【正文】 個(gè)子圖像的特點(diǎn)有針對性的進(jìn)行 分批 處理。 第 16 頁 共 45 頁 綜上所述，由連續(xù)小波變換的公式可知小波變換對信號的變換處理沒有造 成任何信息的損失，從而 保證了小波變換在變換域?qū)π盘栠M(jìn)行分析 時(shí) 的有效性。一般為二進(jìn)制 間的 離散 ，即 2ja? ， 2, jsTkbZj ?? ， Zj? ，其中 Ts 為時(shí)間 抽樣的間 隔， Z 表示整數(shù)域。滿足這種要求的基函數(shù)被稱為子波基函數(shù) )(tab? ，它 是 在母子波或子波母的 基礎(chǔ) 上 而 進(jìn)行平移和伸縮的，從而得到式 (31) )(1)( a btatab ?? ?? (31) 式中 b 為平移因子， a 為伸縮因子， L2(R)為可測 的 平方可積空 間 ．對于 較 大的 a， 子波母函 數(shù) 可 變?yōu)樯鞆埿偷膶捫妥硬ǖ牡皖l函數(shù)，當(dāng) a 很小時(shí)，基函數(shù)就會變?yōu)閴?縮型的窄型子波的高頻函數(shù)，所以 a 代表著頻率特征。正是 由于 這種特性，使它具有對信號的 自適應(yīng)性，因而越來越廣泛地被應(yīng)用于各 大領(lǐng)域。當(dāng)前最新的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) JPEG2020 和視頻的 MPEG7 壓縮標(biāo)準(zhǔn)都采用了小波變換?；?DCT 的信息隱藏算法因其具有 比 較強(qiáng)的魯棒性，計(jì)算量 比 較小，且與國際 的 圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（ JPEG， MPEG， 等） 都 相兼容（這些標(biāo)準(zhǔn)中均采用 DCT 變換），因而具有很 多的潛在優(yōu)勢，成為近年來研究最多的一種信息隱藏技術(shù) 之一 ，有大量的基于 DCT 變換域的信息隱藏算法 為之 涌現(xiàn)，結(jié)合 DCT 和 DWT，提出將一幅秘密圖像的 DCT 系數(shù)置亂后嵌入到公開圖像的 DWT 系數(shù)中 而 進(jìn)行秘密信息的隱藏。例如：空間域的平移只 會 引起頻域上的相移，而幅度不變；空間域尺度的縮放 可能 會引起頻域尺度反向的縮放；空間域旋轉(zhuǎn)的角度和所引起的頻域的旋轉(zhuǎn)的角度 都 是一致的。 基于離散傅里葉變換的圖像信息隱藏算法 傅里葉（ Fourier）變換是一種經(jīng)典又 有效的數(shù)學(xué)工具，在信號處理中有著廣泛 的 第 13 頁 共 45 頁 研究，在信息隱藏 的 領(lǐng)域也同樣得到了 廣泛 應(yīng)用。其基本思想是利用擴(kuò)頻通信 的 原理來提高隱藏系統(tǒng)的魯棒性 的 。根據(jù)人的視覺特性 ，一些紋理區(qū)域的灰度值的改變對人的視覺系統(tǒng)不是太敏感，輕微的改變某些像素的灰度值，人的眼睛是覺察不到改變的， 第 12 頁 共 45 頁 而對于平坦區(qū)域的噪聲，人的視覺系統(tǒng)是很 敏感的。幾何變換 的 移動像素尤其是改變像素在原柵格中的位置都有可 能破壞嵌入的信息 。 魯棒性分析 LSB 算法具有相當(dāng)弱的魯棒 性。 另外，在 LSB 方法 之中，也可 不采用直接嵌入的方法，根據(jù)異或的可逆準(zhǔn)則 性 ， 第 11 頁 共 45 頁 采用替換的準(zhǔn)則來實(shí)現(xiàn)信息的隱藏 效果 ?，F(xiàn)在有一些簡單 信息隱藏軟件大多是運(yùn)用 LSB 和調(diào)色板調(diào)整等相關(guān)技術(shù)將信息隱藏在 24 bit 圖像或 256 色圖像 之 中，如 Hide and Seek， Stego Dos， White Noise Storm， Stools 等經(jīng)典信息隱藏軟件。由于數(shù)字圖像大量的存在，因而被研究最多的是圖像中的信息隱藏技術(shù)， 而且，圖像信息 的 隱藏所研究的方法往往 需要 經(jīng)過改進(jìn) 才 可以輕易地移植到其他的載體中。這時(shí)我們可 采用信息隱藏 的技術(shù)，在交易雙方 任何一方發(fā)送或者接收信息時(shí)，必須 把自己的數(shù)字簽名和身份信息、以二進(jìn)制的方式嵌入到要傳遞的信息中 。 