【正文】 顏色都是純色。如圖 ，為具有某個固定色彩的顏色三角形表示。以便節(jié)省信道有效帶寬或存儲器的容量。由于人們對圖像質量的評價受到諸如觀察環(huán)境、觀察者的視覺心理和精神狀態(tài)以及觀察者與視覺場景相互作用的程度等因素的影響，逼真度和可懂度的定量分析方法是個很困難的課題，雖然取得了一些進展，但是還沒有很好的解決。 RMSE越小，說明兩幅圖像差別越小，即兩者越相似。顯然，客觀質量評價采用式 (34)和式 (35)對圖像中所有像素點同樣對待，不能全面反映人眼的視覺特性。在有些應用場合需要 將主觀評價和客觀評價結合起來，后面討論的信息隱藏系統(tǒng)就是如此。根據(jù)上述視覺特性，典型的 HVS模型模擬了視覺感知的 3個顯著特性，即視覺非線性特性 (Weber定律 )、視覺敏感度帶通和視覺多通道及掩蓋效應。一種基于視覺興趣的圖像質量評價方法為：通過對圖像中不同區(qū)域的加權突出人眼對 ROI的興趣程度，近似認為人眼對 ROI的興趣程度與其面積成反比。 1．隱藏原理 LSB方法通過調(diào)整載體圖像像素值的最低若干有效位來來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的嵌入，使所隱藏信息在視覺上很難被發(fā) 覺，而且只有知道秘密信息嵌入的位置才能正確提取出秘密信息。異或的簡單原理如下：基于異或的運算也有許多改進的算法，在嵌入的過程中，首先計算每個像素灰度值的每一位的異或值 ，并把所得到的結果與要嵌入的信息進行異或運算，然后，把像素灰度值的最低位全部清零或置為 1，再根據(jù)異或運算結果的值來改變最低位的信息，實際上，這圖像信息隱藏技術與設計 第 24 頁 共 51 頁 相當于對信息進行了一層加密處理，嵌入的不再是原始信息，而是原始信息的另外一種表達形式，不知道密鑰的攻擊者很難從中提取出信息。 3．魯棒性分析 LSB算法具有非常弱的魯棒性。 幾何交換移動像素尤其是 改變像素在原柵格中的位置都有可能破壞嵌入的消息。因此，在圖像變化較平穩(wěn)的區(qū)域盡量少隱藏或不隱藏信息，應當在變化較復雜的地方多隱藏信息。 圖像信息隱藏技術與設計 第 25 頁 共 51 頁 陳默等提出了圖像塊平坦測試的概念，它的目的是為了在幀間進行編碼時，對掃描方式進行選擇的優(yōu)化策略，把它運用到信息隱藏過程中去，提出了基于平坦測度的隱藏方法，同樣取得了較好的隱藏效果。 變換域 (Trans of Formation Domain)隱藏算法 變換域算法原理 變換域隱藏技術就是指將秘密信息嵌入數(shù)字圖像的某一變換域中。 圖 變換域秘密信息嵌入模型 原始信息（原始圖像） 秘密信息（秘密圖像） 正交變換 正交變換 數(shù)據(jù)嵌入 逆正交變換 隱藏秘密信息的載體圖像（隱秘圖像） 感知分析 感知分析 圖像信息隱藏技術與設計 第 26 頁 共 51 頁 圖 變換域秘密信息提取模型 變換域信息隱藏算法的一般模型可用圖 ，而變換域秘密信息提取算法的模型可用圖 。它將圖像分割成多個感覺頻段，然后選擇合適部分來嵌入秘密信息。這些特點可以抵御諸如旋轉、尺度、平移等幾何攻擊。當前最新的圖像壓縮標準 — JPEG20xx和視頻的 MPEG7壓縮標準都采用了小波變換。利用小波變換把原始圖像分解成多頻段的圖像，能適應人眼的視覺特性且使得信息的嵌入和檢測可分多個層次進行，小波變換域信息隱藏方法兼具時空域和 DCT變換域方法的優(yōu)點。 