【正文】 圖像的是每個像素隱藏一個信息位，每個像素是由 8位來表示，它的 LSB信息隱藏率為：1/8，可能看出它的結(jié)果與 24位圖像相同，同樣改變兩位或三位也與 24位圖像相同。根據(jù)人的視覺特性，一些紋理區(qū)域的灰度值的改變對人的視覺系統(tǒng)不是很敏感，輕微的改變某些像素的灰度值，人的眼睛是覺察不到的，而對于平坦區(qū)域的噪聲，人的視覺系統(tǒng)是非常敏感的?？傮w上來看，空間域算法簡單、計算速度快、隱藏信息量大，且一般可以實現(xiàn)盲提取，但魯棒性較差，對于 載體圖像的壓縮、噪聲擾動等攻擊的抵抗力較弱。 基于離散傅里葉變換 (DFT)的圖像信息隱藏算法 傅里葉 (Joseph Fourier)變換是一種經(jīng)典而有效的數(shù)學(xué)工具，在信號處理中有著廣泛研究，在信息隱藏領(lǐng)域也同樣得到了應(yīng)用。圖像分析和處理領(lǐng)域的專家認(rèn)為小波分析是數(shù)字圖像處理的空間一尺度分析 ( Analysis)和多分辨分析 (Multiresolution Analysis)的有效工具。例如針對 JPEG20xx基本壓縮編碼系統(tǒng)，通過自適應(yīng)地選擇嵌入點，提出一種基于冗余估算的小波域隱寫算法；基于多分辨率嵌入方式。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(dǎo)出離散余弦變換。 圖 基于圖像 DCT變換提取隱藏信息的流程圖 基于 DCT 的圖像信息隱藏嵌入?yún)^(qū)域的選取 DC分量，所示的 DCT系數(shù)之字型排列表中第 0個 DCT系數(shù)。中頻帶和高頻帶分量攜帶能量較少，從保證嵌入信息的隱蔽性角度看是作為信息嵌入?yún)^(qū)域是好選擇，但隱密圖像中高頻帶中嵌入秘密信息很容易被有損壓縮等攻擊去除，魯棒性很差。在編碼器的輸入端，把原始圖像分割成一系列順序排列的由 8 8 像點構(gòu)成的數(shù)據(jù)子塊。量化表中的元素是根據(jù)人類的視覺特性制作的。 選擇將水印信號放在宿主信號的哪些位置，才能夠更好的保證其具有良好的魯棒性。利用 Xk=(V′′/V1)/a提取水印。整個意思就是到達(dá)噪音比率的頂點信號， PSNR 是一般是用于最大值信號和背景噪音之間的一個工程項目。就此指標(biāo)，設(shè)計了如下的實驗，在水印嵌入圖象上，以不同的類型攻擊，分析其性能。 表 41 試驗數(shù)據(jù)對比表 攻擊圖像方式 攻擊與提取處理時間（ attack_recover_time） 載體圖像與含水印圖像峰值信噪比（ PSNR） 原水印圖像與提取水印圖像互相關(guān)系數(shù)（ NC） 白噪聲 1 高斯低通濾波 JPEG 壓縮 剪切 旋轉(zhuǎn) 10 度 直接檢測水印 1 JPEG 圖像壓縮算法 JPEG 圖像壓縮流程 離 散 余 弦 變換 (DCT)在 圖 像 壓 縮 中具 有 廣泛 的 應(yīng) 用， JPEG(Joint Photographic Experts Group)圖像壓縮算法即主要采用 DCT進(jìn)行變換編碼。它們的計算公式分別如下： Y=+ Cb=++128 Cr=+128 人的眼睛對低頻數(shù)據(jù)比對高頻的數(shù)據(jù)具有較高的敏感度，事實上，人眼對亮度的改變也比對色彩的改變要敏感得多，也就是說 Y成分的數(shù)據(jù)是比較重要的。 JPEG壓縮一般要經(jīng)過四個步驟：顏色模式轉(zhuǎn)換及采樣、離散余弦變換 (DCT)變換、量化、編碼，壓縮的具體流程如圖 。 圖 部分被剪切過的水印圖像 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 36 頁 共 51 頁 圖 從部分被剪切過的水印圖像中提取出的水印與原始水印對比圖 旋轉(zhuǎn) 10 度 對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 10 度，得到圖 ， 提取的水印圖像與原始水印圖像對比圖如圖 ，提取的水印圖像完全變的模糊不清，可見水印對這種攻擊有很差的魯棒性。所以 PSNR 值越大，就代表失真越少。 MSE 指 Mean Square Error（均方誤差，各值相差的 n 次方和的平均值的 n次平方根）。所以本算法將服從 N (0, 1)分布的隨機序列構(gòu)成的水印序列放到 DCT 變換后圖像的重要系數(shù)的幅度中，增強水印的魯棒性。 Cox 等指出由高斯隨機序列構(gòu)成的水印信號具有良好的魯棒性，在許多文獻(xiàn)中也都是將高斯隨機序列 作為水印信號。 FDCT 即正變換輸入 64個基信號的幅值稱作“ DCT 系數(shù)”，即 DCT變換系數(shù)。另外一種改進(jìn)的方法可以考慮減小 DCT變換后的量化步長，以增加 AC分量中不為 0的系數(shù)，增大嵌入秘密信息的容量。但大量事實證明， JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的圖像經(jīng)過 DCT變換后再經(jīng)過量化后，之字排列的 O～ 63個 DCT系數(shù)中，一般數(shù)值不為 0的值多集中于左上角 ， DC分量一般不為 0。