【正文】 ....................................................... 30 基于 DCT 變換和置亂融合的圖像信息隱藏技術(shù) .......................................... 33 結(jié) 束 語 ..................................................................................................... 34 致 謝 ......................................................................................................... 35 參考文獻 ..................................................................................................... 36 目 錄 第 1 章 概 述 1 第 1 章 概 述 本章主要介紹信息隱藏技術(shù)的 背景和 研究意義 、 國內(nèi)外信息隱藏技術(shù)研究現(xiàn)狀 ，列舉了本文的主要研究內(nèi)容，最后給出了全文的結(jié)構(gòu)安排。 本文以 Inter 網(wǎng)上 廣泛 應用 的數(shù)字圖像作為研究對象，以基于數(shù)字圖像的信息隱藏技術(shù)作為研究內(nèi)容。 信息隱藏技術(shù)在保密通信、版權(quán)保護等領(lǐng)域中都具有廣泛的應用價值， 根據(jù)不同的應用背景，信息隱藏技術(shù)可以分為隱寫術(shù) （ Steganography） 和 數(shù)字水印 （ Digital Watermarking[34]） 兩個重要分支。穩(wěn)健性在整個水印系統(tǒng)設計中具有非常重要的分量，這也是將隱寫術(shù)和數(shù)字水印區(qū) 別對待的原因之一。這些條件的使得任何人可以很方便地利用隱寫術(shù)來進行隱蔽通信．在保護機密性和個人隱私方面具有積極的作用。它包括了數(shù)字隱寫與隱寫分析兩個方面。 1998 年以來，《 IEEE 圖像處理》、《 IEEE 會報》、《 IEEE 通信選題》、《 IEEE 消費電子學》等許多國際重要期刊也都組織了信息隱藏的技術(shù)?？?qū)ｎ}新聞報道。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。 在國內(nèi)，以數(shù)字水印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)有相當一批有實力的科研人員和機構(gòu)投入到這一領(lǐng)域中。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，著重 討論 了數(shù)字圖像的置亂技術(shù) 和 融合技術(shù)， 在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于 DCT 變換和置亂融合的圖像信息隱藏技術(shù)，并且運用 MATLAB 進行 大量的 實驗 測試，對該方法的性能進行檢驗分析，表明該方法具有一定的優(yōu)點。 第 2 章 信息隱藏技術(shù)概述 5 第 2 章 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)、密碼學等多個學科。 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。^%^*amp。這樣，攻擊者要想獲得消息，就首先要檢測到消息的存在，并知道如何從隱密載體 S＇中提取 C 及如何對 C 解密以恢復消息 M。 第 2 章 信息隱藏技術(shù)概述 9 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。接收方在收到后對它的簽名進行認證。 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 來表示 [33]。一幅圖像可以用一個二維函數(shù) f(x,y)來表示，也可看作是一個二維數(shù)組， x 和 y 表示二維空間XY 中一個坐標點的位置，而 f 則代表圖像在點 (x,y)的某種性質(zhì) F 的數(shù) 值。 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。 2. 圖像的量化 經(jīng)過采樣后，模擬圖像已被分解成空間上離散的像素，但這些像素的取值仍然是連續(xù)量。一般采用等間隔量化，稱之為均勻量化。 