【正文】 數(shù)矩陣中， F(O， O)對應(yīng)于圖像 f(x,y)的平均亮度，稱為直流 (DC)系數(shù)；其余的 63個系數(shù)稱為交流 (AC)系數(shù)，從左向右表示水平空間頻率增加的方向，從上向下表示垂直空間頻率增加的方向?？傊?DCT系數(shù)嵌入秘密信息時，隱蔽性和魯棒性是一對矛盾體，為了保證圖像的質(zhì)量，一般不用 DC分量做嵌入位置。比如選擇之字型排列的 O～ 63個 DCT系數(shù)中序號為 3～ 12的用來嵌入秘密信息。每個正交基信號對應(yīng)于 64 個獨立二維空間頻率中的一個。 (2)水印信號的產(chǎn)生。當(dāng)水印圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 32 頁 共 51 頁 信號相對宿主信號 較小時，還可以保證不可見性。對被恢復(fù)出的水印信號和原始水印信號的相似程度進行計算。 PSNR 計 算公式如 (43)所示 PSNR=10log(2552 /MSE) (43) PSNR 的單位為 dB。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 35 頁 共 51 頁 圖 經(jīng)高斯低通濾波后的圖像提取出的水印和原始水印比較 圖像剪切 圖像處理中，一個圖像的不重要部分經(jīng)常被剪切掉，對圖像的上方進行剪切，如圖 ，圖像剪 切后依然清晰，圖 為提取出來的水印圖像，依然清晰可見，實驗結(jié)果可以看出，說明水印抵抗剪切的能力非常強，對這種攻擊有著較強的魯棒性。因此， JPEG壓縮一般把圖像分解為 8x8的子塊進行變換。由于 Cb和 Cr成份的數(shù)據(jù)相對不是太重要，就可以只取部分?jǐn)?shù)據(jù)來處理來增加壓縮。 DCT變換的基本思路是將圖像分解為 8*8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。 對嵌入水印的圖像進行攻擊實驗的菜單效果圖如圖 ： 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 34 頁 共 51 頁 圖 菜單效果圖 添加白噪聲 對水印圖像進行攻擊時，添加 白噪聲時很經(jīng)常的一種攻擊方式，從實驗的結(jié)果可以看出，提取的水印圖像很清晰，這說明水印對這種的攻擊的魯棒性很強，攻擊試驗效果如圖 所示。通常在經(jīng)過影像壓縮之后，輸出的影像通常都會有某種程度與原始影像 不 一樣。從沒有受到攻擊的水印圖像中提取出水印，與原始水印進行對比，如圖 所示。 Cox 等認(rèn)為圖像水印應(yīng)該放在視覺上最重要的分量上。 數(shù)字水印算法的實現(xiàn)基本上分為三個部分：水印的嵌入、水印的提取和相似度計算。由于原始圖像的采樣數(shù)據(jù)是無符號整數(shù)，根據(jù)需要，要把其轉(zhuǎn)換為有符號整數(shù)。若用于數(shù)字水印，由于更注重嵌入秘密信息的魯棒性，因此，可以利用低頻帶作為 DCT域信息嵌入?yún)^(qū)域。 DC分量攜帶感知能量最大，嵌入秘密信息后，隱密圖像產(chǎn)生強烈的塊效應(yīng)，隱蔽性很差。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。 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)，是指將一組光強數(shù)據(jù)圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 28 頁 共 51 頁 轉(zhuǎn)換成頻率數(shù)據(jù)，以便得知強度變化的情形。當(dāng)前最新的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) — JPEG20xx和視頻的 MPEG7壓縮標(biāo)準(zhǔn)都采用了小波變換。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。 變換域 (Trans of Formation Domain)隱藏算法 變換域算法原理 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。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。 3．魯棒性分析 LSB算法具有非常弱的魯棒性。 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。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)。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同樣對待，不能全面反映人眼的視覺特性。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，雖然取得了一些進展，但是還沒有很好的解決。如圖 ，為具有某個固定色彩的顏色三角形表示。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，藍色對應(yīng)于角度 240度。 RGB顏色模型通常采用圖 所示的單位立方體來表示，在正方體的主對角線上，各原色的強度相等，產(chǎn)生由暗到明的白色，也就是不同的灰度值。