【正文】 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。數(shù)字化包括采樣和量化兩個步驟 [20,34]。例如一種常用的圖像是灰度圖（如圖 ），此時 f 表示灰度值，它對應客觀景物被觀察到的亮度。 圖 圖像的類型 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 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。 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，提出了信息隱藏學科的框架與分支 [5]，如圖 所示。 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 表示 [2,2122]。)^_^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。本文 內(nèi)容 主要如下： 1. 信息隱藏技術(shù) 簡介： 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)的分支及其應用。 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術(shù)研討會 （ CIHW 1999 ） 。對隱寫分析的研究也取得了不少的進展。 由于有大公司的介入和軍方及財政部的支持，該技術(shù)研究的發(fā)展速度非?？?。一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。但同時給敵對勢力和非法團伙提供了進行非法 活 動的手段。 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。 本文進行的主要工作有： （ 一 ）綜述了 信息隱藏技術(shù) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 和信息隱藏 的基本知識 ；（ 二 ） 闡述了空域圖像信息隱藏和變換域圖像信息隱藏的幾種常用 的 算法，著重討論了基于 DCT 變換 的 圖像信息隱藏算法及其應用；（ 三 ） 論述 了數(shù)字圖像的置亂技術(shù) ，包括 圖像置亂變換的定義、周期和算法評價，圖像置亂程度的衡量方法，常用的圖像置亂技術(shù) 等 ，并著重討論了 Arnold 變換及其應用 ； （ 四 ） 論述 了數(shù)字圖像的融合技術(shù) ，包括 基于融合的圖像隱藏原理和定義，兩幅數(shù)字圖像的融合 ， 數(shù)字圖像的 n 重迭代混合 ， 數(shù)字圖像的多幅迭代混合等 ， 著重討論了兩幅圖像的融合方法及應用 ；（五） 提出了一種基于 圖像 置亂 和 融合的 DCT域 圖像信息隱藏技術(shù)， 并 運用 MATLAB 工具 進行實 驗 測試 和分析 。 本文 的 成果在于 將空域信息隱藏算法和變換域信息隱藏算法相結(jié)合，提出了一種 基于 圖像 置亂 和 融合的 DCT 域 圖像信息隱藏技術(shù) ，實驗 結(jié)果表明，該隱藏技術(shù)具有較大的信息嵌入量和良好的隱藏效果，對常見的圖像處理操作，具有一定程度的魯棒性。數(shù)字水印的主要目的不是限制對媒體的訪問，而是確保媒體中的水印不被篡改或消除。 在許多文獻中，隱寫術(shù)也被稱為信息隱藏技術(shù)，而數(shù)字水印技術(shù)作為一個單獨的技術(shù)提出來。 早在 2021 年初，美國報紙《 USA TODAY3》就曾刊登文章，指出本 設計高度 安全的隱寫方法是一項富于挑戰(zhàn)性的課題，而對隱寫的準確性分析往往比隱寫本身更加困難。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。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。 CIHW 己成為國內(nèi)最具代表性的信息隱藏學術(shù)交流活動，至今已舉行了六屆全國會議。 2. 圖像信息隱藏技術(shù) 介紹： 數(shù)字圖像處理的基本概念和知識 ， 空域隱藏算法 ，變換域隱藏算法 。 隱密 載體通過信道到達接收方后，接收方通過檢測器利用密鑰從中恢復或檢測出隱藏的秘密信息。 