【正文】 為廣泛的隱藏技術(shù)之一。人們在觀察和理解圖像時，往往會不自覺地對其中某些區(qū)域 產(chǎn)生興趣，這些區(qū)域被稱為“感興趣區(qū)” (ROI， Region Of Interest)。 (1)基于視覺感知的圖像質(zhì)量評價方法 圖像質(zhì)量對人眼視覺的影響是由人眼視覺系統(tǒng)的靈敏度決定的，而視 覺靈敏度是由人眼的視覺細(xì)胞決定的。 主觀評價主要有兩種度量尺度，即絕對尺度和相對尺度，如表 3． 1所示。 PSNR本質(zhì)上與 MSE相同，其關(guān)系表達(dá)式為式 (34)和式 (35)看起來直觀、嚴(yán)格，但用它們所求得的結(jié)果常與人們的主觀視覺效果不一致。 1．圖像的客觀質(zhì)量評價方法 客觀評價是用隱密圖像 (或恢復(fù)圖像 )偏離原始圖像的誤差來衡量隱密圖像(或恢復(fù)圖像 )的質(zhì)量。 圖像質(zhì)量的含義包括兩個方面，一是圖像的逼真度 (fidelity)，另一個是圖像的可懂度 (intelligibility)。在圖像通 信中，將圖像傳輸?shù)浇邮斩?，其中要?jīng)過采集、傳輸、處理、記錄等過程，所有這些技術(shù)的優(yōu)劣都會影響到圖像質(zhì)量。畫家用改變色濃和色深的方法來從某種純色獲得不同色調(diào)的顏色。飽和度 s取值從 0到 1，由圓心向圓周過渡。 紅 藍(lán) 綠 黃 =紅 +綠 品紅 =紅 +藍(lán) 青 =綠 +藍(lán) 白 =紅 +綠 +藍(lán) 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 20 頁 共 51 頁 2． HSV模型 該模型對應(yīng)于圓柱坐標(biāo)系的一個圓錐形子集 (圖 )。正方體的其它六個角點分別 為紅、黃、綠、青、藍(lán)和品紅。這兩種模型也是圖像技術(shù)最常見的模型。一個灰度直方圖的例子如圖 。值得一提的是，灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置，即丟失了像素的位置信息。在圖像處理中常用的是歸一化的直方圖 P(Rk)。 數(shù)字圖像的灰度直方圖 灰度直方圖是數(shù)字圖像的重要特征之一。數(shù)字化之后的圖像用一個矩陣表示 g=[g(x， y)]式中 x、 y是整數(shù)，且 1≤ x≤ M， I≤ Y≤ N，表示矩陣的大小為 M*N．其中 M為采樣的行數(shù) N為采樣的列數(shù)。另一種量化方法是非均勻圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 17 頁 共 51 頁 量化，它是依據(jù)一幅圖像具體的灰度值分布的概率密度函數(shù)，按總的量化誤差較小的原則來進(jìn)行量化。把真實值 f和量化值 f0 之差稱為量化誤差。根據(jù)人眼的視覺特性，為了使量化后恢復(fù)的圖像具有良好的視覺效果，通常需要 100 多個量化等級。這個過程是通過掃描實現(xiàn)的，輸出的量是連續(xù)的電平。 圖像的數(shù)字化處理 實際的圖像具有連續(xù) 的形式，但必須經(jīng)過數(shù)字化變成離散的形式，才能在計算機中存儲和運算。這種離散化的圖像就是數(shù)字圖像 (digital image)，可以用 I(r,c)來表示。 物體 圖 像 數(shù)學(xué)圖像 可見圖像 不可見圖像 模擬 數(shù)字 圖片 光學(xué)圖像 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 15 頁 共 51 頁 客觀世界在空間上是三維的，但一般從客觀景物得到的圖像是二維的。為此 ，引入一個集合論的方法，將圖像的類型用圖 。由此可見，視覺信息對人類非常重要。 數(shù)字圖像處理的基本概念和知識 圖像 圖像是用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺的實體。在國內(nèi) 15種有關(guān)圖像工程的重要中文期刊中關(guān)于圖像和信息隱藏的文獻(xiàn)，20xx年有 49篇， 20xx年有 57篇， 20xx年有 48篇，信息隱藏已成為圖像技術(shù)中的一個重要研究熱點。接收方在收到后對它的簽名進(jìn)行認(rèn)證。 (7)抗否認(rèn)機制 抗否認(rèn)機制一般用在電子商 務(wù)中，這是保證一些個體或單位不能否認(rèn)自己曾經(jīng)產(chǎn)生的一些行為。 (5)資料認(rèn)證和篡改檢測 當(dāng)數(shù)字作品被用于交通、法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時，如以數(shù)字形式記錄的事故現(xiàn)場照片、犯罪現(xiàn)場記錄 、醫(yī)學(xué)診斷照片等，由于這些數(shù)據(jù)本身具有容易修改的特點，常常需要確定它們的內(nèi)容是否被篡改、偽造或經(jīng)過特殊處理。 (4)數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù) 現(xiàn)代信息社會，各種數(shù)字服務(wù)，如數(shù)字圖書館、數(shù)字電視、數(shù)字新聞等，為圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 12 頁 共 51 頁 人們的工作、學(xué)習(xí)和生活 帶來了方便和快捷。網(wǎng)絡(luò)匿名可分為發(fā)送方匿名和接受方匿名，分別保護(hù)通信雙方的身份，所使用的主要技術(shù)有匿名重發(fā)和網(wǎng)絡(luò)代理等。 信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用 信息隱藏技術(shù)在政府、軍事情報部門、銀行系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，廣泛應(yīng)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、驗證資料的 完整性等方面。 盡管信息隱藏技術(shù)有諸多分支，但真正活躍的信息隱藏技術(shù)主要有兩個，即信息隱藏 隱蔽信道 隱寫術(shù) 匿名通信 版權(quán)標(biāo)識 基于語意的隱寫術(shù) 基于技術(shù)的隱寫術(shù) 魯棒的版權(quán)標(biāo)識 脆弱的版權(quán)標(biāo)識 數(shù)字水印 數(shù)字指紋 可見水印 不可見水印 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 11 頁 共 51 頁 隱寫術(shù)和數(shù)字水印 (Digital watermarking)，也就是前面所指的版權(quán)標(biāo)識(Copyright marking)。隱蔽性包括視／聽覺隱蔽性和統(tǒng)計上的隱蔽性，意味著監(jiān)控者無法察覺，所以最重要；隱蔽通信往往高傳輸率，戰(zhàn)爭狀態(tài)下還要求實時傳送，故嵌入量其次；隱寫通常應(yīng)用于無擾信道，所以對穩(wěn)健性的要求最低。實踐往往要根據(jù)具體應(yīng)用模式在三者之間尋求適當(dāng)平衡點。嵌入量考慮的是傳輸?shù)男畔⒘俊? (2)魯棒性 (Robustness)，也稱穩(wěn)健 性，指信息隱藏系統(tǒng)抵抗由正常信號處理引入的失真和由惡意攻擊操作所造成的數(shù)據(jù)畸變的能力，包括傳輸過程中的信道噪聲、濾波操作、重采樣、有損編碼壓縮、 D／ A或 A／ D轉(zhuǎn)換等。 信息隱藏系統(tǒng)的基本屬性 信息隱藏系統(tǒng)有三個基本屬性包括：不可感知性、魯棒性和嵌入量。*% ￥ %￥￥ ?。? 隱藏 嵌入過程 提取過程 密鑰生成器 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 9 頁 共 51 頁 該系統(tǒng)主要包括一個嵌入過程和一個提取過程 ，其中嵌入過程是指信息隱藏者利用嵌入算法，將秘密信息添加到掩體對象中，從而生成隱藏對象這一過程。我們稱待隱藏的信息為秘密信息 (secretmessage)，它可以是版權(quán)信息或秘密數(shù)據(jù)，也可以是一個序列號；稱公開信息為載體信息 (cover message)，這種信息隱藏過程一般由密鑰 (Key)來控制，通過嵌入算法 (Embedding algorithm)將秘密信息隱藏于公開信息中形成隱蔽載體 (stego cover)，隱蔽載體則通過信道 (Communication channel)傳遞，然后檢測器 (Detector)利用密鑰從隱蔽載體中恢復(fù) /檢測秘密信息 嵌入密鑰 提取密鑰 掩體對象 嵌入對象 隱藏對象 嵌入對象 掩體對象 隱藏分析者 圖 信息隱藏系統(tǒng)的一般模型 101100101010101001110011111101010101 1 加密 ！