可逆信息隐藏将特定水印嵌入文件之后,还能够从载密文件中无损重构出原始文件和特定水印,主要应用于版权保护及数据完整性认证。由于嵌入水印的图像发生了修改,会使得载密图的后期处理,如识别匹配等操作受到影响。然而,诸多针对彩色图像的算法如SIFT(Scale Invariant Feature Transform)等,其均首先将彩色图映射成灰度图,进而在灰度图上进行算法操作。基于灰度图的算法,只要可逆隐藏时增加灰度值不变的约束条件,生成的载密图后续应用会如同载体图一样不受任何影响。关于灰度不变可逆隐藏,最基本的问题就是其理论边界和最优的修改方式是什么。在可逆隐藏的研究领域内,建立在修改独立基础上的率失真模型已经相当完善,即红绿蓝三个通道的修改相互独立,然而对于灰度值不变可逆隐藏,红绿蓝三个颜色通道的修改相互依赖,也即修改失真是一个红绿蓝三通道的联合修改失真。本文最大的贡献是通过推导红绿蓝三个颜色通道修改失真之间的联系,将联合修改失真进行分解,从而将修改依赖的率失真模型转换为修改独立模型。其次,已有的保持灰度值不变可逆隐藏算法普遍采用基于扩差的修改方式,然而最优编码在理论和实验上均被证明是最优的修改方法。通过使用修改独立模型估计修改依赖模型以后,本文可以执行最优编码完成理论可证明最优的保持灰度值不变的可逆隐藏修改方式。理论和实验表明,提出模型扩大了最优编码的应用范围,并能够显著提高灰度不变性可逆隐藏的率失真性能。除了率失真模型之外,本文还提出了一种基于可分离灰度的线性预测器,通过进一步挖掘各个颜色通道和灰度值之间的相关性,产出了更陡峭的载体直方图,从而为信息嵌入提供了更为优质的载体序列。