【正文】 間頻率增加的方向?；?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。 基于 DCT 的信息隱藏算法因其具有較強(qiáng)的魯棒性，計(jì)算量較小，且與國(guó)際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（ JPEG， MPEG， ， 等）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(shì)，成為近年來(lái)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) [6063] ，廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 文獻(xiàn) [63]則結(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(kāi)圖像的 DWT 系數(shù)中進(jìn)行秘密信息的隱藏。 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(hào)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 [5758]。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。對(duì)于許多變換，即使是有益的，也都是很脆弱的。 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(lái)實(shí)現(xiàn)信息的隱藏 [4849]。這種測(cè)量方法雖然較好地反映出了圖像的直觀質(zhì)量，但無(wú)法應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行描述，且該方法操作復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中，不能應(yīng)用于實(shí)時(shí)傳輸?shù)膱?chǎng)合。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） RMSE 的表達(dá)式為 NM yxfyxgR M S EMxNy??? ? ?? ?1 12)],(),([ （ 33） 其中， ),(),( yxgyxf 和 分別表示原始圖像和 隱密圖像（或恢復(fù)圖像） ， M、 N 分別表示圖像的寬與高，且 NyMx ,... ,2,1 ,... ,2,1 ?? 。在圖像通信中，將圖像傳輸?shù)浇邮斩?，其中要?jīng)過(guò)采集、傳輸、處理、記錄等過(guò)程，所有這些技術(shù)的優(yōu)劣都會(huì)影響到圖像質(zhì)量。 灰度級(jí)為 [0, 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， h(rk)定義如下： kk nrh ?)( 其中 rk 為第 k 級(jí)灰度， nk 是圖像中具有灰度級(jí) rk 的像素個(gè)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(lái)表示。 圖 所示是量化操作的示意圖。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)的，輸出的量是連續(xù)的電平。這種離散化的圖像就是數(shù)字圖像 （ digital image ） ，可以用 I(r,c)來(lái)表示。例如，光學(xué)圖像是光強(qiáng)度的空間分布，它們能被肉眼所看到，因此也是可見(jiàn)的圖像。由此可見(jiàn)，視覺(jué)信息對(duì)人類非常重要。在國(guó)內(nèi) 15 種有關(guān)圖像工程 的 重要中文期刊 中關(guān)于圖像數(shù)字水印和信息隱藏的文獻(xiàn)，2021 年有 49 篇 [29]， 2021 年有 57 篇 [30]， 2021 年有 48 篇 [31],數(shù)字水印和信息隱藏已成為圖像技術(shù)中的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)。 