￥ %amp。 100011010110011100110011 加密 ￥ %%%%%￥￥ amp。 圖 信息加密示意圖 信息隱藏則是把一個有意義的信息隱藏在另一個稱為載體的普通信息中得到隱密載體，然后通過普通信息的傳輸來傳遞秘密信息。通常人眼對灰度的分辨率只有幾十個灰度級，對邊緣附近的信息不敏感。 信息隱藏技術(shù)的基本原理 信息隱藏技術(shù)的依據(jù) 信息隱藏技術(shù)通常使用文字、圖像、聲音及視頻等作為載體，信息之所以能夠隱藏在多媒體數(shù)據(jù)中，主要是利用了多媒體信息的時間或空間冗余性和人對信息變化的掩蔽效應(yīng)。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 6 頁 共 51 頁 2 信息隱藏技術(shù)概述 信息隱藏技術(shù)作為一個新興的研 究領(lǐng)域，橫跨數(shù)字信號處理、圖像處理、語音處理、模式識別、數(shù)字通信、多媒體技術(shù)、密碼學(xué)等多個學(xué)科。文章介紹了信息隱藏技術(shù)的基本知識和圖像信息隱藏的常用算法，像信息隱藏技術(shù)，并且運用 量的實驗測試，對該方法的性能進(jìn)行檢驗分析，表明該方法具有一定的優(yōu)點。此外，信息隱藏技術(shù)發(fā)展到今天?；趫D像位平面復(fù)雜度估計和統(tǒng)計濾波實現(xiàn)隱蔽信息檢測的技術(shù)則是國內(nèi)學(xué)者在隱寫分析方面較早發(fā)表的成果。此外，全國網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)研討會 (NETSEC)、中國可信計算與信息安全學(xué)術(shù)會議 (CTCIS)、全國圖像圖形學(xué)學(xué)術(shù)會議 (NCIG)等各類學(xué)術(shù)研討會都涉及到信息隱藏。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 4 頁 共 51 頁 在國內(nèi)，以數(shù)字水印 ??1 為代表的信息隱藏技術(shù)雖然起步比較晚，但發(fā)展卻十分迅速，己經(jīng)有相當(dāng)一批有實力的科研人員和機構(gòu)投入到這一領(lǐng)域中。 隱寫的安全性一直是研究者關(guān)注的重要問題。一些隱寫算法被開發(fā)成工具，其中有數(shù)以百計的隱寫軟件可在互聯(lián)網(wǎng)上獲得。從公開發(fā)表的文獻(xiàn)看，國際上在信息隱藏方面的研究已經(jīng)取得了一定的成績。 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 出于對知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和信息安全的需求，上世紀(jì) 90年代以來，國內(nèi)外開始對信息隱藏技術(shù)投入了大量的關(guān)注和研究。一圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 3 頁 共 51 頁 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)字多媒體信號中，毫不引起對方的懷疑而達(dá)到隱蔽通信的目的；另一方則要以各種手段檢測可疑信息的存在，尋找敵對隱蔽通信的信源，阻斷隱蔽通信的信道。 信息隱藏技術(shù)的發(fā)展，為社會提供一種新的隱蔽通信手段的同時也帶來了新的威脅。對不同的應(yīng)用場合，要求有不同的穩(wěn)健性。數(shù)字水印的主要目的不是限制對媒體的訪問，而是確保媒體中的水印不被篡改或消除。對加密通信而言，可能的監(jiān)測者或非法攔截者可通過截取密文，并對其進(jìn)行破譯，或?qū)?密文進(jìn)行破壞后再發(fā)送，從而影響機密信息的安全：但對信息隱藏而言，可能的監(jiān)測者或非法攔截者難以從公開信息中判斷機密信息是否存在，難以截獲機密信息，從而保證機密信息的安全。隨著計算機性能的大幅度提高，軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，加密算法的安全性受到了嚴(yán)重 挑戰(zhàn)。