【正文】 似 的，它先對圖像進行處理，使圖像看起來雜亂無章 ，隱藏真實圖像 的信息。所以在實際應用中，通常采用先對嵌入的信息先進行加密 的 處理，考慮到圖像自身的 一些 特點，通常采用對圖像進行置亂的方法來達到保密的目的。 圖像置亂技術及其意義 信息安全技術經(jīng) 多年的發(fā)展，對信息的保護已從密碼技術 的 發(fā)展到了隱藏技術的發(fā)展 。各種分解濾波器和分解方法 都能夠很好地反映圖像的特征。 5.、小波變換的 自適應性。兩圖像的邊緣和紋理部分在小波變換中對應于高頻帶部分 。 小波變換 反映人類視覺系統(tǒng) (HVS)[13]的特 性。由于小波對圖像的多分辨率 的 表示，因此該方法在嵌入水印 之 時，可根據(jù)各自的重要程度對圖像進行分級 分批處理，這一點已小波變換 LH HL HL LL HH 第 18 頁 共 45 頁 經(jīng)在圖像編碼中 得 到 相當廣泛 應用 ，如 EZW 和 JPEG2020[28]等。由于小波變換是全局 的 變換，嵌入水印產(chǎn)生的失真隨機分布在整幅圖像 之 中，可 以 免除采用分塊 DCT 變換所固有的方塊效應。為 了 提高水印的穩(wěn)健性，水印應放在視覺系統(tǒng) 的 感覺上最重要的分量上，感覺上重要的分量 都 是圖像信號的主要成分，攜帶較多信號能量，在圖像有一定失真的情況 之 下，仍能保留的主要成份，如低頻分量 等。這個特點使得在圖像的指定位置加入水印 的 信息成為 了 可能。小波變換能夠比較 好的反映圖像的特征如邊緣和紋理區(qū)域的空域和頻域的對應 之間的 位置關系。 (a) Lenna 圖像 (b) 第一層小波分解 系數(shù) 圖 一 階 小波分解示意圖 小波變換 的特點 小波變換被廣泛應用于 圖像視頻壓縮、信號分析和信號處理 之 中。 LL 是低頻子帶系數(shù)， HL是水平方向高頻子帶系數(shù)， LH 是指垂直方向高頻子帶系數(shù)， HH 是指對角線方向高頻子帶系數(shù)。圖像的一階 小波分解如圖 所示。小波變換應用到數(shù)字圖像處理中的基本思想就是將 數(shù)字圖像進行多分辨率 的 分解，分解成不同空間、不同頻率的子圖像，然后再根據(jù)各個子圖像的特點有針對性的進行 分批 處理。同時，在多分辨率理論分析基礎 之 上， [27]提 出了 離數(shù)二維小波變換的算法，從此，小波分析被引入到了數(shù)字圖像處理中來 。 第 16 頁 共 45 頁 綜上所述，由連續(xù)小波變換的公式可知小波變換對信號的變換處理沒有造 成任何信息的損失，從而 保證了小波變換在變換域對信號進行分析 時 的有效性。將式 (35)、 (36)合并 ，可 以得到實際數(shù)值計算時使用的逆離散小波變換的重構公式： )()(, tdtf kjj k kj ?? ???????????? (37) 特別當 TS=1 時，離散化小波 為： Zkjktt jjkj ??? ?? ,)()( 22 2, ?? (38) 稱為二進 制 小波基函數(shù)。一般為二進制 間的 離散 ，即 2ja? ， 2, jsTkbZj ?? ， Zj? ，其中 Ts 為時間 抽樣的間 隔， Z 表示整數(shù)域。 小波分析的基本思想就是把信號分解為一系列基函數(shù) ?i 的加權和，即 ?iiaf ?? ，如果基函數(shù) ?i 能 夠良好的匹配 出 所表示的信號 f 的特性 ， 那么就可以用 較少的系 數(shù) ai 有效的表示出信號 f ，因而基函數(shù) ?i 的選擇很 重要，這個基函 數(shù) ?i 就是 該 小波。滿足這種要求的基函數(shù)被稱為子波基函數(shù) )(tab? ，它 是 在母子波或子波母的 基礎 上 而 進行平移和伸縮的，從而得到式 (31) )(1)( a btatab ?? ?? (31) 式中 b 為平移因子， a 為伸縮因子， L2(R)為可測 的 平方可積空 間 ．對于 較 大的 a， 子波母函 數(shù) 可 變?yōu)樯鞆埿偷膶捫妥硬ǖ牡皖l函數(shù)，當 a 很小時，基函數(shù)就會變?yōu)閴?縮型的窄型子波的高頻函數(shù)，所以 a 代表著頻率特征。 而且與傳統(tǒng)的信號分析技術相比較，小波分析還能 在沒有明顯損失的情況下，對信號進行消噪和壓縮 處理 。正是 由于 這種特性，使它具有對信號的 自適應性，因而越來越廣泛地被應用于各 大領域。小波是一種窗口大小不變而 形狀可變，即時間窗和頻率窗 [21]都 是 可改變的時頻局部化分析 的方法。