信息隱藏與信息加密原理比較 信息隱藏與信息加密都是把對信息的保護轉(zhuǎn)化為對密鑰的保護，因此信息隱藏技術(shù)沿用了傳統(tǒng)加密技術(shù)的一些基本思想和概念，但兩者采用的保護信息的手段不同 [21]。%$%$%^*amp。我們稱待隱藏的信息為秘密信息 (secret message)，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)，如數(shù)字圖像、聲音、視頻等。 信息隱藏的主要分支 信息隱藏的四個主要分支包括：隱蔽信道 （ Covert channel） 、匿名通信 （ Anonymity） 、隱寫術(shù) （ Steganography） 和版權(quán)標識 （ Copyright marking） [27]。 第 3 章 圖像信息隱藏技術(shù) 11 第 3 章 圖像信息隱藏技術(shù) 目前信息隱藏研究中使用的載體信息有幾種：文本、圖像、語音信號、視頻信號和應用軟件。視覺廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計） 12 是人類從大自然中獲取信息的最主要的手段。另一個子集為光學圖像（ optical image），即用透鏡、光柵和全息技術(shù)產(chǎn)生的圖像。 圖 像 物 體 可見的圖像 圖 片 照片 圖 畫 光學圖像 不可見的物理圖像 模擬圖像 數(shù)學圖像 數(shù)字圖像 第 3 章 圖像信息隱藏技術(shù) 13 ??????????361271731276117225217398178220217 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)。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的區(qū)域為 “采樣點 ”，又稱為圖像基元（ picture element），簡稱為像素（ pixel）。根據(jù)人眼的 視覺特性，為了使量化后恢復的圖像具有良好的視覺效果，通常需要 100多個量化等級。另一種量化方法是非均勻量化，它是依據(jù)一幅圖像具體的灰度值分布的概率密度函數(shù)，按總的量化誤差較小的原則來進行量化。 數(shù)字圖像的灰度直方圖 灰度直方圖是數(shù)字圖像的重要特征之一。如圖 所示，為具有某個固定色彩的顏色三角形表示。因此，對圖像質(zhì)量的評價方法工程中采用的還是主觀評價法，在一些特定應用背景，如圖像復原中，才采用定量分析。 2. 圖像的主觀質(zhì)量評價方法 主觀評價方法 就是讓一群觀察者根據(jù)一些事先規(guī)定的評價尺度或自己的經(jīng)驗，對測試圖像按視覺效果提出質(zhì)量判斷，并給出質(zhì)量分數(shù)，對所有觀察者給出的分數(shù)進行加權(quán)平均，所得的結(jié)果即為圖像的主觀質(zhì)量評價。顯然， LSB 隱藏算法最低位被改變的概率是 50%，它在原始圖像里面引入了極小的噪聲，在視覺上是不可見的。 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。 圖 原來的 Lena 灰度圖 圖 隱密的 Lena 灰度圖 基于統(tǒng)計 的信息隱藏 基于統(tǒng)計的信息隱藏技術(shù)也是空域算法的重要分支，它對圖像的一些特征進行統(tǒng)計來表示要隱藏的信息。 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。 基于離散余弦變換（ DCT）的圖像信息隱藏算法 早在上世紀末， Cox 等人較早地提出了基于 DCT 域信息隱藏方法 [59]。 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) 轉(zhuǎn)換成頻率數(shù)據(jù)，以便得知強度變化的情形。1,1,0, ?????????? NvyMux 0, 0 1)(),( 21 ?????? vuu ,v vCuC 二維離散余弦變換的正反變換核相同，且是可分離的 。 廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計） 24 圖 JPEG 壓縮流程圖 （ 1） 顏色模式轉(zhuǎn)換及采樣 RGB 色彩系統(tǒng)是最常用的表示顏色的方式，目的是為了配合計算機的輸出設備，但是 RGB 三分量的關(guān)聯(lián)性高，無形中造成存儲空間的浪費。