基于技術(shù)的 隱寫(xiě)術(shù) 信息隱藏 隱蔽信道 隱寫(xiě)術(shù) 匿名通信 版權(quán)標(biāo)識(shí) 基于語(yǔ)義的 隱寫(xiě)術(shù) 魯棒的 版權(quán)標(biāo)識(shí) 脆弱的 版權(quán)標(biāo)識(shí) 數(shù)字水印 數(shù)字指紋 可見(jiàn)水印 不可見(jiàn)水印 廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 ???????? ???????? 抗否認(rèn)機(jī)制一般用在電子商務(wù)中，這是保證一些個(gè)體或單位不能否認(rèn)自己曾經(jīng)產(chǎn)生的一些行為。 圖 信息隱藏系統(tǒng)的一般模型 該系統(tǒng)主要包括一個(gè)嵌入過(guò)程和一個(gè)提取過(guò)程，其中嵌入過(guò)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(duì)象 中，從而生成 隱藏對(duì)象 這一過(guò)程。^%^*amp。 信息隱藏則是把一個(gè)有意義的信息隱藏在另一個(gè)稱為載體的普通信息中得到隱密載體，然后通過(guò)普通信息的傳輸來(lái)傳遞秘密信息 [2124]。 信息隱藏技術(shù)的基本原理 信息隱藏技術(shù)的依據(jù) 信息隱藏技術(shù) 通常 使用 文字、圖像、聲音及視頻等 作為載體， 信息之所以能夠隱藏在多媒體數(shù)據(jù)中，主要是利用了多媒體信 息的時(shí)間或空間冗余性和人對(duì)信息變化的掩蔽效應(yīng)。 3. 數(shù)字圖像的置亂技術(shù) ： 圖像置亂變換的定義、周期和算法評(píng)價(jià) ， 圖像置亂程度的衡量方法 ， 常用的圖像置亂技術(shù) ，并 著重討論了 Arnold 變換 及其應(yīng)用。此外，全國(guó)網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)研討會(huì)（ NetSec） 、中國(guó)可信計(jì)算與信息安全學(xué) 術(shù)會(huì)議（ CTCIS）、全國(guó)圖像圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（ NCIG）等各類學(xué)術(shù)研討會(huì)都涉及到信息隱藏。 隱寫(xiě)的安全性一直是研究者關(guān)注的重要問(wèn)題。 從公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)看，國(guó)際上在信息隱藏方面的研究已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。信息網(wǎng)絡(luò)上的攻防技術(shù)水平將反映一個(gè)國(guó)家的科技水平和防范意識(shí)。 “911”事件發(fā)生后，還有報(bào)道指出，一些著名的網(wǎng)站如 eBay 和 Amazon 等已經(jīng)成為傳播隱寫(xiě)信息的交流平臺(tái)。 信息隱藏技術(shù)的發(fā)展，為社會(huì)提供一種新的隱蔽通信手段的同時(shí)也帶來(lái)了新的威脅。數(shù)字水印的穩(wěn)健性是指水印圖像經(jīng)過(guò)一些常見(jiàn)的改變后，水 印仍具有較好的可檢測(cè)性。 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(lái)，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。信息隱藏 的研究是當(dāng)前 信息 安全 領(lǐng)域的熱點(diǎn) 問(wèn)題之一，其 目的 就 是在圖像、音頻、視頻等公開(kāi)的數(shù)字媒體中嵌入不可覺(jué)察的秘密信息，從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。從惡意傳播計(jì)算機(jī)病毒，到非法入侵要害部門信息系統(tǒng)，竊取重要機(jī)密甚至使系統(tǒng)癱瘓；從計(jì)算機(jī)金融犯罪，到利用表面無(wú)害的多媒體資料傳遞隱蔽的有害信息等等，對(duì)計(jì)算機(jī) 信息系統(tǒng)進(jìn)行惡意攻擊的手段可謂層出不窮。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?。?fragile watermarks），它們被用來(lái)證實(shí)原始媒體是否被改變過(guò)。