e ns u r e   th e   s e le c te d  p i xe ls   w i l l  be   a d ja c e nt ,  t hus   f a c i li t a t i ng   a n  e f f ic ie n t  p i xe l  pa i r   s e l e c ti on   a nd   a   m o r e   e f f e c t iv e  s te ga no g r a p hy  p r oc e s s .     A lg or it hm  1:  H or iz ont a l  pi xe l - va lu e  or de r in g   I nput :  P   a s   N ×   pi xe l  a r r a y   O ut put :  P _i dx   a s  a  l is t  of  pi xe l  pa ir  pos it io n   1   r o w ,   c o l   ← 0 ;     2   c o l _ in c   ← 1 ;   3   P _ id x ← [];   4   w hi le   l e n g t h ( _ ) < N ×   do   5     P _ id x []  ← (  , )   6     c o l = c o l + c o l _ in c   A lg or it hm  2:  V e r ti c a l  pi xe l - va lu e  or de r in g   I nput :  P   a s   N ×   pi xe l  a r r a y   O ut put :  P _i dx   a s  a  l is t  of  pi xe l  pa ir  pos it io n   1   r o w ,   c o l   ← 0 ;     2   r o w _ in c   ← 1 ;   3   P _ id x ← [];   4   w hi le   l e n g t h ( _ ) < N ×   do   5     P _ id x []  ← (  , )   6     r o w = r o w + r o w _ in c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   5 ,  O c to be r   2025 :  3563 - 3575   3570   7     if   c o l ≥   th e n   8       c o l   =   c o l   +  1 ;  r o w   =   r o w   +  1 ;   10       c o l _ in c   =   − 1 ;   11     e ls e  i f   c o l <  0   th e n   12       c o l   =  0 ;  r o w   =   r o w   +  1 ;   14       c o l _ in c   =  1 ;   15     e nd i f   16   e nd w hi le     7     if   r o w ≥   th e n   8       c o l   =   c o l   +  1 ;  r o w   =   r o w   − 1 ;   10       r o w _ in c = − 1 ;   11     e ls e  i f   r o w < 0   th e n   12       c o l   =   c o l   + 1 ;  r o w   =  0 ;   14       r o w _ in c =  1 ;   15     e nd i f   16   e nd w hi le       A lg or it hm  3:  D ia gona l - r ig ht   pi xe l - va lu e  or de r in g   I nput :  P   a s   N ×   pi xe l  a r r a y   O ut put :  P _i dx   a s  a  l is t  of  pi xe l  pa ir  pos it io n   1   r o w ,   c o l   ← 0 ;   r o w _ in c   ← − 1 ;    3   c o l _ in c   ← 1 ;  P _ id x ← [];   5   w hi le   l e n g t h ( _ ) < N ×   do   6     P _ id x []  ← (  , )   7     r o w = r o w + r o w _ in c   8     c o l   =   c o l   +   c o l _ in c   9     if   r o w < 0   th e n   10       r o w = 0 ;     11       r o w _ in c = 1 ;  c o l _ in c = − 1 ;   13     e ls e  i f   r o w   ≥   th e n   14       c o l   =   c o l   + 2 ;  r o w   = r o w − 1 ;   16       r o w _ in c =   − 1 ;  c o l _ in c =  1 ;   18     e ls e  i f   c o l < 0   th e n   19       c o l   = 0 ;   20       r o w _ in c = − 1 ;  c o l _ in c = 1 ;   22     e ls e  i f   c o l   ≥   th e n   23       r o w   = r o w   + 2 ;  c o l = c o l − 1 ;   25       r o w _ in c = 1 ;  c o l _ in c = − 1 ;   27     e nd i f   28   e nd w hi le     A lg or it hm  4:  D ia gona l - le f t  pi xe l - va lu e  or de r in g   I nput :  P   a s   N ×   pi xe l  a r r a y   O ut put :  P _i dx   a s  a  l is t  of  pi xe l  pa ir  pos it io n   1   r o w ,   c o l   ← 0 ;   r o w _ in c   ← − 1 ;   3   c o l _ in c   ← − 1 ;  P _ id x ← [];   5   w hi le   l e n g t h ( _ ) < N ×   do   6     P _ id x []  ← (  , )   7     r o w = r o w + r o w _ in c   8     c o l   =   c o l   +   c o l _ in c   9     if   r o w < 0   th e n   10       c o l = c o l   + 2 ;  r o w   = 0 ;     12       r