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 29 頁 共 51 頁 基于 DCT 的圖像信息隱藏算法流程 為了與 JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容，圖像信息隱藏技術(shù)嵌入秘密信息時采用 JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的 DCT變換?；?DCT的信息隱藏算法因其具有較強的魯棒性，計算量較小且與國際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) (JPEG,MPEG, )相兼容 (這些標(biāo)準(zhǔn)中均采用 DCT變換 )，因而具有諸多的潛在優(yōu)勢，成為近年來研究最多的一種信息隱藏技術(shù)，有大量的基于 DCT變換域的信息隱藏算法涌現(xiàn)，結(jié)合 DCT和 DWT，提出將 一幅秘密圖像的 DCT系數(shù)置亂后嵌入到公開圖像的 DWT系數(shù)中進(jìn)行秘密信息的隱藏。基于 DWT域的圖像信息隱藏算法的一般步驟為，首先對載體圖像進(jìn)行多級離散小波變換，得到不同分辨率下的細(xì)節(jié)子圖和逼近子圖，然后用秘密信息對 DWT系數(shù)進(jìn)行調(diào)制，最后對嵌入秘密信息后的小波系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)級別的離散小波逆變換，完成信息隱藏過程。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?？紤]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。也就是說，該算法假設(shè)任意像素之差是零，均值隨機變量，任選 N對像素，增加對比度而不改變平均亮度，使該均值偏移而隱藏信息。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。 另外，在 LSB方法中，也可以不采用直接嵌入的方法，根據(jù)異或的可逆準(zhǔn)則，采用替換的準(zhǔn)則來實現(xiàn)信息的隱藏。整幅圖像的視覺質(zhì)量往往取決于 ROI的質(zhì)量，而非 ROI的降質(zhì)有時不易覺察。這種測量方法雖然較好地反映出了圖像的直觀質(zhì)量，但無法應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行描述，且該方法操作復(fù)雜，在實際應(yīng)用中，不能應(yīng)用于實時傳輸?shù)膱龊?。最常用的有均方根誤差 (RMSE： Root Mean Squared Error)和峰值信噪比 (PSNR： Peak Signal to Noise Ratio)，它們的表達(dá)式為 ? ?NMyxfyxgR M S EMxNy???? ?? ?1 12),(),( (34) ? ?? ?? ??????MxNyyxfyxgNMP S N R1 12),(),(2 562 56lg10 (35) 其中， f(x， y)和 g(x， y)分別表示原始圖像和隱密圖像 (或恢復(fù)圖像 )， M,N分表示圖像的寬與高，且 x=1,2，．． M， y=1,2，．．．， N。圖像處理中的編碼技術(shù)，就是在保持編碼圖像一定質(zhì)量的前提下，以盡可能少的比特數(shù)來表示圖像。在圓錐的頂點處，V=0， H和 S無定義，代表黑色，圓錐頂面中心處 S=0， V=1， H無定義，代表白色，從該點 到原點代表亮度漸暗的白色，即不同灰度的白色。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 19 頁 共 51 頁 圖 RGB混合效果 藍(lán) (0,0,1) 青 (0,1,1) 白 (1,1,1) 品紅 (1,0,1) 黑 (0,0,0) 綠 (0,1,0) 紅 (1,0,0) 黃 (1,1,0) 圖 RGB立方體 根據(jù)這個模型，一幅彩色圖像每個像素的顏色都用三維空間的一個點來表示，由紅、綠、藍(lán)三基色以不同的比例相加混合而產(chǎn)生的。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 18 頁 共 51 頁 P(Rk ) 0 255 圖 灰度直方圖示例 常用顏色模型 所謂顏色模型就是指某個三維顏色空間中的一個可見光子集，它包含某個顏色域的所有顏色。 nNRp kk /)( ? (32) 1)(10 ????Lk kRP (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。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=[g(1)g(2)?g(j)?g(N)]。量化方法有兩種?！傲炕本褪菍@個模擬輸出量取離散整數(shù)值，這個過程用 A/D器件實現(xiàn)。