隨著研究的深入和普 及，不斷有新的隱寫(xiě)算法和工具軟件的出現(xiàn)。 因此，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(duì)于軍事、情報(bào)、國(guó)家安全方面的重要意義不言而喻。至今，該研討會(huì)已舉辦了 1 2 3 第 1 章 概 述 3 七屆。近年來(lái)還出現(xiàn)了許多其它方法，例如基于小波變換的有損壓縮嵌入技術(shù)，具有抗壓縮的能力；通過(guò)修改量化表嵌入數(shù)據(jù)，在提高嵌入量的同時(shí)能達(dá)到很高的隱蔽性。 文獻(xiàn) [11]針對(duì) LSB 嵌入法和基于壓縮圖像的隱寫(xiě)，結(jié)合安全性考慮等作了理論分析。 本文的主要研究?jī)?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(yǔ)音及文本等 數(shù) 字媒體 ， 包括數(shù)字隱寫(xiě)與隱寫(xiě)分析兩個(gè)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(duì)象， 以基于數(shù)字圖像的隱寫(xiě)方法作為研究?jī)?nèi)容 。 5. 提出一種基于 DCT 變換和置亂融合的圖像信息隱藏技術(shù)，運(yùn)用 MATLAB 工具 進(jìn)行實(shí) 驗(yàn) 測(cè)試 和分析，結(jié)果表明， 該 隱藏技術(shù) 具有較大的信息嵌入量和較好的 不可感知性 ，對(duì)常見(jiàn)的圖像處理操作，具有一定程度的 魯棒性 。在亮度有變化的邊緣上，該邊界 “掩蔽 ”了邊緣鄰近像素的信號(hào)感覺(jué)，使人的感覺(jué)變得不靈敏、不準(zhǔn)確，這就是視覺(jué)掩蔽效應(yīng) [20]。 為了增加破譯的難度，進(jìn)一步提高秘密信息的安全性，還可以把加密技術(shù)和隱藏技術(shù)相結(jié)合，即先對(duì)消息 M 加密得到密文 C，再把 C 隱藏到載體 S 中， 明文 M 密文 C 100100100100001110010010010100101011 加密 !$%^^amp。**( 第 2 章 信息隱藏技術(shù)概述 7 圖 信息加密和隱藏結(jié)合示意圖 如圖 所示。 該模型中沒(méi)有包括對(duì)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(duì)秘密信息進(jìn)行預(yù)處理 （ 例如加密 ） ，相應(yīng)地在提取過(guò)程后要對(duì)得到的信息進(jìn)行后處理 （ 例如解密 ） ，恢復(fù)出秘密信息。這時(shí)我們可以采用信息隱藏技術(shù)，在交易雙方的任何一方發(fā)送或者接收信息時(shí)，必須把自己的數(shù)字簽名和身份信息、以二進(jìn)制的方式嵌入到要傳遞的信息中去。 本章首先介紹了圖像的定義和類型，圖像的數(shù)字化處理過(guò)程， 灰度 直方圖的 概念和作用 ，常用 的 顏色模型，討論了圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法； 然后討論 了 兩種空域隱藏算法： LSB 替換算法和基于統(tǒng)計(jì)的信息隱藏 算法；接著介紹了變換域隱藏算法 的原理和優(yōu)越性，在此基礎(chǔ)上討論了基于離散傅里葉變換的圖像信息隱藏算法、基于離散余弦變換（ DCT）的圖像信息隱藏算法、基于離散小波變換的圖像信息隱藏算法，對(duì)基于離散余弦變換（ DCT）的圖像信息隱藏算法做了詳細(xì)的 論述，給出了算法流程、程序和實(shí)例效果。圖像可根據(jù)其形式或產(chǎn)生方法來(lái)分類。 客觀世界在空間上是三維的，但一般從客觀景物得到的圖像是二維的。在不致引起混淆的情況下我們?nèi)杂?f(x,y)表示數(shù)字圖像， f, x 和 y 都在整數(shù)集合中取值。 把取樣的最大間隔 212 1 cc VyUx ＝和 ???稱為奈奎斯特間隔， 11yx ?? 和稱為奈奎斯特頻率。 量化方法有兩種。其中 M 為采樣的列數(shù)， N 為采樣的行數(shù)。 ??????? ??????? 圖 HSV顏色模型 圖 顏色三角形 HSV 顏色模型對(duì)應(yīng)于畫(huà)家的配色方法 。 