fi fi1 fSi 圖 量化示意圖 第 3 章 圖像信息隱藏技術(shù) 15 除了常見的矩陣形式外，在 MATLAB 運算等情況下，常將圖像表示成一個向量： g TN... gj... ggg )]()()2()1([? 式中， )(jg 是行向量或列向量。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。逼真度是指評價圖像與標準圖像的偏離程度，圖像的可懂度則是表示圖像能向人或計算機提供信息的能力。這是因為均方根誤差和峰值信噪比是從總體上反映原始圖像和隱密圖像（或恢復圖像） 的差別，并不能反映一幅圖像中少數(shù)像素點有較大灰度差別和較多像素點有較小灰度差別等各種情況?，F(xiàn)在有一些簡單的信息隱藏軟件大多是運用 LSB 和調(diào)色板調(diào)整等相關(guān)技術(shù)將信息隱藏在 24bit 圖像或 256 色圖像中，如 Hide and Seek， StegoDos， White Noise Storm， Stools 等經(jīng)典信息隱藏軟件。 2. 數(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。 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)。考慮到對低頻區(qū)域系數(shù)的改動可能會影響到載體圖像的感知效果，而高頻系數(shù)又易被破壞，因此，信息隱藏技術(shù)一般選取載體圖像中頻區(qū)域上的系數(shù)來嵌入秘密數(shù)據(jù)，從而使之既滿足不可感知性，又滿足對諸如失真壓縮等操作的魯棒性。例如：空間域的平移只引起頻域上的相移，而幅度不變；空間域尺度的縮放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)的角度是一致的。圖像分析和處理領(lǐng)域的專家認為小波分析是數(shù)字圖像處理的空間－尺度分析（ SpaceScale Analysis）和多分辨分析（ Multiresolution Analysis）的有效工具。定義大小為 MN 的圖像 f (x, y)的二維離散余弦變換 F(u, v)為： N vyM uxyxfvCuCMNvuF Mx Ny 2 )12(c o s2 )12(c o s),()()(2),( 10 10 ?? ??? ? ??? ?? 二維離散余弦反變換（ 2DIDCT） f (x, y)為 : 第 3 章 圖像信息隱藏技術(shù) 23 N vyM uxvuFvCuCMNyxf Mu Nv 2 )12(c o s2 )12(c o s),()()(2),( 10 10 ?? ??? ? ??? ?? 其中 。因此， JPEG 壓縮一般把圖像分解為 88 的子塊進行變 換。例如 :在采樣比例為 4:1:1 中，每個 MCU 單元中含有 4 個亮度矩陣、 1 個 Cb 矩陣和 1 個 Cr 矩陣。具體框圖如圖 所示。 定義 給定圖像 A=[a(i,j)]nm，變換矩陣是 T=[t(i,j)]nm是 1， 2， ...， nm 的一種排列，用 T 作置亂變換，得到圖像 B。 所謂置亂程度，主要是指相對于圖像信息的直觀雜亂效果而言的，而與解密的難易程度無關(guān)。 近年來，數(shù)字圖像融合技術(shù)也被應用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的隱藏。該方法實質(zhì)上是在兩幅圖像或第 5 章 數(shù)字圖像的融合技術(shù) 29 多幅圖像之間重復利用一次 B233。 基于 融合的圖像隱藏 原理和定義 信息隱藏技術(shù)的基本原理是利用信息中普遍存在的冗余性向其中嵌入秘密信息，從而達到隱蔽重要信息的目的。 恢復時需進行解置亂，即進行 19260=132 次置亂。 置亂融合和直接融合的 魯棒性檢測比較 下面分別對 置亂融合和直接融合 得到的隱密圖像進行添加噪聲、 JPEG 壓縮、任
。 基于置亂融合的圖像信息隱藏技術(shù) 置亂融合和直接融合的效果比較 在上一章 里我們以實例討論了兩幅圖像的融合，為了提高安全性，我們可以在秘密圖像融合之前進行置亂處理，相應的嵌入隱藏信息和提取隱藏信息的流程分別如圖 和 所示。zier曲線、 k 階 [n/n]型 RB 曲線、附權(quán)的 [n/n]型 RB 曲線將一幅秘密圖像隱藏于 n 幅載體圖像中。 文獻 [104]在基于融合的數(shù)字圖像隱 藏技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了數(shù)字圖像的單幅迭代混合和多幅迭代混合思想。 