其中， r代表圖像的行 (row)， c代表圖像的列 (column)。 圖 圖像的模型 在圖像集合中，包含了所有可見的圖像 (visible image)，即可由人眼看見的圖像的子集，在該子集中又包含幾種不同方法產(chǎn)生的圖像的子集，一個子集為圖片 (picture)，它包括照片 (photograph)、圖 (drawing)和畫 (painting)。人的視覺系統(tǒng) (HVS： human Vision 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 14 頁 共 51 頁 system)就是一個觀測系統(tǒng)，通過它得到的圖像就是客觀景物在人心目中形成的影像。一般來說，在嵌入這類信息時，同時要加上時間戳作為另外一層防護(hù)。通過采用嵌入脆弱水印的方法，將一些與介質(zhì)內(nèi)容或作者身份相關(guān)的數(shù)據(jù)信息嵌入到數(shù)字媒體中，一旦資料被篡改，水印就被破壞，這樣，通過提取驗證水印，就可以檢測出介質(zhì)是否被篡改，從而驗證資料的完整性。 (3)秘密通信 最初信息隱藏技術(shù)主要用來進(jìn)行秘密傳遞消息，它隱藏了通信收發(fā)雙 方以及通信過程的存在，而且隱藏后的信息可以通過公開信道進(jìn)行傳輸，不用擔(dān)心信息被截獲和破譯。前者旨在保護(hù)秘密信 息的安全傳輸，主要應(yīng)用于隱蔽通信；后者目的在于保護(hù)載體本身的屬性，主要用來進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 10 頁 共 51 頁 對于數(shù)字水印來說，上述三項性能的重要性排序是魯棒性、不可感知性、嵌入量。魯棒性強調(diào)信息傳輸?shù)目煽啃?。隱藏對象在傳輸過程中可能被隱藏分析者截獲并進(jìn)行處理。**amp。利用這些特點，可以很好地將信息隱藏而不被覺察。它把一個有意義的信息 (如含有版權(quán)信息的圖像 )通過某種嵌入算法隱藏到載體信息中，從而得到隱密載體，非法者不知道這個載體信息中是否隱藏了其它的信息，而且即使知道，也難以提取或去除隱藏的信息。還沒有找到自己的理論依據(jù)，沒有形成理論體系。各類研討會總結(jié)、交流國內(nèi)外近年來關(guān)于信息隱藏的先進(jìn)技術(shù)和重大應(yīng)用，研討具有創(chuàng)新意義的研究方法、前沿動態(tài)及發(fā)展趨勢。一些隱寫分析方法要 求無限的計算能力和關(guān)于載體的詳細(xì)統(tǒng)計知識，這往往不現(xiàn)實，于是人們提出了實用的隱寫安全性概念。從 1996年以后提出了一些成功的隱寫方法，還出現(xiàn)了一些隱寫工具。設(shè)計高度安全的隱寫方法是一項富于挑戰(zhàn)性的課題，而對隱寫的準(zhǔn)確性分析往往比隱寫本身更加困難。需要指出的是，存在另一種與穩(wěn)健水印性質(zhì)相反的水印，稱為易損水印 (fragile watermarks)，它們被用來證實原始媒體是否被改變過。為了增加破譯的難度，還可以把加密技術(shù)和隱藏技術(shù)相結(jié)合，即先對待嵌入對象進(jìn)行加密得到密文，再把密文隱藏到載體對象中，最后通過載體的傳輸來傳遞機密信息，達(dá)到藏匿消息的目的。密碼技術(shù)是信息安全技術(shù)領(lǐng)域的主要傳統(tǒng)技術(shù)之一，是基于香農(nóng)信息論及其密碼學(xué)理論的技術(shù)，一般采用將明文加密成密文的秘密密鑰系統(tǒng)或者 公開密鑰系統(tǒng)，其保護(hù)方式都是控制文件的存取，即將文件加密成密文，使非法用戶不能解讀。圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 第 1 頁 共 51 頁 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計 1 前言 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。但加密技術(shù)主要適用于文本的加密，而對音頻、視頻、圖像等多媒體數(shù)據(jù)類型來說，由于它們的數(shù)據(jù)量往往很大，如何對超大數(shù)據(jù)量的多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的加、解密仍是一個難題。信息隱藏技術(shù)在保密通信、版權(quán)保護(hù)等領(lǐng)域中都具有廣泛的應(yīng)用價值，根據(jù)不同的應(yīng)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)兩個重要分支。穩(wěn)健性在整個水印系統(tǒng)設(shè)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。數(shù)字隱寫與隱寫分析的交互發(fā)展正方興未艾，成為互聯(lián)網(wǎng)時代信息戰(zhàn)技術(shù)的一個