o w _ in c = 1 ;  c o l _ in c = 1 ;   14     e ls e  i f   r o w   ≥   th e n   15       r o w   =   r o w   − 1 ;   16       r o w _ in c   = − 1 ;  c o l _ in c =   − 1 ;   18     e ls e  i f   c o l < 0   th e n   19       c o l   = 0 ;   20       r o w _ in c = 1 ;  c o l _ in c = 1 ;   22     e ls e  i f   c o l   ≥   th e n   23       c o l = c o l − 1 ;  r o w = r o w − 1 ;   24       r o w _ in c = − 1 ;  c o l _ in c = − 1 ;   27     e nd i f   28   e nd w hi le             F ig ur e  4. T he  pr opos e d  P V O   s c h e m e       F ur th e r m or e ,  th e   pr opos e d  m e th od’ s   s c he m e   e f f e c ts   on  th e   e m be ddi ng  c a pa c it y  a r e   il lu s tr a te d  in   F ig ur e   5.  T he   f ig ur e   s how s   th e   e m be ddi ng  of   6  bi t s   of   s e c r e t  da ta   ( 11,  11,  a nd  00)   in to   a   3 × 5  gr a ys c a le   im a ge . T he  f ig ur e  c om pa r e s  t he  f la tt e ne d pi xe l  a r r a y o r de r in g  w it h our   P V O  s c he m e s . T he  pi xe l  pa ir s  us e d i n   e a c h  s c he m e   a r e   hi ghl ig ht e d  w it h  a   gr e e n  bor de r   in   th e   r e s ul ti ng  s te go  im a ge .  T he   P S N R   r e s ul ts   s how   th a t   th e   f la tt e ne d  pi xe l  a r r a y  or de r in g  ha s   th e   lo w e s t  P S N R . T hi s   is  due   to   th e   hi gh  di s to r ti on  w he n  a ppl ie d   to   our   pr opos e d  R D E   s c he m e .  M e a n w hi le ,  th e   hi gh e s t  P S N R   r e s ul t  o f   38.888  dB   is   a c hi e v e d  w it h  th e   di a gona l - le f t  pi xe l  or de r in g.  T hi s   in di c a te s   th a t  th e   c ove r   im a ge   c h a r a c te r is t ic s   a r e   be tt e r   s ui te d  f or   th e   di a gona l - le f t  pi xe l  or de r in g s c he m e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       A  hy br id  s te ganogr aphy   s c he m e  w it h r e du c e d di ff e r e nc e  e x pan s io n and   …   ( I  K ade k  A gus  A r ie s ta  P ut r a )   3571       F ig ur e  5. I ll us tr a ti on e xe m pl if yi ng t he  e m be ddi ng pr oc e s s  a nd i ts  di s to r ti on i m pa c t       4.   R E S U L T S  A N D  D I S C U S S I O N   I n  th is   s e c ti on,  w e   w il l  di s c u s s   th e   e xp e r im e nt a l  r e s ul ts   of   th e  m e th od  w e   pr opos e d.  T h e   e xpe r im e nt   in vol ve d  m e di c a l  im a ge   pi c tu r e s   s iz e d  512 × 512   pi xe ls   a s   a   m e di um   f or   da ta   hi di ng,  in c lu di ng  a bdomi na l ,   c he s t,   ha nd,  he a d,   a nd  le g  im a ge s   f r om   th e   publ ic   da ta s e t  [ 31] .  T he   e xpe r im e nt   w a s   c onduc te d  a g a in s t  th r e e   di f f e r e nt   pa yl oa d  s iz e s ,  5  kb ,   10  kb ,  a nd   20  kb ,   c om pa r e d  to   th e   m e th od  in   [ 28]   w hi c h  h a s   a ls o  s how n  th e   im pr ove m e nt   of   th e   m e th od  in   [ 24] .  A ddi ti ona ll y,  th e   e xpe r im e nt s   e xt e nd e d  up  to   100   kb  to   de m on s tr a te   th e   e f f e c ts  of   P V O   on e a c h i m a ge .   T o  e va lu a te   t he   qua li ty   of   th e   s te go  im a ge ,  w e   m e a s u r e   th e   P S N R   va l ue   i n  de c i be ls   ( d B ) ,  a   m e t r i c   c om m on ly   us e d  to   e va lu a te   im a ge   qua l it y   a f te r   da ta   in s e r ti o n .  