【正文】 JPEG采用的是 RGB系統(tǒng)。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。這是因為人眼的視覺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）。 peak 的中文意思是頂點。 (4)進行二維離散余弦反變換，得到嵌入水印的圖像，如圖 所示。即 :W=（ Xi， 0≦ i≦ n）。壓縮數(shù)據(jù)的重要一步，就是對 DCT 系數(shù)進行量化，它是造成 DCT 編解碼信號損失的根源。 在對圖像進行編碼之前首先要對圖像進行預(yù)處理，也就是把圖像劃分為數(shù)據(jù)單元。中高頻帶大部分系數(shù)為 0。 圖 基于圖像 DCT變換嵌入隱藏信息的流程圖 基于圖像 DCT變換提取隱藏信息的流程如 ?；?DCT的圖像信息隱藏算法能夠充分利用頻域特性，將秘密信息分布到載體圖像的各像素上，以提高算法的魯棒性。因此 ，基于離散小波變換的信息隱藏算法已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點和最重要的研究方向。 基于離散小波變換 (DWT)的圖像信息隱藏算法 小波分析 (Wavelet Analysis)是自 1986 年以來由 和，并迅速應(yīng)用到圖像和語音分析等眾多領(lǐng)域的數(shù)學(xué)工具，是繼 110多年前建立傅立葉 (Joseph Fourier)分析之后的一個重大突破。 變換域算法的優(yōu)點 由于變換域信息隱藏技術(shù)是在頻域嵌入信息，因此它有頻域所固有的抗攻擊和變換的能力，使這一隱藏方案對比例變化、 JPEG壓縮、抖動、剪輯、打印 /掃描以及合謀攻擊都具有很好的魯棒性。張濤等人提出了基于圖像平滑度的空域 LSB嵌入的檢測 算法，該文獻對圖像像素值與鄰域均值的差的分布進行建模，以該分布的方差定義了圖像平滑度的概念，進而通過對消息嵌入、 LSB平面取反帶來的圖像平滑度的變化進行分析，提出了針對空域 LSB替換偽裝算法的秘密消息長度估計算法，該算法可以準(zhǔn)確地估計圖像中嵌入的秘密信息數(shù)據(jù)量的大小，計算速度快，有利于實現(xiàn)實時檢測。 任何其它的圖像變換如模糊、濾波等，通常都會破壞隱藏的數(shù)據(jù)。 2．?dāng)?shù)據(jù)嵌入量 對于 24bit圖像， LSB隱藏算法是 3數(shù)據(jù)位 /像素，每個像素又是由 24位來表示，那么可以隱藏的信息率為 3/24=1/8。 空域 (Spatial Domain)隱藏算法 空域隱藏技術(shù)是指將秘密信息嵌入數(shù)字圖像的空間域中，即對像素灰度值進行修改以隱藏秘密信息。 表 31 主觀質(zhì)量測量尺度 級別 絕對測量尺度 相對測量尺度 1 很好 一批中最好的 2 較好 比該批中平均水平好 3 一般 該批中平均水平 4 較差 比該批平均水平差 5 很差 該批中最差的 3．新的質(zhì)量評價方法 隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展，圖像質(zhì)量評價方法的研究已從以往的簡單誤差統(tǒng)計方法發(fā)展到結(jié)合人眼視覺特性 (HSV)的誤差統(tǒng)計方法。峰值信噪比 PSNR越大，說明圖像的保真度越好，兩幅圖像越相似。數(shù)字圖像信息隱藏系統(tǒng)中也必須對隱藏算法中得到的隱密公開圖像和解密算法中得到的恢復(fù)圖像質(zhì)量進行評價。 V 綠（ 120度） 黃 青 紅（ 0度） 藍(lán)（ 240度） 品紅 H 0 S 圖 HSV顏 色模型 HSV顏色模型對應(yīng)于畫家的配色方法。 R、 G、 B的亮度值限定在 [0255]。面向硬設(shè)備的最常用的模型是 RGB模型，而面向彩色處理的最常用模型是 HIS模型。對于視覺效果良好的圖像，它的像素灰度應(yīng)該占據(jù)可利用的整個灰度范圍，而且各灰度級分布均勻。向量 g是把式中元素逐行或逐列串接起來形成的。對于像素灰度值在從黑到白的范圍內(nèi)較均勻分布的圖像，這種量化可以得到較小的量化誤差。量化就是把采樣點上表示亮暗信息的連續(xù)量離散化后，用數(shù)字來表示。在不致引起混淆的情況下我們?nèi)杂茫?f(x,y)表示數(shù)字圖像 ,f,x和 y都在整數(shù)集合中取值。圖像的另一個子集是由連續(xù)函數(shù)和離散函數(shù)組 成的抽象的數(shù)學(xué)圖像，其中后一種是能被計算機處理的數(shù)字圖像 (digital image)。據(jù)統(tǒng)計，在人類獲取得信息中，視覺信息約占 60％，聽覺信息約占 20％，其他方式獲取的信息加起來約占 20％。數(shù)字圖像由于大量存在，因而被研究最多的是圖像中的信息隱藏，而且，圖像信息隱藏所研究的方法往往經(jīng)過改進可以輕易地移植到其他的載體中。當(dāng)需要時，可以通過實時地掃描票據(jù)來判斷水印的有無，辨別票據(jù)的真?zhèn)?。它同時也可以用于個人、商業(yè)機密信息的保護、電子商務(wù)中的數(shù)據(jù)傳遞、網(wǎng)絡(luò)金融交易重要信息的傳遞以及個人的電子郵件業(yè)務(wù)保護等。依照檢測手段把檢測方法進行了分類，對當(dāng)前幾種主要的信息隱藏檢測算法進行了詳細(xì)的介紹。而對于隱寫來說，這三項性能的重要性排序是隱蔽性、嵌入量、穩(wěn)健性。通常以秘密信息大小與載體信息大小之比來表示。 該模型中沒有包括對秘密信息的預(yù)處理和提取后的后處理，在有些情況下，為了提高保密性需要預(yù)先對秘密信息進行預(yù)處理 (例如加密 )，相應(yīng)地在提取過程后要對得到的信息進行后處理 (例如解密 )，恢復(fù)出秘密信息。 信息隱藏技術(shù)的術(shù)語和模型 一個信息隱藏系統(tǒng)的一般化模型可用圖 。