【正文】 50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(shí)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。著重討論了基于離散余弦變換的圖像信息隱藏算法及其應(yīng)用。本章首先指出了信息隱藏技術(shù)的依據(jù)，通過與信息加密作比較，介紹了信息隱藏技術(shù)的基本原理，然后描述了信息隱藏技術(shù)的術(shù)語和模型、信息隱藏系統(tǒng)的基本屬性，最后介紹了信息隱藏技術(shù)的分支及其實(shí)際應(yīng)用。在亮度有變化的邊緣上，該邊界“掩蔽”了邊緣鄰近像素的信號感覺，使人的感覺變得不靈敏、不準(zhǔn)確，這就是視覺掩蔽效應(yīng)。信息加密是把有意義的信息加密為隨機(jī)的亂碼，竊聽者知道截獲的密文中可能包含重要的信息，但無法破譯。非法者不知道這個普通信息中是否隱藏了其他的信息，而且即使知道，也難以提取隱藏的信息。amp。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)/檢測秘密信息密鑰生成器嵌入密鑰 提取密鑰 掩體對象嵌入過程提取過程嵌入對象 隱藏對象 嵌入對象 掩體對象 隱藏分析者 信息隱藏系統(tǒng)的一般模型該系統(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。 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。(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。嵌入量考慮的是傳輸?shù)男畔⒘?。?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)。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(shí)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。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)。 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(yàn)證資料的完整性等方面。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。(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，為人們的工作、學(xué)習(xí)和生活帶來了方便和快捷。(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(diǎn)，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。(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，這是保證一些個體或單位不能否認(rèn)自己曾經(jīng)產(chǎn)生的一些行為。接收方在收到后對它的簽名進(jìn)行認(rèn)證。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)，2003年有49篇，2004年有57篇，2005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(diǎn)。 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(shí)體。由此可見，視覺信息對人類非常重要。為此，引入一個集合論的方法。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。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。 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)過數(shù)字化變成離散的形式，才能在計算機(jī)中存儲和運(yùn)算。這個過程是通過掃描實(shí)現(xiàn)的，輸出的量是連續(xù)的電平。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。量化方法有兩種。具體做法是對圖像中像素灰度值頻繁出現(xiàn)的范圍，量化間隔取小一些，而對那些像素灰度值極少出現(xiàn)的范圍，則量化間隔取大一些。除了常見的矩陣形式外，在MATLAB運(yùn)算等情況下，常將圖像表示成一個向量：g=[g(1)g(2)?g(j)?g(N)]。它是關(guān)于灰度級分布的函數(shù)，反映一幅圖像中各灰度級與各灰度級像素出現(xiàn)的頻率之間的關(guān)系。 (32) (33) P(Rk)反映了圖像中各個灰度級的分布概率，是能夠反映圖像整體特征的一個統(tǒng)計量。圖像的灰度直方圖在信息隱藏技術(shù)中得到了重要的應(yīng)用。常用的顏色模型可分為兩類，一類面向諸如彩色顯示器或打印機(jī)之類的硬設(shè)備，另一類面向以彩色處理為目的的應(yīng)用。在正方體的主對角線上，各原色的強(qiáng)度相等，產(chǎn)生由暗到明的白色，也就是不同的灰度值。C=aR+bG+cB (33)其中C為任意彩色光，a,b,c,為三基色R、G、B的權(quán)值。色彩H由繞V軸的旋轉(zhuǎn)角給定，紅色對應(yīng)于角度0度，綠色對應(yīng)于角度120度，藍(lán)色對應(yīng)于角度240度。任何V=1，S=1的顏色都是純色。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(zhì)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(jìn)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(zhì)量評價采用式(34)和式(35)對圖像中所有像素點(diǎn)同樣對待，不能全面反映人眼的視覺特性。在有些應(yīng)用場合需要將主觀評價和客觀評價結(jié)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(yīng)。一種基于視覺興趣的圖像質(zhì)量評價方法為：通過對圖像中不同區(qū)域的加權(quán)突出人眼對ROI的興趣程度，近似認(rèn)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(shí)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(yùn)算也有許多改進(jìn)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(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的信息，實(shí)際上，這相當(dāng)于對信息進(jìn)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(dá)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(yīng)當(dāng)在變化較復(fù)雜的地方多隱藏信息。