基于離散余弦變換 (DCT)的圖像信息隱藏算法 離散余弦變換，簡稱 DCT(Discrete Cosine Transform)，是指將一組光強數(shù)據(jù)圖像信息隱藏技術與設計 第 28 頁 共 51 頁 轉換成頻率數(shù)據(jù)，以便得知強度變化的情形。 離散余弦變換屬于正交變換圖像編碼方法中的一種。在數(shù)字圖像處理中，為了同時減弱或去除數(shù)字圖像數(shù)據(jù)相關性，可應用二維離散余弦變換 ()，將圖像從空間域轉換到 DCT變換域?；趫D像 DCT變換嵌入隱藏 信息的流程如圖 。 DC分量攜帶感知能量最大，嵌入秘密信息后，隱密圖像產(chǎn)生強烈的塊效應，隱蔽性很差。低中頻帶中往往只有大原始圖像 DCT 量化 嵌入 反量 化 逆 DCT 隱藏圖像 量化表 秘密信息 量化表 隱秘圖像 DCT 量化 提取 秘密信息 量化表 圖像信息隱藏技術與設計 第 30 頁 共 51 頁 約 5個系數(shù)不為 0，且對圖像能量的影響較小。若用于數(shù)字水印，由于更注重嵌入秘密信息的魯棒性，因此，可以利用低頻帶作為 DCT域信息嵌入?yún)^(qū)域。 4 信息隱藏實例 圖像信息隱藏技術與設計 第 31 頁 共 51 頁 基于 DCT 的圖像信息隱藏實例 離散余弦變換是一種實數(shù)域變換，基于 DCT 變換的編碼方法是 JPEG 標準算法的核心內(nèi)容，它主要包括編碼和解碼兩個過程。由于原始圖像的采樣數(shù)據(jù)是無符號整數(shù)，根據(jù)需要，要把其轉換為有符號整數(shù)。 64 個變換系數(shù)中包括一個表示直流分量的“ DC 系數(shù)”和 63 個表示交流分量的“ AC 系數(shù)”。 數(shù)字水印算法的實現(xiàn)基本上分為三個部分：水印的嵌入、水印的提取和相似度計算。因此本文所采用的水印信號 W 為服從正態(tài)分布 N (0, 1)，長度為 n 的實數(shù)隨機序列。 Cox 等認為圖像水印應該放在視覺上最重要的分量上。水印嵌入公式為 (41) V′=V(1+aXk) (41) 其中 V 為原始圖像信息， a 為嵌入系數(shù)， XK 為水印信息， V′為生成水印圖像信息。從沒有受到攻擊的水印圖像中提取出水印，與原始水印進行對比，如圖 所示。 MSE = sum[(recpixel pixel)^2] / ImageSize (42) PSNR 是 “ Peak Signal to Noise Ratio” 的縮寫。通常在經(jīng)過影像壓縮之后，輸出的影像通常都會有某種程度與原始影像 不 一樣。 PSNR 是最普遍，最廣泛使用的評鑒畫質的客觀量測法，不過許多實驗結果都顯示， PSNR 的分數(shù)無法和人眼看到的視覺品質完全一致，有可能 PSNR 較高者看起來反而比 PSNR 較低者差。 對嵌入水印的圖像進行攻擊實驗的菜單效果圖如圖 ： 圖像信息隱藏技術與設計 第 34 頁 共 51 頁 圖 菜單效果圖 添加白噪聲 對水印圖像進行攻擊時，添加 白噪聲時很經(jīng)常的一種攻擊方式，從實驗的結果可以看出，提取的水印圖像很清晰，這說明水印對這種的攻擊的魯棒性很強，攻擊試驗效果如圖 所示。 