【文章內(nèi)容簡介】 要部分以提高其魯棒性”的重要觀點。具體是將信息嵌入到圖像DCT系數(shù)中的低頻分量上。目前使用的JPEG、MPEG圖像壓縮標準，采用的就是DCT圖像變換，因此DCT域中的水印嵌入規(guī)則對JPEG壓縮具有較強的健壯性，更容易避免JPEG、MPEG壓縮攻擊。（2） 基于DWT方法基于DWT的方案基本原理與Cox方案相同，只是變換域不同。作為一種多分辨率的分析方法，小波變換具有很好的時頻、空域局部特性，可以充分利用人類視覺特性實現(xiàn)信息嵌入。（3） 基于DFT的頻域方法DFT在信號處理中已經(jīng)被廣泛引用，在水印領(lǐng)域中也很有用處。它具有如下優(yōu)點：在頻域中嵌入的信號能量可以分布到所有像素上，有利于保證水印的不可見性；在頻域中可以利用人類視覺系統(tǒng)的某些特性，更方便、更有效地進行編碼。（4） 擴展頻譜法擴頻方法是通信中經(jīng)常采用的一種抗干擾技術(shù)。所謂擴頻是指傳輸頻帶大于實際所需頻帶，在每頻帶信號中信號都是極其微弱且不易覺察的，而且頻帶的擴展與信號無關(guān)。圖像頻域可被看作信號傳輸?shù)耐ǖ蓝】醋魇切鑲鬏數(shù)男盘?。圖像所有者知道水印的位置和內(nèi)容，在驗證水印時很容易把擴散到所有頻帶上的微弱信號集中起來得到高信噪比的水印信號。擴頻方法的特點是用一般的手段無法消除水印?；诮y(tǒng)計知識的信息隱藏：1比特隱藏方案是一種典型的基于統(tǒng)計知識的信息隱藏方法。若是傳送1，就對載體的一些統(tǒng)計特征顯著地進行修改，否則就不更改載體。實際操作中接收者必須能區(qū)分修改和未修改的部分?；谧冃渭夹g(shù)的信息隱藏：與信息隱藏替換方法相比，變形技術(shù)在解碼時要求已知原始圖像信息。發(fā)信方對載體某種次序進行修改，得到隱藏對象。這種次序是根據(jù)要傳輸?shù)拿孛苄畔⒍ǖ?。接收方必須得到原始圖像才能測量與隱藏對象的差異，進而重構(gòu)發(fā)信方相應(yīng)于秘密信息的修改次序。這樣的系統(tǒng)并不適用，且安全性也不高。信息隱藏不同于傳統(tǒng)的加密，因為其目的不在限制正常的資料存取，而在于保證隱藏數(shù)據(jù)不被侵犯和發(fā)現(xiàn)。另外，由于信息隱藏必須考慮隱藏的信息在經(jīng)歷各種環(huán)境、操作之后，仍需具有免遭破壞能力；因此，信息隱藏技術(shù)必須考慮正常的信息操作所造成的威脅，使機密資料對正常的數(shù)據(jù)操作技具有免疫能力。這種免疫力的關(guān)鍵是要使隱藏信息部分不易被正常的數(shù)據(jù)操作，如通常的信號變換操作或數(shù)據(jù)壓縮所破壞。對含有秘密信息的隱秘載體進行操作（如對圖像進行旋轉(zhuǎn)、扭曲、拉申等幾何變化，對數(shù)據(jù)壓縮或者傳輸)時，不應(yīng)該破壞所隱藏的秘密信息。根據(jù)信息隱藏的目的和技術(shù)要求，通常將信息隱藏要求和特性分為以下幾個方面：：指隱蔽載體S與原始載體C具有充分接近的特性。信息隱藏對人的視覺或聽覺系統(tǒng)透明，感覺不到隱秘載體的明顯變化。如具有一致的統(tǒng)計特性、肉眼無法區(qū)分隱秘圖像與原始圖像等，當然個別場合也采用可見的水印。：指隱秘載體S受到一定的干擾，仍然能夠恢復(fù)秘密信息的能力。對隱秘載體的干擾通常包括濾波、平滑、增強、重采樣、有失真壓縮、A/D或D/A變換、噪音干擾、幾何變換以及人為的破壞等。：指對密鑰的保護以及嵌入算法有較強的對抗攻擊能力，能夠抵抗攻擊者一定程度的攻擊，使秘密信息不易被破壞。：指嵌入的秘密信息必須能夠具有足夠多的信息。例如足夠表示多媒體信息的版權(quán)等。實際上，隱藏的信息量與系統(tǒng)的魯棒性是一對矛盾，嵌入的秘密信息越多，魯棒性就越差，當然，這就要求我們能夠找到一個比較合理的平衡點。：由于經(jīng)過一些操作或變換后，可能會使原圖產(chǎn)生較大的破壞，如果只從留下的片段數(shù)據(jù)，仍能恢復(fù)隱藏信號，而且恢復(fù)過程不需要宿主信號，這就是所謂的自恢復(fù)性。