【正文】 為廣泛的隱藏技術(shù)之一。人們?cè)谟^察和理解圖像時(shí)，往往會(huì)不自覺(jué)地對(duì)其中某些區(qū)域 產(chǎn)生興趣，這些區(qū)域被稱(chēng)為“感興趣區(qū)” (ROI， Region Of Interest)。 (1)基于視覺(jué)感知的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 圖像質(zhì)量對(duì)人眼視覺(jué)的影響是由人眼視覺(jué)系統(tǒng)的靈敏度決定的，而視 覺(jué)靈敏度是由人眼的視覺(jué)細(xì)胞決定的。 主觀評(píng)價(jià)主要有兩種度量尺度，即絕對(duì)尺度和相對(duì)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(lái)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(jué)效果不一致。 1．圖像的客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 客觀評(píng)價(jià)是用隱密圖像 (或恢復(fù)圖像 )偏離原始圖像的誤差來(lái)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(gè)方面，一是圖像的逼真度 (fidelity)，另一個(gè)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(guò)采集、傳輸、處理、記錄等過(guò)程，所有這些技術(shù)的優(yōu)劣都會(huì)影響到圖像質(zhì)量。畫(huà)家用改變色濃和色深的方法來(lái)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(guò)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(jì) 第 20 頁(yè) 共 51 頁(yè) 2． HSV模型 該模型對(duì)應(yīng)于圓柱坐標(biāo)系的一個(gè)圓錐形子集 (圖 )。正方體的其它六個(gè)角點(diǎn)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(jiàn)的模型。一個(gè)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(gè)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(jì) 第 17 頁(yè) 共 51 頁(yè) 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(lái)進(jìn)行量化。把真實(shí)值 f和量化值 f0 之差稱(chēng)為量化誤差。根據(jù)人眼的視覺(jué)特性，為了使量化后恢復(fù)的圖像具有良好的視覺(jué)效果，通常需要 100 多個(gè)量化等級(jí)。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)的，輸出的量是連續(xù)的電平。 圖像的數(shù)字化處理 實(shí)際的圖像具有連續(xù) 的形式，但必須經(jīng)過(guò)數(shù)字化變成離散的形式，才能在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和運(yùn)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(lái)表示。 物體 圖 像 數(shù)學(xué)圖像 可見(jiàn)圖像 不可見(jiàn)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(jì) 第 15 頁(yè) 共 51 頁(yè) 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(gè)集合論的方法，將圖像的類(lèi)型用圖 。由此可見(jiàn)，視覺(jué)信息對(duì)人類(lèi)非常重要。 數(shù)字圖像處理的基本概念和知識(shí) 圖像 圖像是用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)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(jué)的實(shí)體。在國(guó)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(gè)重要研究熱點(diǎn)。接收方在收到后對(duì)它的簽名進(jìn)行認(rèn)證。 (7)抗否認(rèn)機(jī)制 抗否認(rèn)機(jī)制一般用在電子商 務(wù)中，這是保證一些個(gè)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(cè) 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(shí)，如以數(shù)字形式記錄的事故現(xiàn)場(chǎng)照片、犯罪現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，常常需要確定它們的內(nèi)容是否被篡改、偽造或經(jīng)過(guò)特殊處理。 (4)數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù) 現(xiàn)代信息社會(huì)，各種數(shù)字服務(wù)，如數(shù)字圖書(shū)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(jì) 第 12 頁(yè) 共 51 頁(yè) 人們的工作、學(xué)習(xí)和生活 帶來(lái)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(bào)部門(mén)、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(dòng)中的票據(jù)防偽、驗(yàn)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(gè)，即信息隱藏 隱蔽信道 隱寫(xiě)術(shù) 匿名通信 版權(quán)標(biāo)識(shí) 基于語(yǔ)意的隱寫(xiě)術(shù) 基于技術(shù)的隱寫(xiě)術(shù) 魯棒的版權(quán)標(biāo)識(shí) 脆弱的版權(quán)標(biāo)識(shí) 數(shù)字水印 數(shù)字指紋 可見(jiàn)水印 不可見(jiàn)水印 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 51 頁(yè) 隱寫(xiě)術(shù)和數(shù)字水印 (Digital watermarking)，也就是前面所指的版權(quán)標(biāo)識(shí)(Copyright marking)。