【正文】 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 。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。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。同時(shí)為了確保其機(jī)密性，置亂過(guò)程中一般引入密鑰。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。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。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?；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。 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效果不一致。 ??????? ??????? 圖 HSV顏色模型 圖 顏色三角形 HSV 顏色模型對(duì)應(yīng)于畫家的配色方法 。 量化方法有兩種。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。圖像可根據(jù)其形式或產(chǎn)生方法來(lái)分類。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。**( 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。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，使人的感覺變得不靈敏、不準(zhǔn)確，這就是視覺掩蔽效應(yīng) [20]。 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)字隱寫與隱寫分析兩個(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)字圖像的隱寫方法作為研究?jī)?nèi)容 。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。 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。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)。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、視頻等公開的數(shù)字媒體中嵌入不可覺察的秘密信息，從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。數(shù)字水印的穩(wěn)健性是指水印圖像經(jīng)過(guò)一些常見的改變后，水 印仍具有較好的可檢測(cè)性。 “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)成為傳播隱寫信息的交流平臺(tái)。 從公開發(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)。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。 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)。^%^*amp。 基于技術(shù)的 隱寫術(shù) 信息隱藏 隱蔽信道 隱寫術(shù) 匿名通信 版權(quán)標(biāo)識(shí) 基于語(yǔ)義的 隱寫術(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 可見水印 不可見水印 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。由此可見，視覺信息對(duì)人類非常重要。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。 圖 所示是量化操作的示意圖。 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)。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 ?? 。 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]。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。 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)置亂后嵌入到公開圖像的 DWT 系數(shù)中進(jìn)行秘密信息的隱藏。在 F(u,v)系數(shù)矩陣中， F(0, 0)對(duì)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(gè)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。 2. 圖像作 DCT 變換的特點(diǎn) 圖像經(jīng) DCT 變換之后出現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)： 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(lái)的一種圖像加密技術(shù)，同時(shí)，它又可以作為信息隱藏的預(yù)處理手段，進(jìn)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(cè)能力。 ???????? ???????? ???????? 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(shí)別其內(nèi)容。當(dāng)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(fù)效果就越差。通過(guò)對(duì)圖像信息隱藏原理和信息融合實(shí)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。 解置亂 秘密信息 載體圖像 恢復(fù)恢復(fù) 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(lái) 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(dāng) α= 時(shí)才能得到折中的較好的隱密圖像），而 經(jīng)過(guò) Arnold 置亂 60 次后進(jìn)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。 文獻(xiàn) [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(shí)混沌序列具有偽隨機(jī)性和初值敏感性，從而有效提高了圖像隱藏的安全性。因此柏森等人在文獻(xiàn) [98]中提出可以用各象素點(diǎn)移動(dòng)的平均距離來(lái)定義置亂程度。對(duì)于數(shù)字化的圖像，置亂過(guò)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(jìn)行，還可以在其頻率域進(jìn)行，以及空頻域同時(shí)進(jìn)行。 廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備，但是 RGB 三分量的關(guān)聯(lián)性高，無(wú)形中造成存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)。 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(jiǎn)稱 DCT（ Discrete Cosine Transform），是指將一組光強(qiáng)數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成頻率數(shù)據(jù)，以便得知強(qiáng)度變化的情形。 變換域算法的 優(yōu)點(diǎn) 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(duì)比例變化、 JPEG 壓縮、抖動(dòng)、剪輯、打印 /掃描以及合謀攻擊都具有很好的魯棒性。 也可以計(jì)算出在 8 位灰度圖像中進(jìn)行信息隱藏時(shí)的數(shù)據(jù)隱藏率， 8 位灰度圖像的是每個(gè)像素隱藏一個(gè)信息位，每個(gè)像素是由 8 位來(lái)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。 2. 圖像的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 主觀評(píng)價(jià)方法 就是讓一群觀察者根據(jù)一些事先規(guī)定的評(píng)價(jià)尺度或自己的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)測(cè)試圖像按視覺效果提出質(zhì)量判斷，并給出質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對(duì)所有觀察者給出的分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)平均，所得的結(jié)果即為圖像的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)。如圖 所示，為具有某個(gè)固定色彩的顏色三角形表示。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(lái)進(jìn)行量化。采樣就是用一個(gè)有限的數(shù)字陣列來(lái)表示一幅連續(xù)的圖像，陣列中的每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)?“采樣點(diǎn) ”，又稱為圖像基元（ picture element），簡(jiǎn)稱為像素（ pixel）。另一個(gè)子集為光學(xué)圖像（ optical image），即用透鏡、光柵和全息技術(shù)產(chǎn)生的圖像。 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(yǔ)音信號(hào)、視頻信號(hào)和應(yīng)用軟件。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(gè)序列號(hào)；稱公開信息為載體信息 (cover message)，如數(shù)字圖像、聲音、視頻等。 信息隱藏與信息加密原理比較 信息隱藏與信息加密都是把對(duì)信息的保護(hù)轉(zhuǎn)化為對(duì)密鑰的保護(hù)，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(hù)信息的手段不同 [21]。 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(shí) ， 空域隱藏算法 ，變換域隱藏算法 。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。設(shè)計(jì)高度 安全的隱寫方法是一項(xiàng)富于挑戰(zhàn)性的課題，而對(duì)隱寫的準(zhǔn)確性分析往往比隱寫本身更加困難。 在許多文獻(xiàn)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(gè)單獨(dú)的技術(shù)提出來(lái)。 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(shí)驗(yàn) 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(duì)常見的圖像處理操作，具有一定程度的魯棒性。 數(shù)字水印主要是為了保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，通過(guò)在原始媒體數(shù)據(jù)中嵌入信息來(lái)證實(shí)該媒體的所有權(quán)歸屬。但同時(shí)給敵對(duì)勢(shì)力和非法團(tuán)伙提供了進(jìn)行非法 活 動(dòng)的手段。 由于有大公司的介入和軍方及財(cái)政部的支持，該技術(shù)研究的發(fā)展速度非?？?。 1999 年 12 月，我國(guó)信息安全領(lǐng)域的何德全、周仲義、蔡吉人