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。對于數(shù)字化的圖像，置亂過程不僅可以在數(shù)字圖像的空間域（包括位置空間和顏色空間）進行，還可以在其頻率域進行，以及空頻域同時進行。我們稱圖像 A 經(jīng)置亂變換 T 變換到了圖像 B。因此柏森等人在文獻 [98]中提出可以用各象素點移動的平均距離來定義置亂程度。 文獻 [102103]提出了一種基于迭代混合的數(shù)字圖像隱藏技術(shù)。 文獻 [105]基于融合技術(shù)給出一種基于混沌序列的圖像隱藏算法，用混沌序列代替?zhèn)鹘y(tǒng)隱藏算法中的混合因子，由于由 Logistic 混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌序列在 (0,1)具有遍歷性，理論上隱 藏算法的初始值可以是 (0,1)區(qū)間上的任意值，與傳統(tǒng)方法比較具有更大的密鑰空間，同時混沌序列具有偽隨機性和初值敏感性，從而有效提高了圖像隱藏的安全性。比如，一幅灰度圖像的 4 個最低有效位用另一幅灰度圖像的 4 個最高有效位代替，肉眼通常無法分辨出它們的區(qū)別，因此可以利用信息融合的方法將一幅秘密圖像隱藏在其他圖像中。 解置亂 秘密信息 載體圖像 恢復恢復 隱密圖像 載體圖像 隱密圖像 置亂 秘密信息 融合 第 6章 一種 基于 DCT變換和置亂融合的圖像信息隱藏技術(shù) 31 圖 置亂融合和直接融合的效果比較 表 置亂融合和直接融合的 的 均方 根誤差和峰值信噪比 從融合圖像來 看， 主觀視覺上，采用融合 系數(shù) α= 直接 融合 得到的隱密圖像依稀可見 eagle 的白色頭部輪廓（如上章所述，當 α= 時才能得到折中的較好的隱密圖像），而 經(jīng)過 Arnold 置亂 60 次后進行融合，由于置亂使得圖像像素的灰 度值幾乎均勻分布，得到的隱密圖像只是清晰圖略微降低，如同加上了均勻的噪聲，但已完全找不到秘密圖像的信息，效果明顯比直接融合要好。這也說明了客觀數(shù)據(jù)并不總是能反映人的視覺效果。通過對圖像信息隱藏原理和信息融合實質(zhì)的分析，給出一般的 基于融合的數(shù)字圖像隱藏方法 的定義。zier)曲線的多幅數(shù)字圖像融合方法。當混合參數(shù)越接近于 0，結(jié)果圖像 E 就越接近模板圖像為 O，圖像隱藏效果就越好，而恢復效果就越差。通過圖像融合實現(xiàn)信息隱藏是目前常用的一種信息隱藏技術(shù)。 ???????? ???????? ???????? 第 4 章 數(shù)字圖像的置亂技術(shù) 27 圖像置亂程度的衡量方法 數(shù)字圖像置亂的目的在于打亂圖像，使攻擊者不能識別其內(nèi)容。在使用信息隱藏技術(shù)進行隱蔽通信的方法中，數(shù)字置亂作為信息隱藏前的預處理，不僅有利于進行隱藏，而且在秘密信息的不可感知性方面、在隱蔽通信抗攻擊和檢測等方面，還具有如下的一些作用。 2. 圖像作 DCT 變換的特點 圖像經(jīng) DCT 變換之后出現(xiàn)以下幾個特點： 顏色模式轉(zhuǎn)換及采樣后的圖像數(shù)據(jù) DCT 量化 熵編碼 壓縮圖像 數(shù)據(jù) 量化表 編碼表 第 4 章 數(shù)字圖像的置亂技術(shù) 25 第 4 章 數(shù)字圖像的置亂技術(shù) 數(shù)字圖像 置亂技術(shù)是隨著信息的安全與保密被重視而 發(fā)展起來的一種圖像加密技術(shù)，同時，它又可以作為信息隱藏的預處理手段，進一步提高秘密信息的不可感知性和信息隱藏系統(tǒng)的抗攻擊和檢測能力。要用 JPEG 基本壓縮方法處理真彩色圖像，首先要把 RGB 顏色模式圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 YCbCr 顏色模式的數(shù)據(jù)， Y 表示亮度， Cb、 Cr 分別表示色度和飽和度。在 F(u,v)系數(shù)矩陣中， F(0, 0)對應于圖像 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