信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用 信息隱藏 的 技術(shù)在政府、軍事情報(bào)部門、銀行系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要 的作用，廣泛 用于通信保密、 數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)、商務(wù)活動中的票據(jù)防偽、驗(yàn)證資料的完整性等領(lǐng)域 。需要注意的是，并不是所有的數(shù)字水印系統(tǒng)都應(yīng)具有安全性，不同的應(yīng)用場合對安全性的要求也不盡相同。在一般情況下，水印容量與魯棒性、不可感知性之間是相互競爭和制約的 關(guān)系。 不可感知性（ Imperceptibility） 不可感知性是水印 嵌入不應(yīng) 該 引起載體產(chǎn)生人類主觀可感知的降質(zhì)。)^_^amp。在某些數(shù)字水印的應(yīng)用中，水印的魯棒性毫無用處甚至還極力避免。非法者不知道這個(gè)普通信息中是否 含有 了其他的信息，而且即使知道，也難以提取隱藏其中 的信息。 信息隱藏與信息加密原理比較 信息隱藏與信息加密 技術(shù)都是把對信息的保護(hù)轉(zhuǎn)化成 對密鑰的保護(hù)，因此信息 隱藏技術(shù)沿用了傳統(tǒng)加密技術(shù)的一些基本思想以及 概念，但兩者采用的保護(hù)信息的手段 是 不同 的 。 人的視覺或聽覺感官系統(tǒng)對某些信息都 具 有一定的掩蔽 的 效應(yīng)。它把一個(gè)有作用 的信息（如含有版權(quán)信息的圖像）通過某種嵌入算法隱藏到載體信息 之中，從而得到加密載體，非法者無法知道 這個(gè)載體信息中是否隱藏了其它的信息，而且即使知道 了 ，也難以提取或 者去除隱藏的信息。 小波域數(shù)字圖像水印算法：詳細(xì)介紹了水印算法嵌入 和提取的過程。本文內(nèi)容主要如下： 信息隱藏技術(shù)簡介：信息隱藏技術(shù)的背景、研究 的 意義，國內(nèi)外 的研究現(xiàn)狀，信息隱藏技術(shù)的基本原理，信息隱藏技術(shù)的術(shù)語及模型，信息隱藏系統(tǒng)的基本 第 5 頁 共 45 頁 屬性，信息隱藏技術(shù)的分支和 其應(yīng)用。數(shù)字水印技術(shù)還處于發(fā)展 中，上述 四方面領(lǐng)域也不可能包含其所有應(yīng)用領(lǐng)域。數(shù)字水印可 以 加載在 ID 卡、信用卡和 ATM 卡上，數(shù)字水印信息中有銀行的記錄、個(gè)人情況 以 及其他銀行文檔內(nèi)容。數(shù)字照相機(jī)和視頻攝錄機(jī)可 以 將嵌入數(shù)字水印這一模塊集成在產(chǎn)品中， 第 4 頁 共 45 頁 于是圖片和錄像上就有了 關(guān)于 創(chuàng)建時(shí)的有關(guān)信息，如時(shí)間、所用設(shè)備、所有者信息等 等 相關(guān)信息。 目前，使用密碼加密仍是網(wǎng)絡(luò)上主要的信息安全傳輸 的 手段，信息隱藏技術(shù)在理論研究、技 術(shù)成熟度和實(shí)用性 等 方面都無法與之相比，但它潛在的價(jià)值 還是無法估量的，隨著研究 深入發(fā)展，它將在未來的信息安全體系 之 中發(fā)揮重要的作用。 CIHW 己成為國內(nèi)最具代表 的信息隱藏學(xué)術(shù)交流活動，至今已 經(jīng) 舉行了六屆全國會議。 1998 年，美國政府報(bào)告中出現(xiàn)了第一份 圖像數(shù)據(jù)隱藏的報(bào)告。為了方便 學(xué)術(shù)交流， 1996 年 5 月，國 際第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)討論會（ International Information Hiding Workshop, IHW）在英國 的 劍橋牛頓研究所召開，對信息隱藏的 一 部分英文術(shù)語和學(xué)科分支進(jìn)行了統(tǒng)一和規(guī)范，標(biāo)志著 的是 一門新興的交叉學(xué)科 —— 信息隱藏學(xué)的正式誕生。設(shè)計(jì) 一種 高度安全的隱寫方法是一項(xiàng)富于挑戰(zhàn) 性的課題，而對隱寫的準(zhǔn)確性判定 往往比隱寫本身更加困難 [12]。隱寫術(shù)主要考慮的是安全性（即統(tǒng)計(jì)特性上無法檢測隱密信息的存在 性 ）和嵌入容量，不可見性等。