當前最新的圖像壓縮標準 JPEG2020 和視頻的 MPEG7 壓縮標準都采用了小波變換。經(jīng)過近二十 多 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 的 基礎已經(jīng)基本建立并成為應用數(shù)學的一個新 的 領域，引起了眾多數(shù)學家和工程技術人員的極大 的 關注，成為國際上科技學術界 的 高度關注的前沿領域?；?DCT 的信息隱藏算法因其具有 比 較強的魯棒性，計算量 比 較小，且與國際 的 圖像壓縮標準（ JPEG， MPEG， 等） 都 相兼容（這些標準中均采用 DCT 變換），因而具有很 多的潛在優(yōu)勢，成為近年來研究最多的一種信息隱藏技術 之一 ，有大量的基于 DCT 變換域的信息隱藏算法 為之 涌現(xiàn)，結合 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 而 進行秘密信息的隱藏。 基于離散余弦變換的圖像信息隱藏算法 早在上世紀末， Cox 等人較早地提出 基于 DCT 域信息隱藏方法。例如：空間域的平移只 會 引起頻域上的相移，而幅度不變；空間域尺度的縮放 可能 會引起頻域尺度反向的縮放；空間域旋轉的角度和所引起的頻域的旋轉的角度 都 是一致的。提出基于原始圖象的傅立葉變換，將調制后的秘密信息依次加入到某些固定位置的幅值譜 之 上，利用傅里葉變換的可加性和圖象去噪 的 原理提出了一種基于頻域的三維運動盲水印算法。 基于離散傅里葉變換的圖像信息隱藏算法 傅里葉（ Fourier）變換是一種經(jīng)典又 有效的數(shù)學工具，在信號處理中有著廣泛 的 第 13 頁 共 45 頁 研究，在信息隱藏 的 領域也同樣得到了 廣泛 應用。 變換域算法的優(yōu)點 由于變換域 的信息隱藏技術是在頻域嵌入信息，所以 它有頻域所固有的抗攻擊和變換的能力，使這一 個 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 能 具有很好的魯棒性。其基本思想是利用擴頻通信 的 原理來提高隱藏系統(tǒng)的魯棒性 的 。 變換域隱藏算法 變換域算法原理 變換域隱藏技術就是指將秘密 的 信息嵌入數(shù)字圖像的某一變換域 之 中。根據(jù)人的視覺特性 ，一些紋理區(qū)域的灰度值的改變對人的視覺系統(tǒng)不是太敏感，輕微的改變某些像素的灰度值，人的眼睛是覺察不到改變的， 第 12 頁 共 45 頁 而對于平坦區(qū)域的噪聲，人的視覺系統(tǒng)是很 敏感的。 隱蔽效果 圖 為 512 512 的 Lena 的 灰度圖，圖 為 LSB 直接替換 的 最低有效位后的Lenna 圖，我們看不出兩個圖片 之間的區(qū)別，隱蔽性比較 好。幾何變換 的 移動像素尤其是改變像素在原柵格中的位置都有可 能破壞嵌入的信息 。有損壓縮 典型 如 JPEG 壓縮，就 有可能徹底破壞隱藏的信息。 魯棒性分析 LSB 算法具有相當弱的魯棒 性。因此在嵌入數(shù)據(jù)位 之 時，嵌入的是數(shù)據(jù)位與 1 或 0 的異或值。 另外，在 LSB 方法 之中，也可 不采用直接嵌入的方法，根據(jù)異或的可逆準則 性 ， 第 11 頁 共 45 頁 采用替換的準則來實現(xiàn)信息的隱藏 效果 。顯然 ， LSB 隱藏算法最低位被改變的概率 大概 是 50%，它在原始圖像里面引入了極小 噪聲，在視覺上是不可見的?，F(xiàn)在有一些簡單 信息隱藏軟件大多是運用 LSB 和調色板調整等相關技術將信息隱藏在 24 bit 圖像或 256 色圖像 之 中，如 Hide and Seek， Stego Dos， White Noise Storm， Stools 等經(jīng)典信息隱藏軟件。 空域隱藏算法 空域隱藏技術是指將秘密 的 信息嵌入 到 數(shù)字圖像的空間域 之 中，即對像素灰度值進行修改以 達到 隱藏秘密信息 的目的 。由于數(shù)字圖像大量的存在，因而被研究最多的是圖像中的信息隱藏技術， 而且，圖像信息 的 隱藏所研究的方法往往 需要 經(jīng)過改進 才 可以輕易地移植到其他的載體中。一般來說，在嵌入這類信息時，同時要加上時間戳 這一標志 作為另外一層防護。這時我們可 采用信息隱藏 的技術，在交易雙方 任何一方發(fā)送或者接收信息時，必須 把自己的數(shù)字簽名和身份信息、以二進制的方式嵌入到要傳遞的信息中 。