提出了基于差分直方圖實現(xiàn) LSB信息 隱藏的可靠性檢測方法，研究了一種基于頻率域差分直方圖能量分布的可對 DFT域、 DCT域和 DWT域圖像信息隱藏實現(xiàn)通用盲檢測的方法。 灰度級為 [O， L1]的數(shù)字圖像的灰度直方圖通常用離散函數(shù) h(Rk)表示，定義如下： h(Rk)其中 Rk為第 k級灰度， Nk是圖像中具有灰度級 Rk的像素個數(shù)。這樣就可以在滿足精度要求的情況下用較少的位數(shù)來表示。圖 所示是量化操作的示意圖。采樣就是用一個有限的數(shù)字陣列來表示一幅連續(xù)的圖像，陣列中的每一個點對應(yīng)的區(qū)域為“采樣點”，又稱為圖像基元 (picture element)，簡稱為像素 (pixel)。 圖 灰度圖像及其函數(shù)表示 日常見到的圖像多是連續(xù)的，有時又稱之為模擬圖像，即 f,x和 y的值可以是任意實數(shù)。 一幅圖像包含了它所表示的物體的有關(guān)信息，在較廣的定義下，圖像也包括 人眼不能感知的各種“表示”。基于空域信息隱藏算法中的典型算法是LSB算 法，該算法的主要特點是在載體圖像中嵌入的隱藏信息數(shù)據(jù)量大，但是嵌入位置固定，安全性差，嵌入的隱藏信息易被破壞，魯棒性不高；基于變換域信息隱藏算法中的典型算法是離散余弦變換域的信息隱藏算法，該算法嵌入信息能夠抵御多種攻擊，具有較好的魯棒性，并且嵌入方式多種多樣，增加了攻擊者提取的難度，具有一定的安全性，但是該類算法嵌入的隱藏信息數(shù)據(jù)量較小，不適合于進行大數(shù)據(jù)量的隱蔽通信。日前電子商務(wù)中，一般用數(shù)字簽名和身份認(rèn)證來保證。為了保護數(shù)字服務(wù)提供商的正當(dāng)利益，抵制未經(jīng)授權(quán)的拷貝和發(fā)行，信息隱藏技術(shù)中的“數(shù)字水印”、“數(shù)字指紋”等將著作權(quán)、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本、購買者序列號等重要信息嵌入數(shù)字視頻、聲頻或圖像等多媒體數(shù)據(jù)中，以防止非法拷貝或者用來跟蹤、追查盜版者及盜版產(chǎn)品的出處。這些信道在為某一程序提供服務(wù)時，可以被一個可信賴的程序用來向它們的操作者泄露消息。 信息隱藏技術(shù)的分支 在 1996年召開的第一屆信息隱藏技術(shù)的國際學(xué)術(shù)會議上，對信息隱藏的術(shù)語進行了統(tǒng)一和規(guī)范，提出了信息隱藏學(xué)科的框架與分支，如圖 。例如，魯棒性與嵌入強度有 直接關(guān)系，嵌入強度越大魯棒性越強，但往往大強度的信號調(diào)制會導(dǎo)致不可感知性的下降；同樣，嵌入量的增加往往導(dǎo)致對原始載體信息的修改增加，也會使得不可感知性下降。信息隱藏的不可感知性是信息隱藏的根本屬性，“隱”就是不可感知的意思。amp。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。 (2)人的視覺或聽覺感官系統(tǒng)對某些信息都有一定的掩蔽 效應(yīng)。 (2)數(shù)字圖像處理的基本概念和知識， 空域隱藏算法 ??5 ，變換域隱藏算法 ??6 。 信息隱藏技術(shù)的研究目前已經(jīng)取得了很大進展，國際上先進的隱寫技術(shù)現(xiàn)己能做到：使隱藏有其它信息的信息不但能經(jīng)受人的感覺檢測和儀器設(shè)備的檢測，而且還能抵抗各種人為的蓄意攻擊，但是隱寫分析還處于起步探索階段。 CIHW己成為國內(nèi)最具代表性的信息隱藏學(xué)術(shù)交流活動，至今已舉行了六屆全國會議。己發(fā)表的成果包括面向 JPEG圖像隱寫、 LSB嵌入、調(diào)色板圖像等隱寫分析法。 1998年，美國政府報告中出現(xiàn)了第一份有關(guān)圖像數(shù)據(jù)隱藏的報告。 信息隱藏技術(shù)的研究在信息安全領(lǐng)域中具有重要的地位，它對于軍事、情報、國家安全方面的重要意義不言而喻。數(shù)字水印的穩(wěn)健性是指水印圖像經(jīng)過一些常見的改變后，水印仍具有較好的可檢測性。信息隱藏的淵源可以追溯到古希圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 2 頁 共 51 頁 臘的隱形技術(shù) (Steganography)，其希臘文的字面意思是“掩飾性地寫”，也就是把一種信息隱藏于另一種信息中。從惡意傳播計算機病毒，到非法入侵要害部門信息系統(tǒng)，竊取重要機密甚至使系統(tǒng)癱瘓；從計算機金融犯罪，到利用表面無害的多媒體資料傳遞隱蔽的有害信息等等，對計算機信息系統(tǒng)進行惡意攻擊的手段可謂層出不窮。但同時計算機網(wǎng)絡(luò)也成為犯罪集團、非法組織和有惡意的個人 利用的工具。 由于加密技術(shù)的局限性，最近十幾年以來，一種新的信息安全技術(shù) —— 信息隱藏技術(shù) (Information Hiding)迅速地發(fā)展起來。因此穩(wěn)健性是數(shù)字水印的最基本要求之一。高度發(fā)達的計算機網(wǎng)絡(luò)使得通過互聯(lián)網(wǎng)進行信息共享和交流變得非 常普遍和容易。