圖 經(jīng)過旋轉的水印圖像 圖 從被旋轉過的水印圖像中提取出水印圖像與原始圖 像對比圖 圖像信息隱藏技術與設計 第 37 頁 共 51 頁 攻擊結果數(shù)據(jù)分析 經(jīng)過對含有水印的圖像進行不同的攻擊試驗，可以得到含水印的圖像在DCT 算法下對不同的攻擊的承受度，提取的水印圖像與原始圖像的相似度，載體圖像與含水印的峰值信噪比等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在表 410 中有所體現(xiàn)。 DCT變換的基本思路是將圖像分解為 8*8的子塊或 16 *16的子塊，并對每一個子塊進行單獨的 DCT變換，然后對變換結果進行量化、編碼。 圖像信息隱藏技術與設計 第 38 頁 共 51 頁 圖 JPEG壓縮流程圖 (1)顏色模式轉換及采樣 RGB色彩系統(tǒng)是最常用的表示顏色的方式，目的是為了配合計算機的輸出設備，但是 RGB三分量的關聯(lián)性高，無形中造成存儲空間的浪費。由于 Cb和 Cr成份的數(shù)據(jù)相對不是太重要，就可以只取部分數(shù)據(jù)來處理來增加壓縮。要用 JPEG基本壓縮方法處理真彩色圖像，首先要把 RGB顏色模式圖像數(shù)據(jù)轉換為 RGB顏色模式的數(shù)據(jù)， Y表示亮度， Cb、 Cr分別表示色度和飽和度。因此， JPEG壓縮一般把圖像分解為 8x8的子塊進行變換?？梢?DCT 算法還是不錯的。 圖像信息隱藏技術與設計 第 35 頁 共 51 頁 圖 經(jīng)高斯低通濾波后的圖像提取出的水印和原始水印比較 圖像剪切 圖像處理中，一個圖像的不重要部分經(jīng)常被剪切掉，對圖像的上方進行剪切，如圖 ，圖像剪 切后依然清晰，圖 為提取出來的水印圖像，依然清晰可見，實驗結果可以看出，說明水印抵抗剪切的能力非常強，對這種攻擊有著較強的魯棒性。 離散余弦變換閾的嵌入水印攻擊實驗 攻擊實驗類型及效果 數(shù)字水印技術的另一項重要指標就是考察對于已經(jīng)實現(xiàn)水印嵌入的圖象未檢測時，看其對于原始的載體圖象實行攻擊后，水印的可承受度和載體圖象以及提取水印的效果如何。 PSNR 計 算公式如 (43)所示 PSNR=10log(2552 /MSE) (43) PSNR 的單位為 dB。 而radio 的意思是比率或比列的。對被恢復出的水印信號和原始水印信號的相似程度進行計算。 圖 原始圖像與嵌入水印后的圖像對比 水印的 提取 對原始圖像和嵌入水印的圖像分別進行離散余弦變換。當水印圖像信息隱藏技術與設計 第 32 頁 共 51 頁 信號相對宿主信號 較小時，還可以保證不可見性。 (3)水印的嵌入。 (2)水印信號的產(chǎn)生。 DCT 系數(shù)量化一般根據(jù)一張量化表提供的元素進行量化。每個正交基信號對應于 64 個獨立二維空間頻率中的一個。在 對圖像進行處理時，有損模式下，通常 DCT 算法采用將 8 8 像素塊作為一個數(shù)據(jù)單元，對 8 8 大小的圖像數(shù)據(jù)塊進行二維離散余弦變換。比如選擇之字型排列的 O～ 63個 DCT系數(shù)中序號為 3～ 12的用來嵌入秘密信息。因此，兼顧嵌入秘密信息的隱蔽性和魯棒性，低中頻帶可以考慮作為嵌入秘密信息的理想位置選擇?？傊?DCT系數(shù)嵌入秘密信息時，隱蔽性和魯棒性是一對矛盾體，為了保證圖像的質量，一般不用 DC分量做嵌入位置。