W e   a ls o  in c lu d e   a   c o m pa r is on   be twe e n  ou r   m e t hod   a nd   th e   e xi s ti ng   R D E - ba s e d  d a ta   h id in g   [ 2 8] ,  to   s how   t he   s tr e ng th s   o f   ou r   m e th od.   W e   a ls o   in c lu d e d   P S N R   m e a s u r e m e n t  r e s ul ts   ba s e d  on   f ou r   w a ys   o f   pe r f o r m i ng   P V O :   H - P V O ,   V - P V O ,   R - P V O ,   a nd  L - P V O .   T o  e va lu a te   th e   pe r f or m a nc e   of   th e   p r opos e d  m e th od  a ga in s t  s ta te - of - th e - a r t  te c hni que s ,  c om pa r a ti ve   r e s ul ts   a r e   pr e s e nt e d  in   T a bl e s   2   to   4,  c or r e s ponding  to   pa yl oa d  c a pa c it ie s   of   5  kb ,  10  kb ,  a n d     20  kb ,  r e s pe c ti ve ly .  T he   e xpe r im e nt a l  r e s ul ts   s how   th a t  th e   p r opos e d  m e th od  c ons is te nt ly   a c hi e ve s   hi ghe r   P S N R  va lu e s  t ha n t he  e xi s ti ng me th od  [ 30] . F or  e xa m pl e , a t  a  p a yl oa d of  10  kb , t he  pr opos e d s c he m e  r e c or ds   P S N R   va lu e s   of   58.42  dB   ( a bdomi na l ) ,  59.75  dB   ( c he s t ) ,  a nd  60.03  dB   ( ha nd ) ,  w he r e a s   th e   m e th od  in   [ 28]   a c hi e ve s   56 .18  dB ,  57.33   dB ,  a nd   58.07  dB ,  r e s pe c ti ve ly .  T hi s   im pr ove m e nt   of   a ppr oxi m a te ly   2  to   3  dB   de m ons tr a te s   th e   e f f e c ti ve ne s s   of   our   pi xe l  di f f e r e nc e   r e duc ti on  s tr a te gy  in   pr e s e r vi ng  im a ge   qua li ty .  S im il a r   tr e nds   a r e   ob s e r ve d  a c r os s   a ll   te s te d  pa yl o a d  s i z e s .   R e ga r di ng  e m be ddi ng  c a pa c it y,  T a bl e   5  s ho w s   th a t    L - P V O   c ons is te nt ly   a c hi e ve s   th e   hi ghe s t  va lu e s ,  0.959  bpp  f or   a bdomi na l ,  0.991  bpp   f or   c he s t ,  1.0  bpp  f o r   ha nd ,  a nd  0.997  bpp  f or   le g  im a ge s .  F or   th e   he a d  im a ge ,  R - P V O   de li ve r s   th e   be s t  r e s ul t  w it h  0.958  bpp .   T he s e   f in di ngs   hi ghl ig ht   th e   im por ta nc e   of   c hoos in g  th e   a ppr opr ia te   P V O   ba s e d  on  im a ge   s tr uc tu r e   to   m a xi m iz e  qua li ty  a nd c a pa c it y.   A ddi ti ona ll y,  th e   pr opos e d  s c he m e   e nh a nc e s   bot h  P S N R   a nd  e m be ddi ng  c a pa c it y  by  a da pt in g  pi xe l  pa ir   or de r in g  to   th e   s pe c if ic   c ha r a c te r is ti c s   of   e a c h  m e di c a l  im a ge .  H - P V O   a c hi e ve s   th e   hi ghe s t  P S N R   f or   a bdomi na l  a nd  c he s t  im a g e s ,  w hi le   R - P V O   is   m os t  e f f e c ti v e   f or   th e   le g  im a ge .  H a nd  a nd  he a d  im a ge s   pe r f or m   be s t  w it h   e it he r   R - P V O   or   V - P V O .  A lt hough   ve r ti c a l  or de r in g  s how s   lo w e r   P S N R   c om pa r e d  to   ot he r   s c he m e s ,  it   s ti ll   out pe r f or m s   th e   m e th od  in   [ 28] .  A s   s ho w n  in   F ig ur e   6,  th e   m e th od  m a in ta in s   s tr ong  P S N R   pe r f or m a nc e  a c r os s  pa yl oa d s  r a ngi ng f r om  40 kb to 100 kb.