數(shù)字圖像融合技術(shù)概述 數(shù)字圖像融合技術(shù)較早的應用是在遙感圖像的處理，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，己經(jīng)使傳感器空 間分辨率、光譜分辨率得到大幅度提高，從而也使獲得的數(shù)據(jù)呈海量的增加，同時也導致了數(shù)據(jù)源的多樣性和復雜化，遙感影像融合是一種通過高級影像處理技術(shù)來復合多源遙感影像的技術(shù)，其目的是將單一傳感器的多波段信息或不同類傳感器所提供的信息加以綜合，消除多傳感器信息之間可能存在的 冗余 和矛盾，加以互補，降低其不確定性，減少模糊度，以增強影像中信息透明度，改善解譯的精度、可靠性以及使用率，以形成對目標的完整一致的信息描述。然而，“亂”是人的視覺效果，帶有一定主 觀性，不同的觀察者評價結(jié)果可能不同。因為圖像可以看成是數(shù)學上的矩陣，其行數(shù)和列數(shù)分別看成圖像高和寬的象素數(shù)，其元素值看成圖像的灰度值。 數(shù)字 圖像置亂技術(shù)概述 數(shù)字圖像置亂框圖 數(shù)字圖像的置亂技術(shù)是指發(fā)送方借助數(shù)學或其他領(lǐng)域的技術(shù)，對一幅有意義的數(shù)字圖像作變換使之變成一幅雜亂無章的圖像再用于傳輸；在圖像傳輸過程中，非法截獲者無法從雜亂無章的圖像中獲得原圖像信息，從而達到圖像加密的目的；接受方經(jīng)去亂過程，可恢復原圖像。這種矩陣在 JPEG 中被稱為MCU(Minimum Code Unit) 。 DCT 變換的基本思路是將圖像分解為 88 的子塊或 16 16 的子塊，并對每一個子塊進行單獨的DCT 變換，然后對變換結(jié)果進行量化、編碼。在傅里葉級數(shù)展開式中，如果被展開的函數(shù)是實偶函數(shù)，那么，其傅里葉級數(shù)中只包含余弦項，再將其離散化可導出離散余弦變換。 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 等的奠基工作而發(fā)展起來的一門新興學科 [64]，并迅速應用到圖像和語音分析等眾多領(lǐng)域的數(shù)學工具，是繼 110 多年前建立傅立葉（ Joseph Fourier）分析之后的一個重大突破。文獻 [57]提出基于原始圖象的傅立葉變換，將調(diào)制后的秘密信息依次加入到某些固定位置的幅值譜上，文獻 [58]利用傅里葉變換的可加性和圖象去噪原理 提出了一種基于頻域的三維運動盲水印算法。 比較常用的是離散傅立葉變換（ DFT）、離散余弦變換（ DCT）和離散小波變換（ DWT）等，它們主要是通過修改載體圖像某些指定的頻域系數(shù)來嵌入數(shù)據(jù)。因為 LSB算法試圖利用人類視覺 系統(tǒng)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。因此在嵌入數(shù)據(jù)位時，嵌入的是數(shù)據(jù)位與 1 或 者 0 的異或值。 表 主觀質(zhì)量測量尺度 3. 新的質(zhì)量評價方法 ?????? ?????? 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。 PSNR 的表達式為 ? ?? ? ?????MxNyyxfyxgNMPS N R1 12)],(),([2 5 62 5 6lg10 （ 34） 單位是 dB，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圖像質(zhì)量進行評價。在圖像處理中常用的是歸一化的直方圖 )(krp 。數(shù)字化之后的圖像用一個矩陣表示 )],(g[ yxg ? 式中 x、 y 是 整數(shù)，且 NyMx ???? 1 ,1 ，表示矩陣的大小為 MN。把真實值 f和量化值 f Si之差稱為量化誤差。 1. 圖像的采樣 圖像采樣的常見方式是均勻的矩形網(wǎng)格，如圖 所示，將平面 (x,y)沿 x 方向和 y 方向分別以 Δx 和 Δy 為間隔均勻地進行矩形的劃分，采樣點為 yjy ???? xix 于是連續(xù)圖像 fc(x,y)對應的離散圖像 fd (x,y)可表示為 ??? ????? 0 , ),(),( yiyxixyxfyxf cd 圖像采樣時必須滿足下面的二維采樣定理（ Nyquist 圖像采樣定理）： 對于二維有限帶寬信號 fc(x,y)，如果其二維傅立葉變換只在 cUu? 和 cVv? 的范圖 典型的矩形網(wǎng)格采樣方式 廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計） 14 圍內(nèi)不為零，那么采樣間隔必須滿足 21 ,2 1 cc VyUx ????，這樣才能保證信號可以重構(gòu)。這里 I、 r、 c 的值都是整數(shù)。 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)學圖像，其中