信息隱藏學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，在計算機、通訊、保密學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。數(shù)字水印技術(shù)作為其在多媒體領(lǐng)域的重要應(yīng)用，已受到人們越來越多的視重。：通常信息的掩藏和提取過程具有對稱性，包括編碼、加密方式，以減少存取難度。，使其在經(jīng)過各種操作和變換后仍能很好地回復(fù)，通常采取糾錯編碼方法[18][19][21]。信息隱藏技術(shù)的關(guān)鍵在于如何處理簽字信號的魯棒性、不可感知性、以及所嵌入的數(shù)據(jù)量這三者之間的關(guān)系。衡量信息隱藏算法優(yōu)劣的一般準則[22]是：，簽字信號是否有一定的魯棒性。、干擾或去除操作，簽字信號是否具有一定的抵抗能力，從而保證隱藏信息的完整性和安全可靠。對于某一特定的信息隱藏算法，他不可能在上述衡量準則下各方面同時達到最優(yōu)。顯然嵌入的數(shù)據(jù)量越大，簽字信號對原始主信號感知效果的影響也越大；而簽字信號的魯棒性越好，其不可感知性就會越低。由于信息隱藏的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，不同的應(yīng)用背景對其技術(shù)要求也不盡相同。實際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮應(yīng)用背景和隱藏效果選擇最合適的信息隱藏算法。 數(shù)字圖像人們在日常生活中通過感覺器官接收到的各種信息中，最主要的是視覺信息，在數(shù)字化生活中，數(shù)字圖像成為人們所感知的最主要的信息形式?；跀?shù)字圖像的信息隱藏有較大的信息容量，因此數(shù)字圖像是信息隱藏技術(shù)主要的載體之一。本設(shè)計信息隱藏的載體也是數(shù)字圖像，為更清楚地說明本設(shè)計的原理，有必要先對數(shù)字圖像作一些介紹。 數(shù)字圖像基本概念數(shù)字圖像，又稱數(shù)碼圖像或數(shù)位圖像，是二維圖像用有限數(shù)字數(shù)值像素的表示。數(shù)字圖像是由模擬圖像數(shù)字化得到的、以像素為基本元素的、可以用數(shù)字計算機或數(shù)字電路存儲和處理的圖像。像素：像素（或像元，Pixel）是數(shù)字圖像的基本元素，像素是在模擬圖像數(shù)字化時對連續(xù)空間進行離散化得到的。每個像素具有整數(shù)行（高）和列（寬）位置坐標，同時每個像素都具有整數(shù)灰度值或顏色值。通常，像素在計算機中保存為二維整數(shù)數(shù)阻的光柵圖像，這些值經(jīng)常用壓縮格式進行傳輸和儲存。圖像種類，每個圖像的像素通常對應(yīng)于二維空間中一個特定的位置，并且有一個或者多個與那個點相關(guān)的采樣值組成數(shù)值。根據(jù)這些采樣數(shù)目及特性的不同數(shù)字圖像可以劃分為：二值圖像：圖像中每個像素的亮度值(Intensity)僅可以取自0到1的圖像。 灰度圖像：圖像中每個像素可以由0(黑)到255(白)的亮度值表示。0255之間表示不同的灰度級。 彩色圖像：每幅彩色圖像是由三幅不同顏色的灰度圖像組合而成，一個為紅色，一個為綠色，另一個為藍色。 偽彩色圖像：立體圖像是一物體由不同角度拍攝的一對圖像，通常情況下我們可以用立體像計算出圖像的深度信息。 三維圖像：三維圖像是由一組堆棧的二位圖像組成。每一幅圖像表示該物體的一個橫截面。圖像顯示，目前比較流行的圖像格式包括光柵圖像格式BMP、GIF、JPEG、PNG等，以及矢量圖像格式WMF、SVG等。大多數(shù)瀏覽器都支持GIF、JPG以及PNG圖像的直接顯示。SVG格式作為W3C的標準格式在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用越來越廣。 文件結(jié)構(gòu)不同格式的圖像有不同的文件結(jié)構(gòu)，本設(shè)計采用24位BMP格式圖像，其結(jié)構(gòu)特點如下：每個文件只能非壓縮的存放一幅彩色圖像；文件頭由54個字節(jié)的數(shù)據(jù)段組成，其中包含有該位圖文件的類型、大小、尺寸及打印格式等信息；從第55個字節(jié)開始。