這些改變包括常見的圖像處理 手段 （如數(shù)據(jù)壓縮、低通濾波、圖像增強(qiáng)、一次抽樣、二次量化、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換等 等 ）、幾何變換和幾何失真、噪聲干擾、多重水印（ Multiple Watermarking）的重疊等。數(shù)字水印主要是為了保護(hù)知識產(chǎn)權(quán) 的 ，通過在原始媒體數(shù)據(jù)中嵌入信息來證 實(shí)該媒體的所有權(quán)歸屬 問題。借助 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所提供的強(qiáng)大的多媒體通信功能，人們可以方便、快速地將數(shù)字信息（數(shù)字音樂、圖像 、影視等方面作品）傳到世界各地，一份電子郵件可以 瞬息間傳遍全球 [17]。 信息隱藏技術(shù)的背景和研究意義 從二十世紀(jì)九十年代開始，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在全世界范圍內(nèi)取得了迅猛發(fā)展，它極大方便了人們之間的通信和交流。 信息隱藏技術(shù)在保密通信、版權(quán)保護(hù)等領(lǐng)域中都具有 相當(dāng)廣泛的應(yīng)用價(jià)值，根據(jù)不同 應(yīng)用背景，信息隱藏技術(shù)可以分為兩個(gè)重要分支隱寫術(shù)（ Stegano Graphy）和數(shù)字水印 [8]（ Digital Watermarking）。數(shù)字水印中的穩(wěn)健性是指水印圖像經(jīng)過一些常見改變后，水印仍具有較好 可檢測性。穩(wěn)健 性在整個(gè)水印系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有很重要的分量，這也是將隱寫術(shù)和數(shù)字水印分 別對待的原 第 2 頁 共 45 頁 因之一。一方面要以盡可能隱蔽的方式將信息深藏于浩如煙海的數(shù)字多媒體信號 之中，毫不引起對方懷疑而達(dá)到隱蔽通信的 目的；另一方則以各種手段檢測可疑信息的存在，搜尋敵對隱蔽通信的信源，隔 斷隱蔽通信的信道。 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 出于對知識產(chǎn)權(quán) 的保護(hù)和信息安全的需求，自上 世紀(jì) 90 年代以來，國內(nèi)外開始對信息隱藏技術(shù)投入了大量關(guān)注和研究。 由于來自大公司的介入和軍方及財(cái)政部的支持，該技術(shù)研究的發(fā)展速度非常迅速 。 1999 年12 月，我國信息安全領(lǐng)域 中 的何德全、周仲義、蔡吉人與有關(guān)應(yīng)用研究單位聯(lián)合發(fā)起并組織召開 了 第一屆全國信息隱藏學(xué)術(shù)研討會（ CIHW 1999 ） [13]。各類研討會總結(jié)、交流 了國內(nèi)外近年來關(guān)于信息隱藏的先進(jìn)技術(shù)及 重大應(yīng)用，研討具有創(chuàng)新意義的研究方法、前沿動態(tài)及發(fā)展趨勢。 當(dāng)數(shù)字水印應(yīng)用于版權(quán) 的保護(hù)時(shí)，潛在的應(yīng)用市場在 電子商務(wù)、在線或離線地分發(fā)多媒體內(nèi)容以及大規(guī)模的廣播服務(wù)，潛在的用戶則有 來自 數(shù)字產(chǎn)品的創(chuàng)造者和 提供者，電子商務(wù)和圖像軟件 供應(yīng)商，數(shù)字圖像、視頻攝錄機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和 DVD 的制造者等。 數(shù)字水印在認(rèn)證中 的應(yīng)用，主要集中在 于 電子商務(wù)和多媒體產(chǎn)品分發(fā)至終端用戶等領(lǐng)域。當(dāng)采用數(shù)字水印技術(shù)作為穩(wěn)健 隱蔽通道時(shí)，數(shù)字水印將 會在國防和情報(bào)部門得到廣泛的應(yīng)用，在這些部門中傳統(tǒng) 數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)或密寫 術(shù) (Steganography)[14]已得到 數(shù)個(gè)世紀(jì)的應(yīng)用，數(shù)字水印技術(shù)也將 會在此領(lǐng)域的應(yīng)用中占有一席之地。