【正文】 采用較大的子塊可以明顯減少圖像分塊效應，但隨著子塊尺寸的增加，算法的復雜度急劇上升。為了衡量經(jīng)過處理后的影像品質(zhì)，我們通常會參考 PSNR 值來認定某個處理程序夠不夠令人滿意。由于視覺上重要的分量是圖像信號的主要成分，圖像信號的大部分能量都集中在這些分量上，在圖像有一定失真的情況下，仍然能保留主要成分，即視覺上重要的分量的抗干擾能力較強，因此將數(shù)字水印嵌入到這些分量上，可以獲得較好的魯棒性。 源圖像的 8 8 數(shù)據(jù)塊由 64 個像點構成， 64 個像點實質(zhì)上就是 64 個離散信號，輸入后被分成 64 個正交基信號。然而秘密信息嵌入在這個位置，在隱密圖像受到有損壓縮等攻擊后，秘密信息受到的攻擊很小，魯棒性較好。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。提出基于原始圖象的傅立葉變換，將調(diào)制后的秘密信息依次加入到某些固定位置的幅值譜上，利用傅里葉變換的可加性和圖象去噪原理提出了一種基于頻域的三維運動盲水印算法。 Bander等人提出的 Patchwork算法是一種基于統(tǒng)計特性的信息隱藏算法。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。 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)進行加權平均，所得的結果即為圖像的主觀質(zhì)量評價。 色濃 白 純色 色調(diào) 灰 色深 黑 圖 顏色三角形 圖像信息隱藏技術與設計 第 21 頁 共 51 頁 圖像質(zhì)量評價 圖像質(zhì)量評價的研究是圖像信息工程的基礎技術之一。 (0,0,0)為黑色， (1,1,1)為白色。顯然 0≤ k≤ L1， 0≤ Nk≤n1， n為圖像總的像素數(shù)目。 F2 F0 F1 圖 量化示意圖 將連續(xù)圖像的像素值分布在 [f1,f2]范圍內(nèi)的點的取值量化為 f0，稱之為灰度值和灰階。為了便于計算機處理和存儲，需要將連續(xù)的圖像在坐標空間 XY和性質(zhì)空間 F都離散化。 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)量評價方法；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，對基于離散余弦變換 (DCT)的圖像信息隱藏算法做了詳細的論述，給出了算法流程、程序和實例效果。目前，該技術已被廣泛應用于 MP3和網(wǎng)上圖像的版權保護。 圖 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 (Steganography)和版權標識 (Copyright marking)。只有將秘密信息隱藏到載體數(shù)據(jù)中進行傳輸，才有可能起到保護作用，所以不可感知性是秘密信息安全傳輸?shù)那疤帷? 載體 S 信息 M 信息隱藏載體 S’ 圖 信息隱藏示意圖 為了增加破譯的難度，進一步提高秘密信息的安全性，還可以把加密技術和隱藏技術相結合，即先對消息 M加密得到密文 C，再把 C隱藏到載體 S中，如圖 所示。著重討論了基于離散余弦變換 ??9 的圖像信息隱藏算法及其應用。第六屆(CIHW20xx4)于 20xx年 8月上旬在哈爾濱工業(yè)大學召開，聚集國內(nèi)眾多從事多媒體信息安全技術研究的專家學者，就多媒體信息安全技術及數(shù)字版權保護技術等領域的最新研究成果展開研討，經(jīng) 42位專家評審，從近 150篇論文中評審出 78篇組成論文集，發(fā)表在哈爾濱工業(yè)大學學報增刊上。目前，己支持或開展信息隱藏研究的機構既有政府部門，也有大學和知名企業(yè)。這些改變包括常見的圖像處理 (如數(shù)據(jù)壓縮、低通濾波、圖像增強、一次抽樣、二次量化和 D／ A轉(zhuǎn)換等 )、幾何變換和幾何失真 (如裁剪、尺度拉伸、平移、旋轉(zhuǎn)、扭曲等 )、噪聲干擾、多重水印 (multiple watermarking)的重疊等。 