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   5 ,  O c to be r   2025 :  3563 - 3575   3572   T a bl e  2. P S N R  ( dB )  a nd S S I M  va lu e s  of  e m be ddi ng 5 kb  s e c r e t  m e s s a ge   I m a ge   M e t hod i n  [ 28]   P r opos e d   H - P V O   V - P V O   R - P V O   L - P V O   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   A bdom i na l   51.3193   0.9990   51.7980   0.9991   58.4020   0.9988   51.3800   0.9984   53.0570   0.9983   C he s t   51.2390   0.9988   51.2460   0.9991   58.7630   0.9988   53.3610   0.9985   53.3760   0.9982   H a nd   52.1842   0.9987   51.2840   0.9994   57.3200   0.9997   51.0900   0.9989   57.2320   0.9992   H e a d   53.9669   0.9990   53.8890   0.9990   59.2610   0.9988   53.8530   0.9985   59.8250   0.9983   L e g   51.4348   0.9990   50.6110   0.9992   55.8280   0.9995   58.4660   0.9995   49.2040   0.9979       T a bl e  3. P S N R  ( dB )  a nd S S I M  va lu e s  of   e m be ddi ng 10 kb  s e c r e t  m e s s a g e   I m a ge   M e t hod i n  [ 28]   P r opos e d   H - P V O   V - P V O   R - P V O   L - P V O   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   A bdom i na l   48.1542   0.9974   51.7980   0.9980   58.4020   0.9969   51.3800   0.9967   53.0570   0.9961   C he s t   50.3226   0.9981   51.2460   0.9977   58.7630   0.9969   53.3610   0.9968   53.3760   0.9961   H a nd   47.0188   0.9968   51.2840   0.9988   57.3200   0.9991   51.0900   0.9978   57.2320   0.9985   H e a d   50.0749   0.9975   53.8890   0.9980   59.2610   0.9969   53.8530   0.9967   59.8250   0.9965   L e g   48.8994   0.9970   50.6110   0.9981   55.8280   0.9988   58.4660   0.9989   49.2040   0.9958       T a bl e  4. P S N R  ( dB )  a nd S S I M  va lu e s  of  e m be ddi ng 20 kb  s e c r e t  m e s s a g e   I m a ge   M e t hod i n  [ 28]   P r opos e d   H - P V O   V - P V O   R - P V O   L - P V O   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   P S N R   S S I M   A bdom i na l   45.8774   0.9940   47.9570   0.9945   55.2730   0.9931   48.1260   0.9927   48.9220   0.9915   C he s t   49.1203   0.9941   49.3070   0.9942   55.3900   0.9931   51.8170   0.9930   49.3900   0.9919   H a nd   45.3506   0.9947   48.3620   0.9974   54.0360   0.9980   49.0150   0.9960   54.6430   0.9972   H e a d   48.6546   0.9941   50.1810   0.9946   55.6700   0.9930   50.6010   0.9934   55.6660   0.9926   L e g   48.0024   0.9960   48.5530   0.9956   52.6400   0.9975   52.7860   0.9970   46.9050   0.9924       T a bl e  5. C om pa r is on of  t he  m a xi m um  e m be ddi ng  c a pa c it y ( bp p)  be twe e n t he  pr opos e d m e th od    a nd t he  s ta te - of - th e - a r t   I m a ge   M e t hod i n  [ 24]   M e t hod i n  [ 28]   P r opos e d   H - P V O   V - P V O   R - P V O   L - P V O   A bdom i na l   0.742   0.832   0.955   0.953   0.957   0.959   C he s t   0.737   0.842   0.985   0.984   0.988   0.991   H a nd   0.750   0.881   1   1   1   1   H e a d   0.711   0.740   0.952   0.952   0.958   0.954   L e g   0.746   0.862   0.992   0.991   0.994   0.997           F ig ur e  6. T he  obt a in e d P S N R  va lu e  ( dB )  f or  40 - 100 kb s e c r e t  m e s s a ge   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.