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(jìn)行編碼時，對掃描方式進(jìn)行選擇的優(yōu)化策略，把它運(yùn)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 變換域算法原理隱藏秘密信息的載體圖像（隱秘圖像）原始信息（原始圖像）變換域隱藏技術(shù)就是指將秘密信息嵌入數(shù)字圖像的某一變換域中。感知分析逆正交變換正交變換數(shù)據(jù)嵌入正交變換感知分析秘密信息（秘密圖像） 變換域秘密信息嵌入模型原始信息（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(fù)秘密信息的載體圖像隱藏秘密信息的載體圖像 變換域秘密信息提取模型。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(diǎn)可以抵御諸如旋轉(zhuǎn)、尺度、平移等幾何攻擊。當(dāng)前最新的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)—JPEG2000和視頻的MPEG7壓縮標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(jìn)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(diǎn)。 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(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻率數(shù)據(jù)，以便得知強(qiáng)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(guān)性，可應(yīng)用二維離散余弦變換()，將圖像從空間域轉(zhuǎn)換到DCT變換域。原始圖像隱藏圖像DCT量化嵌入反量化逆DCT量化表秘密信息量化表 基于圖像DCT變換嵌入隱藏信息的流程圖。然而秘密信息嵌入在這個位置，在隱密圖像受到有損壓縮等攻擊后，秘密信息受到的攻擊很小，魯棒性較好。中高頻帶大部分系數(shù)為0。若用于保密通信，由于更注重隱藏信息的隱蔽性，以及隱藏信息容量，則可以利用低中頻帶作為DCT域信息嵌入?yún)^(qū)域。在對圖像進(jìn)行編碼之前首先要對圖像進(jìn)行預(yù)處理，也就是把圖像劃分為數(shù)據(jù)單元。源圖像的88數(shù)據(jù)塊由64個像點(diǎn)構(gòu)成，64個像點(diǎn)實(shí)質(zhì)上就是64個離散信號，輸入后被分成64個正交基信號。壓縮數(shù)據(jù)的重要一步，就是對DCT系數(shù)進(jìn)行量化，它是造成DCT編解碼信號損失的根源。 水印的嵌入(1)首先對原始圖像進(jìn)行DCT變換。即:W=（Xi，0≦i≦n）。由于視覺上重要的分量是圖像信號的主要成分，圖像信號的大部分能量都集中在這些分量上，在圖像有一定失真的情況下，仍然能保留主要成分，即視覺上重要的分量的抗干擾能力較強(qiáng)，因此將數(shù)字水印嵌入到這些分量上，可以獲得較好的魯棒性。(4)進(jìn)行二維離散余弦反變換，得到嵌入水印的圖像。 未受攻擊的含水印圖像提取的水印與原始水印圖像比較 相似度和峰值信噪比計算根據(jù)相似度的值即可判斷圖像中是否含有水印信號，從而達(dá)到版權(quán)保護(hù)的目的。peak的中文意思是頂點(diǎn)。為了衡量經(jīng)過處理后的影像品質(zhì)，我們通常會參考PSNR 值來認(rèn)定某個處理程序夠不夠令人滿意。這是因?yàn)槿搜鄣囊曈X對于誤差的敏感度并不是絕對的，其感知結(jié)果會受到許多因素的影響而產(chǎn)生變化（例如：人眼對空間頻率較低的對比差異敏感度較高，人眼對亮度對比差異的敏感度較色度高，人眼對一個區(qū)域的感知結(jié)果會受到其周圍鄰近區(qū)域的影響）。 加入白噪聲之后的圖像提取出來的水印與原始水印比較 高斯低通濾波對水印圖像進(jìn)行高斯低通濾波，圖像依然清晰，這說明水印對這種攻擊的魯棒性比較強(qiáng)。從中可以看出，含水印的圖像在DCT算法下，對各種的攻擊的抵抗性還是很高的，提取的水印圖像與原始水印圖像的相似度也是很高的。采用較大的子塊可以明顯減少圖像分塊效應(yīng)，但隨著子塊尺寸的增加，算法的復(fù)雜度急劇上升。JPEG采用的是RGB系統(tǒng)。JPEG常用的采樣方式有：YUV=4:1:1和YUV=4:2:2,YUV分別代表Y,Cb和Cr三個數(shù)據(jù)成份的采樣比例。MCU代表JPEG文件中存儲壓縮數(shù)據(jù)的基本單位，在每個MCU中包含一些亮度Y矩陣和色度Cb矩陣，飽和度Cr矩陣，但一個MCU中包含的矩陣數(shù)不得超過10個。而經(jīng)DCT后的數(shù)據(jù)仍和轉(zhuǎn)換前相等，并末減少，所以DCT的步驟為無失真。經(jīng)過量化階段后，所有數(shù)據(jù)只保留整數(shù)近似值，也就再度損失了一些數(shù)據(jù)內(nèi)容，量化是圖像質(zhì)量下降的最主要原因，但是它并不影響圖像給人的視覺效果，只是一些對人的視覺冗余的數(shù)據(jù)被丟棄。量化矩陣是預(yù)設(shè)的一個8*8的整數(shù)矩陣，對應(yīng)DCT矩陣的64個頻率系數(shù)。量化矩陣中64個整數(shù)的大小取決于對應(yīng)的DCT矩陣系數(shù)在圖像中的重要性。 JPEG壓縮試驗(yàn)JPEG壓縮是圖像處理中最常見的操作，該算法能有效的恢復(fù)水印。多媒體內(nèi)容的保護(hù)包括版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容完整性保護(hù)。此外，利用信息隱藏技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)中需要的匿名機(jī)制以及在軍事、國防工業(yè)中實(shí)現(xiàn)隱藏通信.不過，數(shù)字水印技術(shù)畢竟還是一門新興的科學(xué)，它涉及到通信與信息理論、圖像與語音處理、信號檢測與估計、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、人類視覺與聽覺系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用、電波傳播等多種科學(xué)知識。系統(tǒng)介紹了信息隱藏與數(shù)字水印技術(shù)。本文對于信息隱藏與數(shù)字水印技術(shù)這一研究領(lǐng)域來說，只是一個入門，要想豐富和完善這一領(lǐng)域的研究，尚有大量的工作有待于在今后進(jìn)一步的努力。這些理論可能是不成熟、不完善，但它的研究思路和技術(shù)仍給我們提供了重要的參考價值。大多數(shù)現(xiàn)有的數(shù)字水印算法都使在某種程度上利用人的視覺或聽覺缺陷，達(dá)到隱藏信息的目的。開發(fā)一些具有實(shí)用價值的算法和軟件不僅是信息技術(shù)發(fā)展的需要，也是數(shù)字水印技術(shù)走向?qū)嵱玫牡谝徊健６潭痰娜齻€月時間里，在我完成畢業(yè)設(shè)計的同時，也包含了我對四年攻讀學(xué)士學(xué)位所作工作的總結(jié)，包含了十幾年求學(xué)生涯的經(jīng)歷。 %清除工作區(qū)所有變量clc。)。水印圖像