是該文件的圖像數(shù)據(jù)部分，數(shù)據(jù)的排列順序以圖像的左下角為起點，從左到右，從下到上，每連續(xù)3個字節(jié)描述圖像一個像素點的顏色信息，這三個字節(jié)分別代表藍、綠、紅三基色在此像素中的亮度。下面詳細討論位圖文件的具體結(jié)構(gòu)。標頭包含位圖文件的類型大小信息和版面信息。結(jié)構(gòu)如下：typedef structtag BITMAPFILEHEADER{UNIT bfType。DWORD bfSize。UNIT bfReserved1。UNIT bfReserved2。DWORD bfOffBits。} BITMAPFILEHEADER。下面是對上面程序段中代碼元素的說明：bfType：指定文件類型，其值始終為“BM”。bfSize：指定文件大小（以字節(jié)為單位）。bfReserved1：保留字節(jié)，通常為0。bfReserved2：保留字節(jié)，通常為0。bfOffBits：指定從BitmapFileHeader到圖像首部的字節(jié)偏移量。現(xiàn)在已經(jīng)知道位圖文件標頭的用途就是標識位圖文件。讀取位圖文件的每個程序都使用位圖標頭來進行文件驗證。隨后的標頭稱為信息標頭，其中包含圖形本身的屬性。(或更高版本)設(shè)備獨立位圖DIB的大小和顏色格式：Typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{DWORD biSize。LONG biWidth。LONG biHeight。WORD biPlanes。WORD biBitCount。DWORD biCompression。DWORD biSizeImage。LONG biXPelsPerMeter。LONG biYPelsPerMeter。DWORD biClrUsed。DWORD biClrImportant。}BITMAPINFOHEADER對以上代碼段中的每個元素說明如下：biSize：指定BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)所需的字節(jié)數(shù)biWidth：說明圖像的寬度，以像素為單位。biHeight：說明圖像的高度，以像素為單位。注：這個值除了用于描述圖像的高度之外，它還有另一個用處，就是指明該圖像是倒向的位圖，還是正向的位圖。如果該值是一個正數(shù)，說明圖像是倒向的，如果該值是一個負數(shù)，則說明圖像是正向的。大多數(shù)的BMP文件都是倒向的位圖，也就是時，高度值是一個正數(shù)。（注：當高度值是一個負數(shù)時（正向圖像），圖像將不能被壓縮（也就是說biCompression成員將不能是BI_RLE8或BI_RLE4）。biPlanes：為目標設(shè)備說明位面數(shù)，其值將總是被設(shè)為1。biBitCount：說明比特數(shù)/像素，其值為124或32。biCompression：說明圖像數(shù)據(jù)壓縮的類型。其值可以是下述值之一：BI_RGB：沒有壓縮；BI_RLE8：每個像素8比特的RLE壓縮編碼，壓縮格式由2字節(jié)組成（重復(fù)像素計數(shù)和顏色索引）；BI_RLE4：每個像素4比特的RLE壓縮編碼，壓縮格式由2字節(jié)組成BI_BITFIELDS：每個像素的比特由指定的掩碼決定。biSizeImage：說明圖像大小，以字節(jié)為單位。當用BI_RGB格式時可設(shè)置為0。biXPelsPerMeter：說明水平分辨率，用像素/米表示biYPelsPerMeter：說明垂直分辨率，用像素/米表示biClrUsed：說明位圖實際使用的彩色表中的顏色索引數(shù)（設(shè)為0的話，則說明使用所有調(diào)色板項）。biClrImportant：說明對圖像顯示有重要影響的顏色索引的數(shù)目，如果是0，表示都重要。