文章介紹了信息隱藏技術(shù)的基本知識 以及圖像信息隱藏的常用算法，著重討論數(shù)字圖像 置亂技術(shù)和融合技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于 小波變換和置亂融合的圖像水印算法 ，并且運(yùn)用 MATLAB 對該方法的性能進(jìn)行 了實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有一定的抗攻擊優(yōu)越性 。 數(shù)字圖像的置亂技術(shù)： 介紹了圖像置亂技術(shù)的周期性和幾種圖像置亂方法，并著重討論了 Arnold 變換及 其應(yīng)用。 第 6 頁 共 45 頁 信息隱藏技術(shù)概述 信息隱藏技術(shù)作為一個(gè)新興 起 的研究領(lǐng)域，橫跨數(shù)字信號處理 技術(shù) 、圖像處理技術(shù) 、語音處理 技術(shù) 、模式識別 技術(shù) 、數(shù)字通信 技術(shù) 、多媒體技術(shù) 、密碼學(xué) [16]等多個(gè)學(xué)科。 多媒體信息本身存在 著很大的冗余性，從信息論 角度看，未 壓縮的多媒體信息 編碼效率是很低 下 的，所以將某些信息嵌入到多媒體 的信息中進(jìn)行秘密傳送是完全可行的，并不會影響多媒體信息本身的傳送以及 使用。利用這些特點(diǎn)，可以很好地將信息隱藏而不被覺察 到 。如圖 所示。魯棒性是面向版權(quán)保護(hù)數(shù)字水印的一項(xiàng)基本要求，但并非所有的數(shù)字水印都必須 有對信號處理操 作的魯棒性。^%^*amp。遺憾地是，目前還沒有一個(gè)數(shù)字水印 的方案能夠真正經(jīng)得住攻擊者 任意攻擊，也就是說還沒有一個(gè) 數(shù)字水印 的 方案對任何形式的攻擊都 必須 具有魯棒性。 水印容量（ Capacity） 水印容量是指在一幅載體 的 作品中能夠嵌入水印信息的最大比特?cái)?shù) 值 。 安全性（ Security） 魯棒性針對的是常規(guī)信號處理操作，而安全性針對的是主動攻擊者對含水印作品實(shí)施的惡意的破壞和攻擊。在實(shí)際應(yīng)用中，不可能使它們同時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)，而只能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要在不同性能指標(biāo)之間取得合理的折中（見圖 ） 。目 前 的 電子商務(wù)中，一般 是用數(shù)字簽名和身份認(rèn)證來保證。 第 10 頁 共 45 頁 圖像信息隱 藏技術(shù) 目前信息隱藏 的 研究 之 中使用的載體信息有 以下 幾種：文本、圖像、語音信號、視頻信號和應(yīng)用 軟件等等。 LSB 替換算法 最低有效位（ Least Significant Bits， LSB） [18]方法是最早提出來的最基礎(chǔ)的空域圖像信息隱藏方法， 其它的 許多空域算法都是從它的基本原理進(jìn)行改進(jìn)擴(kuò)展得到的 ，使得 LSB 方法成為使用最 廣泛的隱藏技術(shù)之一。實(shí)際上，對于 24 bit 真彩色的 圖像，我們在其最低 的兩位甚至三位來隱藏信息在 視覺上仍然是不可見的，對于灰度圖像，改變其最低 的 兩位也能取得較好的效果?；诋惢虻倪\(yùn)算也有許多可 改進(jìn)的算法，在嵌入的過程 之 中，首先計(jì)算 出每個(gè)像素灰度值的每一位的異或值，并把所得到 結(jié)果與要嵌入的信息進(jìn)行異或 運(yùn)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(yùn)算結(jié)果的值來改變最低位 信息，實(shí)際上，這相當(dāng)于對信息進(jìn)行了一層加密 的 處理，嵌入的不再是原始信息 了，而是原始信息 的另外一種表達(dá)形式，不知道密鑰的攻擊者很難從中提取出 有用 信息。因?yàn)?LSB 算法試圖利用人類 的 視覺系統(tǒng) 上的漏洞，而有損壓縮算法所依賴的 是對附加噪聲的不敏感性，正是利用它來減少數(shù)據(jù)量的。 圖 原來的 Lenna灰度圖 圖 Lenna的隱秘 灰度圖 基于統(tǒng)計(jì)的信息隱藏 基于統(tǒng)計(jì)的信息隱藏技術(shù)是空域算法的重要分支，它對圖像的一些特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)進(jìn)而 表示要隱藏的信息。比較常用的 方法 是離散傅立葉變換