在電子商務 之 中，交易雙方的任何方 都不得抵賴自己曾經(jīng)做出的行為，也不能否認曾經(jīng)接受到對方 信息，這是 一個網(wǎng)絡電子交易的重要環(huán)節(jié)。 信息隱藏技術的應用 信息隱藏 的 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 的作用，廣泛 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領域 。 圖 魯棒水印的性能指標之間的合理折中 第 9 頁 共 45 頁 數(shù)字水印系統(tǒng)的關鍵性能指標之間往往是相互制約、相互競爭的。需要注意的是，并不是所有的數(shù)字水印系統(tǒng)都應具有安全性，不同的應用場合對安全性的要求也不盡相同。因此，一個好的數(shù)字水印系統(tǒng)應 合理地折中三者之間的矛盾。在一般情況下，水印容量與魯棒性、不可感知性之間是相互競爭和制約的 關系。對于數(shù)字圖像 的 水印而言，嵌入的水印不應引起載體圖像 的 明顯降質， 而 且不能被人類視覺系統(tǒng)所察覺 的 。 不可感知性（ Imperceptibility） 不可感知性是水印 嵌入不應 該 引起載體產(chǎn)生人類主觀可感知的降質。含水印圖像對任何信號處理操作都應該是 比較敏感的，但是面向版權保護的數(shù)字水印必須 有很強的魯棒性。)^_^amp。例如用于內容 的認證的數(shù)字水印就是脆弱水印，脆弱水印具有 魯棒性完全相反的脆 100100100100001110010 加密 !$%^^amp。在某些數(shù)字水印的應用中，水印的魯棒性毫無用處甚至還極力避免。對于數(shù)字圖像 的水印而言，常規(guī)的信號處理操作包括空域濾波、幾何變形、有損壓縮等。非法者不知道這個普通信息中是否 含有 了其他的信息，而且即使知道，也難以提取隱藏其中 的信息。 信息隱藏則是將一個有意義的信息隱藏到 另一個稱為載體的普通 的 信息中 而 得到 的 隱密載體，然后通過普通 的 信息的傳輸來傳遞秘密 的 信息。 信息隱藏與信息加密原理比較 信息隱藏與信息加密 技術都是把對信息的保護轉化成 對密鑰的保護，因此信息 隱藏技術沿用了傳統(tǒng)加密技術的一些基本思想以及 概念，但兩者采用的保護信息的手段 是 不同 的 。通常人眼對灰度 分辨率只有幾十個灰度級，對邊緣附近的信息 的 不敏感。 人的視覺或聽覺感官系統(tǒng)對某些信息都 具 有一定的掩蔽 的 效應。 信息隱藏技術的基本原理 信息隱藏技術的依據(jù) 信息隱藏技術一般使用文字、圖像、聲音及視頻等作為載體，信息之所以能隱藏在多媒體數(shù)據(jù)中，主要是利用 多媒體信息的時間或空間 的 冗余性和人對信息變化的掩蔽效應。它把一個有作用 的信息（如含有版權信息的圖像）通過某種嵌入算法隱藏到載體信息 之中，從而得到加密載體，非法者無法知道 這個載體信息中是否隱藏了其它的信息，而且即使知道 了 ，也難以提取或 者去除隱藏的信息。攻擊性實驗是為了測試水印的抗干擾能力，主要通過JEPG 壓縮實驗和噪聲干擾實驗來測試。 小波域數(shù)字圖像水印算法：詳細介紹了水印算法嵌入 和提取的過程。 圖像信息隱藏技術：簡單的列舉出空域和變換域兩種算法，重點介紹變換域的幾種算法，通過比對最終選取小波域變換作為圖像信息處理算法。本文內容主要如下： 信息隱藏技術簡介：信息隱藏技術的背景、研究 的 意義，國內外 的研究現(xiàn)狀，信息隱藏技術的基本原理，信息隱藏技術的術語及模型，信息隱藏系統(tǒng)的基本 第 5 頁 共 45 頁 屬性，信息隱藏技術的分支和 其應用。 本文的主要研究內容、研究方法和結構 安排 信息隱藏技術使用的載體包括 圖像、視頻、語音及文本等數(shù)字媒體， 有數(shù)字隱寫和隱寫分析兩個方面的內容，本文以使用最為 廣泛的數(shù)字圖像作為研究對象，以基于數(shù)字圖像的隱寫法作為研究 的 內容。數(shù)字水印技術還處于發(fā)展 中，上述 四方面領域也不可能包含其所有應用領域。同時，數(shù)字水印可 以在法庭辯論中作為證據(jù)，這方面的應用也將是非常有市場潛力的。數(shù)字水印可 以 加載在 ID 卡、信用卡和 ATM 卡上，數(shù)字水印信息中有銀行的記錄、個人情況 以 及其他銀行文檔內容。數(shù)字水印可 以 用于隱藏標識和標簽，可 以 在醫(yī)學、制圖、多媒體索引和基于內容的檢索等領域得到應用。數(shù)字照相機和視頻攝錄機可 以 將嵌入數(shù)字水印這一模塊集