對于用到調(diào)色板的位圖，圖像數(shù)據(jù)就是該像素顏在調(diào)色板中的索引值。對于真彩色圖，圖像數(shù)據(jù)就是實際的R、G、B值。對于2色位圖，用1位就可以表示該像素的顏色(一般0表示黑，1表示白)，所以一個字節(jié)可以表示8個像素。對于16色位圖，用4位可以表示一個像素的顏色，所以一個字節(jié)可以表示2個像素。對于256色位圖，一個字節(jié)剛好可以表示1個像素。對于真彩色圖，三個字節(jié)才能表示1個像素。要注意兩點： 第一，每一行的字節(jié)數(shù)必須是4的整倍數(shù)，如果不是，則需要補齊。第二，一般來說，BMP文件的數(shù)據(jù)從下到上，從左到右的。也就是說，從文件中最先讀到的是圖像最下面一行的左邊第一個像素，然后是左邊第二個像素……接下來是倒數(shù)第二行左邊第一個像素，左邊第二個像素……依次類推 ，最后得到的是最上面一行的最右一個像素。 基于彩色靜止圖像的信息隱藏算法基于彩色靜止圖像的信息隱藏算法[22]是一種最低有效位替換算法。最低有效位替換算法是：在隱寫前，先將欲嵌入的秘密信息轉(zhuǎn)換為比特流，然后用這個比特流取代載體圖像的最低比特位，形成新的圖像?；謴?fù)時提取最低比特位即可組成秘密信息。由于最低比特位對像素值的貢獻最小，其發(fā)生變化時對圖像的影響也最小，幾乎不可察覺，故載體圖像和隱秘圖像沒有明顯差別?；诓噬o止圖像的信息隱藏算法具體如下：（1）將待隱藏信息（以下稱簽字信號）的字節(jié)長度寫入BMP文件標頭部分的保留字節(jié)中；（2）將簽字信號轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù)碼流；（3）將BMP文件圖像數(shù)據(jù)部分的每個字節(jié)的高7位依次異或后再與上述二進制數(shù)碼流異或后的結(jié)果寫入最低位；如圖22所示： 圖22 基于彩色靜止數(shù)字圖像的信息隱藏嵌入過程（1）讀BMP文件標頭部分的保留字節(jié)值，設(shè)為L，若為0則沒有隱藏信息，終止算法；若不為0則其值為隱藏信息的字節(jié)長度；（2）將BMP文件圖像數(shù)據(jù)部分的每個字節(jié)8位依次異或，并保存其結(jié)果；（3）重復(fù)第（2）步，使每8個BMP文件圖像數(shù)據(jù)部分字節(jié)經(jīng)過運算后組成一個隱藏信息字節(jié)；（4）重復(fù)（2）、（3）直到隱藏信息字節(jié)長度為L。如圖23所示： 圖23 基于彩色靜止數(shù)字圖像的信息隱藏提取過程可以證明，提取后的信息就是嵌入的簽字信號。以簽字信號的一個位S為例，設(shè)對應(yīng)的一個位圖數(shù)據(jù)字節(jié)為X7X6X5X4X3X2X1X0，嵌入簽字信號后的位圖數(shù)據(jù)字節(jié)為X7X6X5X4X3X2X1X039。，其中：X039。 = X7⊕X6⊕X5⊕X4⊕X3⊕X2⊕X1⊕S設(shè)提取后的簽字信號為S39。，則：S39。 =X7⊕X6⊕X5⊕X4⊕X3⊕X2⊕X1⊕X039。 =(X7⊕X6⊕X5⊕X4⊕X3⊕X2⊕X1⊕X7)⊕(X6⊕X5⊕X4⊕X3⊕X2⊕X1⊕S) =(X7⊕X6⊕X5⊕X4⊕X3⊕X2⊕X1⊕X7)⊕(X6⊕X5⊕X4⊕X3⊕X2⊕X1)⊕S =S 證畢。根據(jù)以上論述，可以得出如下結(jié)論：（1）由于原始24位BMP圖像文件隱藏信息后，其數(shù)據(jù)部分字節(jié)數(shù)值最多變化為1，該字節(jié)代表的像素最多只變化了1/256，所以，已隱藏信息的BMP圖像與未隱藏信息的BMP圖像，用肉眼是看不出差別的；（2）將信息直接嵌入像素RGB值的優(yōu)點是嵌入信息的容量與所選取的掩護圖像的大小成正比；（3）使用這種方法，一個大小為32 k的24位BMP圖像文件，可以隱藏約 32 k/8=4k的信息（忽略文件頭不能隱藏數(shù)據(jù)的54個字節(jié)），該方法具有較高的信息隱藏率。 本章小結(jié)本章主要闡述信息隱藏的基本原理和數(shù)字圖像的文件格式以及基于彩色靜止