其過程為上述嵌入秘密信息算法的逆運算：先將隱密圖像分割為互不重疊的 8 8子塊；對每一個子塊進行 DCT變換；然后對 DCT變換后的系數(shù)進行嵌入算法的相反運算，得到提取的圖像子塊；最后將上面得到的所有圖像子塊合并成一個完整的圖像。在 F(u， v)系數(shù)矩陣中， F(O， O)對應于圖像 f(x,y)的平均亮度，稱為直流 (DC)系數(shù)；其余的 63個系數(shù)稱為交流 (AC)系數(shù)，從左向右表示水平空間頻率增加的方向，從上向下表示垂直空間頻率增加的方向。 離散余弦變換 (DCT)的定義 離散余弦變換是傅立葉變換的一種特殊情況。基于 DCT域的圖像信息隱藏算法的一般步驟為，首先對載體圖像分塊進行二維 DCT變換，然后用秘密信息對 DCT系數(shù)進行調(diào)制，最后對新的系數(shù)作離散余弦反變換 (IDCT)，即可得到隱藏圖像，完成信息隱藏過程。 目前，常見的幾類小波變換域信息隱藏嵌入算法有：非自適應加性和乘性嵌入方式。 Xia 換 (DWT)的信息隱藏方法。經(jīng)過近二十年的努力，由 多尺度分析、時頻分析、金字塔算法等發(fā)展起來的小波理論基礎已經(jīng)基本建立并成為應用數(shù)學的一個新領域，引起了眾多數(shù)學家和工程技術人員的極大關注，成為國際上科技學術界高度關注的前沿領域。傅里葉變換具有一些變原始信息（原始圖像） 正交變換 正交變換 感知分析 數(shù)據(jù)提取 逆正交變換 恢復秘密信息的載體圖像 隱藏秘密信息的載體圖像 圖像信息隱藏技術與設計 第 27 頁 共 51 頁 換無關的完整特性。它的優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾點： (a)在變換域中嵌入的信號能量可以分布到空間域的所有像素上，有利于保證秘密信息的不可見性； (b)在變換域中，人類視覺系統(tǒng)的某些特性 (如頻率掩蔽效應 )可以更方便的結合到秘密信息編碼過程中，提高算法的魯棒性； (c)交換域方法與大多數(shù)國際數(shù)據(jù)壓縮標準兼容，從而可以直接實現(xiàn)壓縮域內(nèi)的隱藏算法，提高效率，同時，也能抵 抗相應的有損壓縮。其基本思想是利用擴頻通信原理來提高隱藏系統(tǒng)的魯棒性。 此外，偽隨機置換、圖象降質和秘密信道、將信息編碼在基十調(diào)色板圖象中、量化和抖動、失真技術等也都是空域法中的主要方法。該算法在載體圖像中利用偽隨機數(shù)選擇 N對像素點，然后針對每個像素點的亮度值，使得整幅圖像的平均亮度保持不變。 . 基于統(tǒng)計的信息隱藏 基于統(tǒng)計的信息隱藏技術也是空域算法的重要分支，它對圖像的一些特征進行統(tǒng)計來表示要隱藏的信息。 有損壓縮典型的有損壓縮如 JPEG，就很有可能徹底破壞隱藏的信息。如果是改變每個字節(jié)的最低兩位，可以隱藏信息率為 2/8，同理，改變?nèi)坏脑挘畔㈦[藏率變?yōu)?3/8。實際上，對于 24bit真彩色圖像，我們在其最低兩位甚至三位來隱藏信息使視覺上仍然是不可見的，對于灰度圖像，改變其最低兩位也能取得較好的效果。 LSB 替換算法 最低有效位 (Least Significant Bits， LSB)方法是最早提出來的最基本的空域圖像信息隱藏算法，許多其它的空域算法都是從它的基本原理進行改進擴展的，使得 LSB方法成為使用最