圖像質(zhì)量的含義包括兩個(gè)方面，一是圖像的逼真度（ fidelity），另一個(gè)是圖像的可懂度（ intelligibility）。 PSNR 本質(zhì)上與 MSE 相同，其關(guān)系表達(dá)式為 第 3 章 圖像信息隱藏技術(shù) 17 R M SEP SN R 25 6lg20? （ 34） 式 （ 33） 和式 （ 34） 看起來(lái)直觀、嚴(yán)格，但用它們所求得的結(jié)果常與人們的主觀視覺(jué)效果不一致。 級(jí)別 絕對(duì)測(cè)量尺度 相對(duì)測(cè)量尺度 1 很好 一批中最好的 2 較好 比該批中的平均水平好 3 一般 該批中平均水平 4 較差 比該批中的平均水平差 5 很差 該批中最差的 廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 LSB 替換算法 最低有效位（ Least Significant Bits， LSB）方法是最早提出來(lái)的 [47]最基本的空域圖像信息隱藏算法，許多其它的空域算法都是從它的基本原理進(jìn)行改進(jìn)擴(kuò)展的 [3536, 4852]，使得 LSB 方法成為使用最為廣泛的隱藏技術(shù)之一?；诋惢虻倪\(yùn)算也有許多改進(jìn)的算法，在嵌入的過(guò)程中，首先計(jì)算每個(gè)像素灰度值的每一位的異或值，并把所得到的結(jié)果與要嵌入的信息進(jìn)行異或運(yùn)算，然后，把像素灰度值的最低位全部清零或置為 1，再根據(jù)異或運(yùn)算結(jié)果的值來(lái)改變最低位的信息，實(shí)際上，這相當(dāng)于對(duì)信息進(jìn)行了一層加密處理，嵌入的不再是原始信息，而是原始信啟、的另外一種表達(dá)形式，不知道密鑰的攻擊者很難從中提取出信息。 幾何變換 移動(dòng)像素尤其是改變像素在原柵格中的位置都有可能破壞嵌入的消息。其基本思想是利用擴(kuò)頻通信原理來(lái)提高隱藏系統(tǒng)的魯棒性。傅里葉變換具有一些變換無(wú)關(guān)的完整特性。經(jīng)過(guò)近二十年的努力，由多尺度分析、時(shí)頻分析、金字塔算法等發(fā)展起來(lái)的小波理論基礎(chǔ)已經(jīng)基本建立并成為應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個(gè)新領(lǐng) 域，引起了眾多數(shù)學(xué)家和工程技術(shù)人員的極大關(guān)注，成為國(guó)際上科技學(xué)術(shù)界高度關(guān)注的前沿領(lǐng)域。在數(shù)字圖像處理中，為了同時(shí)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（ 2DDCT），將圖像從空間域轉(zhuǎn)換到 DCT 變換域。采用較大的子塊可以明顯減少圖像分塊效應(yīng)，但隨著子塊尺寸的增加，算法的復(fù)雜度急劇上升。 MCU 代表 JPEG 文件中存儲(chǔ)壓縮數(shù)據(jù)的基本單位，在每個(gè) MCU 中包含一些亮度 Y 矩陣和色度 Cb 矩陣，飽和度 Cr 矩陣，但一個(gè) MCU中包含的矩陣數(shù)不得超過(guò) 10 個(gè)。同時(shí)為了確保其機(jī)密性，置亂過(guò)程中一般引入密鑰。因此圖像置亂變換的定義如下。為此，提出了用置亂程度來(lái)量化置亂效果的思想，給出了圖像置亂程度的幾個(gè)定義。遙感圖像信息融合技術(shù)將多源圖像的有用信息進(jìn)行合理結(jié)合，提高圖像的光譜信息和改善圖像細(xì)節(jié)，已引起了業(yè)界的廣 泛關(guān)注 [101]。利用圖像的迭代混合可以將一幅圖像隱藏于另一幅圖像之中，多幅迭代混合可將一幅圖像通過(guò)一組圖像隱藏起來(lái)，迭代混合參數(shù)還可以作為隱藏圖像的密鑰，極大地提高了系統(tǒng)的安全性。該方法具有更多的融合因子，而目這些因子可以組合成更多的密鑰，不僅能保證融合圖像和恢復(fù)圖像 的質(zhì)量，也增強(qiáng)了抵抗攻擊的能力。 圖 基于置亂融合的嵌入流程 基于置亂融合的提取流程 下面仍然采用 256256 的灰度圖像 作為載體，以 256256 的灰度圖像 作為秘密信息，對(duì) 先進(jìn)行 60 次 arnold 變換（周期為 192 次），再采用融合系數(shù) α= 進(jìn)行融合，得到隱密圖像