因此，在全球聯(lián)網(wǎng)的形勢下，網(wǎng)絡信息安全非常重要，一個國家信息系統(tǒng)的失控和崩潰將導致整個國家經(jīng)濟癱瘓，進而影響到國家安全。隨著計算機性能的大幅度提高，軟硬件技術的迅速發(fā)展，加密算法的安全性受到了嚴重 挑戰(zhàn)。 信息隱藏技術的發(fā)展，為社會提供一種新的隱蔽通信手段的同時也帶來了新的威脅。一些隱寫算法被開發(fā)成工具，其中有數(shù)以百計的隱寫軟件可在互聯(lián)網(wǎng)上獲得?；趫D像位平面復雜度估計和統(tǒng)計濾波實現(xiàn)隱蔽信息檢測的技術則是國內(nèi)學者在隱寫分析方面較早發(fā)表的成果。 信息隱藏技術的基本原理 信息隱藏技術的依據(jù) 信息隱藏技術通常使用文字、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間或空間冗余性和人對信息變化的掩蔽效應。我們稱待隱藏的信息為秘密信息 (secretmessage)，它可以是版權信息或秘密數(shù)據(jù)，也可以是一個序列號；稱公開信息為載體信息 (cover message)，這種信息隱藏過程一般由密鑰 (Key)來控制，通過嵌入算法 (Embedding algorithm)將秘密信息隱藏于公開信息中形成隱蔽載體 (stego cover)，隱蔽載體則通過信道 (Communication channel)傳遞，然后檢測器 (Detector)利用密鑰從隱蔽載體中恢復 /檢測秘密信息 嵌入密鑰 提取密鑰 掩體對象 嵌入對象 隱藏對象 嵌入對象 掩體對象 隱藏分析者 圖 信息隱藏系統(tǒng)的一般模型 101100101010101001110011111101010101 1 加密 ！￥ %amp。嵌入量考慮的是傳輸?shù)男畔⒘俊? 信息隱藏技術的應用 信息隱藏技術在政府、軍事情報部門、銀行系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)等諸多領域發(fā)揮著重要作用，廣泛應用于通信保密、數(shù)字作品的版權保護、商務活動中的票據(jù)防偽、驗證資料的 完整性等方面。 (7)抗否認機制 抗否認機制一般用在電子商 務中，這是保證一些個體或單位不能否認自己曾經(jīng)產(chǎn)生的一些行為。由此可見，視覺信息對人類非常重要。 圖像的數(shù)字化處理 實際的圖像具有連續(xù) 的形式，但必須經(jīng)過數(shù)字化變成離散的形式，才能在計算機中存儲和運算。另一種量化方法是非均勻圖像信息隱藏技術與設計 第 17 頁 共 51 頁 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。值得一提的是，灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置，即丟失了像素的位置信息。 紅 藍 綠 黃 =紅 +綠 品紅 =紅 +藍 青 =綠 +藍 白 =紅 +綠 +藍 圖像信息隱藏技術與設計 第 20 頁 共 51 頁 2． HSV模型 該模型對應于圓柱坐標系的一個圓錐形子集 (圖 )。 圖像質(zhì)量的含義包括兩個方面，一是圖像的逼真度 (fidelity)，另一個是圖像的可懂度 (intelligibility)。 (1)基于視覺感知的圖像質(zhì)量評價方法 圖像質(zhì)量對人眼視覺的影響是由人眼視覺系統(tǒng)的靈敏度決定的，而視 覺靈敏度是由人眼的視覺細胞決定的。如果是改變每個字節(jié)的最低兩位，可以隱藏信息率為 2/8，同理，改變?nèi)坏脑?，信息隱藏率變?yōu)?3/8。 此外，偽隨機置換、圖象降質(zhì)和秘密信道、將信息編碼在基十調(diào)色板圖象中、量化和抖動、失真技術等也都是空域法中的主要方法。經(jīng)過近二十年的努力，由 多尺度分析、時頻分析、金字塔算法等發(fā)展起來的小波理論基礎已經(jīng)基本建立并成為應用數(shù)學的一個新領域，引起了眾多數(shù)學家和工程技術人員的極大關注，成為國際上科技學術界高度關注的前沿領域。 離散余弦變換 (DCT)的定義 離散余弦變換是傅立葉變換的一種特殊情況。因此，兼顧嵌入秘密信息的隱蔽性和魯棒性，低中頻帶可以考慮作為嵌入秘密信息的理想位置選擇。 