隱蔽性包括視／聽(tīng)覺(jué)隱蔽性和統(tǒng)計(jì)上的隱蔽性，意味著監(jiān)控者無(wú)法察覺(jué)，所以最重要；隱蔽通信往往高傳輸率，戰(zhàn)爭(zhēng)狀態(tài)下還要求實(shí)時(shí)傳送，故嵌入量其次；隱寫(xiě)通常應(yīng)用于無(wú)擾信道，所以對(duì)穩(wěn)健性的要求最低。實(shí)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(diǎn)。嵌入量考慮的是傳輸?shù)男畔⒘俊? (2)魯棒性 (Robustness)，也稱(chēng)穩(wěn)健 性，指信息隱藏系統(tǒng)抵抗由正常信號(hào)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(guò)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(gè)基本屬性包括：不可感知性、魯棒性和嵌入量。*% ￥ %￥￥ ?。? 隱藏 嵌入過(guò)程 提取過(guò)程 密鑰生成器 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 51 頁(yè) 該系統(tǒng)主要包括一個(gè)嵌入過(guò)程和一個(gè)提取過(guò)程 ，其中嵌入過(guò)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(duì)象中，從而生成隱藏對(duì)象這一過(guò)程。我們稱(chēng)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(gè)序列號(hào)；稱(chēng)公開(kāi)信息為載體信息 (cover message)，這種信息隱藏過(guò)程一般由密鑰 (Key)來(lái)控制，通過(guò)嵌入算法 (Embedding algorithm)將秘密信息隱藏于公開(kāi)信息中形成隱蔽載體 (stego cover)，隱蔽載體則通過(guò)信道 (Communication channel)傳遞，然后檢測(cè)器 (Detector)利用密鑰從隱蔽載體中恢復(fù) /檢測(cè)秘密信息 嵌入密鑰 提取密鑰 掩體對(duì)象 嵌入對(duì)象 隱藏對(duì)象 嵌入對(duì)象 掩體對(duì)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(gè)有意義的信息隱藏在另一個(gè)稱(chēng)為載體的普通信息中得到隱密載體，然后通過(guò)普通信息的傳輸來(lái)傳遞秘密信息。通常人眼對(duì)灰度的分辨率只有幾十個(gè)灰度級(jí)，對(duì)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(shí)間或空間冗余性和人對(duì)信息變化的掩蔽效應(yīng)。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 51 頁(yè) 2 信息隱藏技術(shù)概述 信息隱藏技術(shù)作為一個(gè)新興的研 究領(lǐng)域，橫跨數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、語(yǔ)音處理、模式識(shí)別、數(shù)字通信、多媒體技術(shù)、密碼學(xué)等多個(gè)學(xué)科。文章介紹了信息隱藏技術(shù)的基本知識(shí)和圖像信息隱藏的常用算法，像信息隱藏技術(shù)，并且運(yùn)用 量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)該方法的性能進(jìn)行檢驗(yàn)分析，表明該方法具有一定的優(yōu)點(diǎn)。此外，信息隱藏技術(shù)發(fā)展到今天。基于圖像位平面復(fù)雜度估計(jì)和統(tǒng)計(jì)濾波實(shí)現(xiàn)隱蔽信息檢測(cè)的技術(shù)則是國(guó)內(nèi)學(xué)者在隱寫(xiě)分析方面較早發(fā)表的成果。此外，全國(guó)網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)研討會(huì) (NETSEC)、中國(guó)可信計(jì)算與信息安全學(xué)術(shù)會(huì)議 (CTCIS)、全國(guó)圖像圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議 (NCIG)等各類(lèi)學(xué)術(shù)研討會(huì)都涉及到信息隱藏。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 51 頁(yè) 在國(guó)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(shí)力的科研人員和機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域中。 隱寫(xiě)的安全性一直是研究者關(guān)注的重要問(wèn)題。一些隱寫(xiě)算法被開(kāi)發(fā)成工具，其中有數(shù)以百計(jì)的隱寫(xiě)軟件可在互聯(lián)網(wǎng)上獲得。