為了便于學(xué)術(shù)交流， 1996年 5月，國際第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)討論會 (International Information Hiding Workshop， mw)在英國劍橋牛頓研究所召開，對信息隱藏的部分英文術(shù)語和學(xué)科分支進行了統(tǒng)一和規(guī)定，標(biāo)志著一門新興的交叉學(xué)科 —— 信息隱藏學(xué) ??2 的 正式誕生。對隱寫分析的研究也取得了不少的進展。 1999年 12月，我國信息安全領(lǐng)域的何德全、周仲義、蔡吉人與有關(guān)應(yīng)用研究單位聯(lián)合發(fā)起并組織召開第一屆全國信息隱藏學(xué)術(shù)研討 會 (CMW1999)。運用網(wǎng)絡(luò)信息論中率失真及隨 機編碼等理論對安全性限制下的隱寫容量進行了研究。本文內(nèi)容主要如下： (1)信息隱藏技術(shù)的背景、研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，信息隱藏技術(shù)的基本原理，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，信息隱藏技術(shù)的分支及其應(yīng)用。 (1)多媒體信息本身存在很大的冗余性，從信息論的角度看，未壓縮的多媒體信息的編碼效率是很低的，所以將某些信息嵌入到多媒體信息中進行秘密傳送是完全可行的，并不會影響多媒體信息本身的傳送和使用。如圖 所示。*（ %%amp。 (1)不可感知性 (Invisibility)，也稱透明性，隱蔽性，是指嵌入信息的操作不應(yīng)使原始載體信息的質(zhì)量有明顯下降，即不產(chǎn)生明顯的信息嵌入痕跡，使得在通信過程中的攜帶秘密信息的載體不會引起第三方的懷疑。不可感知性、魯棒性和嵌入量從根本上決定信息隱藏系統(tǒng)性能的三個屬性，三者之間是一個矛盾的統(tǒng)一體，它們彼此之間相互制約，并且在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。正是由于信息隱藏基本特性之間相互依賴相互制約的特點，造就了信息隱藏技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性。 (1)隱蔽通道通信 隱蔽信道是一種通訊信道，它存在于計算機系統(tǒng)中，其特點是信息的傳遞方式違背了系統(tǒng)的安全原則，從而成為一個隱蔽的信息傳輸通道。但與此同時，對數(shù)字作品的版權(quán)保護日益成為迫切需要解決的問題。在電子商務(wù)中，交易雙方的任何方不得抵賴自己曾經(jīng)做出的行為，也不能否認(rèn)曾經(jīng)接受到對方的信息，這是網(wǎng)絡(luò)電子交易的重要環(huán)節(jié)。 用于進行隱蔽通信的圖像信息隱藏算法可以分為兩大類：基于空域的信息隱藏算法和基于變換域的信息隱藏算法。同時，圖像又是人類獲取視覺信息的主要途徑，是人類能體驗的最重要、最豐富、信息量最大的信息源。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(biāo)點的位置，代表圖像在點 (x,y)的某種性質(zhì) F的數(shù)值，例如一種常用的圖像是灰度圖 (如圖 )，此時 f表示灰度值，它對應(yīng)客觀景物被觀察到的亮度。數(shù)字化包括采樣和量化兩個步驟。為了計算機的表達方便，通常取為 2 的整數(shù)次冪，如25 128 等。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。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。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。 1． RGB模型 RGB顏色模型基于笛卡兒三維直角坐標(biāo)系， 3個軸分別為紅、綠、藍三基色，各個基色混合在一起可以產(chǎn)生復(fù)合色，如圖 。圓錐的頂面對應(yīng)于V=1，代表的顏色較亮。其做法是：在一種純色中加入白色以改變色濃，加入黑色以改變色深，同時加入不同比例的白色，黑色即可得到不同色調(diào)的顏色。逼真度是指評價圖像與標(biāo)準(zhǔn)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。這是圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 22 頁 共 51 頁 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(fù)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。此外，人眼視覺系統(tǒng)的靈敏度還受到圖像局部空間頻率的影響，大量實驗結(jié)果證明：影響像素誤差可視度的因素是誤差周圍的局部區(qū)域環(huán)境，而不是整個圖像的背景環(huán)境。現(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， Stego Dos， White Noise Storm， Stools等經(jīng)典信息隱藏軟件。 也可以計算 出在 8位灰度圖像中進行信息隱藏時的數(shù)據(jù)隱藏率， 8位灰度