DCT 系數(shù)量化一般根據(jù)一張量化表提供的元素進行量化。 圖 原始圖像與嵌入水印后的圖像對比 水印的 提取 對原始圖像和嵌入水印的圖像分別進行離散余弦變換。 離散余弦變換閾的嵌入水印攻擊實驗 攻擊實驗類型及效果 數(shù)字水印技術的另一項重要指標就是考察對于已經(jīng)實現(xiàn)水印嵌入的圖象未檢測時，看其對于原始的載體圖象實行攻擊后，水印的可承受度和載體圖象以及提取水印的效果如何。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 RGB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。 圖 經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的水印圖像 圖 從被旋轉(zhuǎn)過的水印圖像中提取出水印圖像與原始圖 像對比圖 圖像信息隱藏技術與設計 第 37 頁 共 51 頁 攻擊結果數(shù)據(jù)分析 經(jīng)過對含有水印的圖像進行不同的攻擊試驗，可以得到含水印的圖像在DCT 算法下對不同的攻擊的承受度，提取的水印圖像與原始圖像的相似度，載體圖像與含水印的峰值信噪比等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在表 410 中有所體現(xiàn)。 MSE = sum[(recpixel pixel)^2] / ImageSize (42) PSNR 是 “ Peak Signal to Noise Ratio” 的縮寫。因此本文所采用的水印信號 W 為服從正態(tài)分布 N (0, 1)，長度為 n 的實數(shù)隨機序列。 4 信息隱藏實例 圖像信息隱藏技術與設計 第 31 頁 共 51 頁 基于 DCT 的圖像信息隱藏實例 離散余弦變換是一種實數(shù)域變換，基于 DCT 變換的編碼方法是 JPEG 標準算法的核心內(nèi)容，它主要包括編碼和解碼兩個過程?；趫D像 DCT變換嵌入隱藏 信息的流程如圖 。利用小波變換把原始圖像分解成多頻段的圖像，能適應人眼的視覺特性且使得信息的嵌入和檢測可分多個層次進行，小波變換域信息隱藏方法兼具時空域和 DCT變換域方法的優(yōu)點。 圖 變換域秘密信息嵌入模型 原始信息（原始圖像） 秘密信息（秘密圖像） 正交變換 正交變換 數(shù)據(jù)嵌入 逆正交變換 隱藏秘密信息的載體圖像（隱秘圖像） 感知分析 感知分析 圖像信息隱藏技術與設計 第 26 頁 共 51 頁 圖 變換域秘密信息提取模型 變換域信息隱藏算法的一般模型可用圖 ，而變換域秘密信息提取算法的模型可用圖 。 幾何交換移動像素尤其是 改變像素在原柵格中的位置都有可能破壞嵌入的消息。一種基于視覺興趣的圖像質(zhì)量評價方法為：通過對圖像中不同區(qū)域的加權突出人眼對 ROI的興趣程度，近似認為人眼對 ROI的興趣程度與其面積成反比。 RMSE越小，說明兩幅圖像差別越小，即兩者越相似。任何 V=1， S=1的顏色都是純色。常用的顏色模型可分為兩類，一類面向諸如彩色顯示 器或打印機之類的硬設備，另一類面向以彩色處理為目的的應用。式中， g(j)是行向量或列向量。 1．圖像的采樣 圖像采樣的常見方式是均勻的矩形網(wǎng)格，如圖 ，將平面 (x,y)沿 x方向和 y方向分別以 △ x和△ y為間隔均勻地進行矩形的劃分，采樣點為 x=i△ x y=j△ y于是連續(xù)圖像 f(x,y)對應的離散圖像 f1(x,y)可表示為 （ 31） 127 220 178 98 173 252 172 61 127 173 127 36 圖像信息隱藏技術與設計 第 16 頁 共 51 頁 ??? ????? 0 ,),(),( yiyxixyxfyxf cd (31) Y △ x △ y X 圖 典型的矩陣網(wǎng)格采樣方式 2．圖像的量化 經(jīng)過采樣后，模擬圖像已被分解成空間上離散的像素，但這些像素的取 值仍然是連續(xù)量。另一個子集為光學圖像 (optical image)，即用透鏡、光柵和全息技術產(chǎn)生的圖像。 圖像信息隱藏技術與設計 第 13 頁 共 51 頁 3 圖像信息隱藏技術 目前信息隱藏研 究中使用的載體信息有幾種：文本、圖