各國政府和信息產(chǎn)業(yè)部門都非常重視網(wǎng)絡(luò)信息安全的研究和應(yīng)用。借助于計算機網(wǎng)絡(luò)所提供的強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、影視等方面的作品 )傳到世界各地，一份電子郵件可以在瞬息問傳遍全球。 信息隱藏技術(shù)的背景和研究意義 二十世紀(jì)九十年代以來，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在全世界范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，它極大地方便了人們之間的通信和交流。 因此，在全球聯(lián)網(wǎng)的形勢下，網(wǎng)絡(luò)信息安全非常重要，一個國家信息系統(tǒng)的失控和崩潰將導(dǎo)致整個國家經(jīng)濟(jì)癱瘓，進(jìn)而影響到國家安全。而且信息加密是利用隨機性來對抗密碼攻擊的，密文的隨機性同時也暴露了消息的重要性，即使密碼的強度足以使攻擊者無法破解出明文，但他仍有足夠的手段來對其進(jìn)行破壞，使得合法的接收者也無法閱讀信息內(nèi)容。數(shù)字化產(chǎn)品的出現(xiàn)，給這些古老的思想賦于了新的表達(dá)方式：將機密信息嵌入到公開的圖像、視頻、語音及文本文件等載體信息中，然后通過公開信息的傳輸來傳遞機密信息。數(shù)字水印主要是為了保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，通過在原始媒體數(shù)據(jù)中嵌入信息來證實該媒體的所有權(quán)歸屬。這些改變包括常見的圖像處理 (如數(shù)據(jù)壓縮、低通濾波、圖像增強、一次抽樣、二次量化和 D／ A轉(zhuǎn)換等 )、幾何變換和幾何失真 (如裁剪、尺度拉伸、平移、旋轉(zhuǎn)、扭曲等 )、噪聲干擾、多重水印 (multiple watermarking)的重疊等。隱寫術(shù)主要考慮的是安全性 (即統(tǒng)計特性上無法檢測隱密信息的存在 )和嵌入容量，不可見性等。它包括了數(shù)字隱寫與隱寫分析兩個方面。信 息網(wǎng)絡(luò)上的攻防技術(shù)水平將反映一個國家的科技水平和防范意識。目前，己支持或開展信息隱藏研究的機構(gòu)既有政府部門，也有大學(xué)和知名企業(yè)。近年來還出現(xiàn)了許多其它方法，例如基于小波變換 ??3 的有損壓縮嵌入技術(shù)，具有抗壓縮的能力；通過修改量化表嵌入數(shù)據(jù)，在提高嵌入量的同時能達(dá)到很高的隱蔽性。近年來的一些研究成果包括 Memon等基于圖像和音頻質(zhì)量測度的隱寫檢測技術(shù)，以及 Westfeld針對 MP3Steg等幾種隱寫算法進(jìn)行的低嵌入量隱寫分析。針對 LSB嵌入法和基于壓縮圖像的隱寫，結(jié)合安全性考慮等作了理論分析。第六屆(CIHW20xx4)于 20xx年 8月上旬在哈爾濱工業(yè)大學(xué)召開，聚集國內(nèi)眾多從事多媒體信息安全技術(shù)研究的專家學(xué)者，就多媒體信息安全技術(shù)及數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)等領(lǐng)域的最新研究成果展開研討，經(jīng) 42位專家評審，從近 150篇論文中評審出 78篇組成論文集，發(fā)表在哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報增刊上。在隱寫方面，用小波交換和矢量量化等技術(shù)將原圖像嵌入到像素的低位，使隱藏圖像和原圖像在視覺上難以分開，提取出來的恢復(fù)圖像具有可接受的質(zhì)量。總的來說，信息隱藏技術(shù)尚未發(fā)展到完善實用的階段，仍有不少技術(shù)性問題需要解決。 本文的主要研究內(nèi)容、研究方法和結(jié)構(gòu)安排 信息隱藏技術(shù)使用的載體有圖像、視頻、語音及文本等數(shù)字媒體，包括數(shù)字圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 5 頁 共 51 頁 隱寫與隱寫分析兩個方面的內(nèi)容，本文以使用最為廣泛的數(shù)字圖像作為研究對象，以基于數(shù)字圖像的隱寫方法作為研究內(nèi)容。