信息加密是把有意義的信息加密為隨機的亂碼，如圖 ，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。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)的分支及其實際應(yīng)用。 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。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。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。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。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。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。數(shù)字水印主要是為了保護知識產(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。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行破壞，使得合法的接收者也無法閱讀信息內(nèi)容。 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。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。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，并對其進行破譯，或?qū)?密文進行破壞后再發(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。對不同的應(yīng)用場合，要求有不同的穩(wěn)健性。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。從公開發(fā)表的文獻看，國際上在信息隱藏方面的研究已經(jīng)取得了一定的成績。 隱寫的安全性一直是研究者關(guān)注的重要問題。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。此外，信息隱藏技術(shù)發(fā)展到今天。 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。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。 100011010110011100110011 加密 ￥ %%%%%￥￥ amp。*% ￥ %￥￥ ！￥ 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。 (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。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。 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)。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。 (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。接收方在收到后對它的簽名進行認(rèn)證。 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而產(chǎn)生視知覺的實體。為此 ，引入一個集合論的方法，將圖像的類型用圖 。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。這個過程是通過掃描實現(xiàn)的，輸出的量是連續(xù)的電平。把真實值 f和量化值 f0 之差稱為量化誤差。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)。在圖像處理中常用的是歸一化的直方圖 P(Rk)。一個灰度直方圖的例子如圖 。正方體的其它六個角點分別 為紅、黃、綠、青、藍(lán)和品紅。飽和度 s取值從 0到 1，由圓心向圓周過渡。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。 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。 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。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)。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。 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。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。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。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(fù)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(shù)與設(shè)計 第 27 頁 共 51 頁 換無關(guān)的完整特性。 Xia 換 (DWT)的信息隱藏方法?；?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。在 F(u， v)系