從公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)看，國(guó)際上在信息隱藏方面的研究已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 出于對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和信息安全的需求，上世紀(jì) 90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始對(duì)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(jì) 第 3 頁(yè) 共 51 頁(yè) 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(hào)中，毫不引起對(duì)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(cè)可疑信息的存在，尋找敵對(duì)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(huì)提供一種新的隱蔽通信手段的同時(shí)也帶來(lái)了新的威脅。對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)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(duì)媒體的訪(fǎng)問(wèn)，而是確保媒體中的水印不被篡改或消除。對(duì)加密通信而言，可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者可通過(guò)截取密文，并對(duì)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(jī)密信息的安全：但對(duì)信息隱藏而言，可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者難以從公開(kāi)信息中判斷機(jī)密信息是否存在，難以截獲機(jī)密信息，從而保證機(jī)密信息的安全。隨著計(jì)算機(jī)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(guó)政府和信息產(chǎn)業(yè)部門(mén)都非常重視網(wǎng)絡(luò)信息安全的研究和應(yīng)用。借助于計(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(lè)、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(wèn)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(lái)，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(shì)下，網(wǎng)絡(luò)信息安全非常重要，一個(gè)國(guó)家信息系統(tǒng)的失控和崩潰將導(dǎo)致整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)癱瘓，進(jìn)而影響到國(guó)家安全。而且信息加密是利用隨機(jī)性來(lái)對(duì)抗密碼攻擊的，密文的隨機(jī)性同時(shí)也暴露了消息的重要性，即使密碼的強(qiáng)度足以使攻擊者無(wú)法破解出明文，但他仍有足夠的手段來(lái)對(duì)其進(jìn)行破壞，使得合法的接收者也無(wú)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(jī)密信息嵌入到公開(kāi)的圖像、視頻、語(yǔ)音及文本文件等載體信息中，然后通過(guò)公開(kāi)信息的傳輸來(lái)傳遞機(jī)密信息。數(shù)字水印主要是為了保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，通過(guò)在原始媒體數(shù)據(jù)中嵌入信息來(lái)證實(shí)該媒體的所有權(quán)歸屬。這些改變包括常見(jiàn)的圖像處理 (如數(shù)據(jù)壓縮、低通濾波、圖像增強(qiáng)、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(xiě)術(shù)主要考慮的是安全性 (即統(tǒng)計(jì)特性上無(wú)法檢測(cè)隱密信息的存在 )和嵌入容量，不可見(jiàn)性等。它包括了數(shù)字隱寫(xiě)與隱寫(xiě)分析兩個(gè)方面。信 息網(wǎng)絡(luò)上的攻防技術(shù)水平將反映一個(gè)國(guó)家的科技水平和防范意識(shí)。目前，己支持或開(kāi)展信息隱藏研究的機(jī)構(gòu)既有政府部門(mén)，也有大學(xué)和知名企業(yè)。近年來(lái)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(guò)修改量化表嵌入數(shù)據(jù)，在提高嵌入量的同時(shí)能達(dá)到很高的隱蔽性。近年來(lái)的一些研究成果包括 Memon等基于圖像和音頻質(zhì)量測(cè)度的隱寫(xiě)檢測(cè)技術(shù)，以及 Westfeld針對(duì) MP3Steg等幾種隱寫(xiě)算法進(jìn)行的低嵌入量隱寫(xiě)分析。針對(duì) LSB嵌入法和基于壓縮圖像的隱寫(xiě)，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(kāi)，聚集國(guó)內(nèi)眾多從事多媒體信息安全技術(shù)研究的專(zhuān)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(kāi)研討，經(jīng) 42位專(zhuān)家評(píng)審，從近 150篇論文中評(píng)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(bào)增刊上。在隱寫(xiě)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(jué)上難以分開(kāi)，提取出來(lái)的恢復(fù)圖像具有可接受的質(zhì)量。總的來(lái)說(shuō)，信息隱藏技術(shù)尚未發(fā)展到完善實(shí)用的階段，仍有不少技術(shù)性問(wèn)題需要解決。 本文的主要研究?jī)?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(yǔ)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(jì) 第 5 頁(yè) 共 51 頁(yè) 隱寫(xiě)與隱寫(xiě)分析兩個(gè)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(duì)象，以基于數(shù)字圖像的隱寫(xiě)方法作為研究?jī)?nèi)容。