【正文】 有效帶寬或存儲器的容量。在圖像通信中，將圖像傳輸?shù)浇邮?端，其中要經(jīng)過采集、傳輸、處理、記錄等過程，所有這些技術(shù)的優(yōu)劣都會第 20 頁 共 52 頁 影響到圖像質(zhì)量。如圖 ，為具有某個固定色彩的顏色三角形表示。畫家用改變色濃和色深的方法來從某種純色獲得不同色調(diào)的顏色。任何 V=1， S=1的顏色都是純色。飽和度 s取值從 0到 1，由圓心向圓周過渡。色彩 H由繞 V軸的旋轉(zhuǎn)角給定，紅色對應(yīng)于角度 0度，綠色對應(yīng)于角度120度，藍色對應(yīng)于角度 240度。 2． HSV模型 紅 藍 綠 黃 =紅 +綠 品紅 =紅 +藍 青 =綠 +藍 白 =紅 +綠 +藍 第 19 頁 共 52 頁 該模型對應(yīng)于圓柱坐標(biāo)系的一個圓錐形子集 (圖 )。 C=aR+bG+cB (33) 其中 C為任意彩色 光， a,b,c,為三基色 R、 G、 B的權(quán)值。正方體的其它六個角點分別為紅、黃、綠、青、藍和 品紅。 RGB顏色模型通常采用圖 單位立方體來表示，在正方體的主對角線上，各原色的強度相等，產(chǎn)生由暗到明的白色，也就是不同的灰度值。這兩種模型也是圖像技術(shù)最常見的模型。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(shè)備 ，另一類面向以彩色處理為目的的應(yīng)用。一個灰度直方圖的例子如圖。提出了基于差分直方圖實現(xiàn) LSB信息隱藏的可靠性檢測方法， 研究了一種基于頻率域差分直方圖能量分布的可對 DFT域、 DCT域和 DWT域圖像信息隱藏實現(xiàn)通用盲檢測的方法。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?？梢钥闯?，直方圖很直觀地反映了圖像的視覺效果。在圖像處理中常用的是歸一化的直方圖 P(Rk)?；叶燃墳?[O， 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，定義如下： h(Rk)其中 Rk為第 k級灰度，Nk是圖像中具有灰度級 Rk的像素個數(shù)。 數(shù)字圖像的灰度直方圖 灰度直方圖是數(shù)字圖像的重要特征之一。式中， g(j)是行向量或列向量。數(shù)字化之后的圖 像用一個矩陣表示g=[g(x， y)]式中 x、 y是整數(shù)，且 1≤ x≤ M， I≤ Y≤ N，表示矩陣的大小為 M*N．其中 M為采樣的行數(shù) N為采樣的列數(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進行量化。一般采用等間隔廊一量化，稱之為均勻量化。把真實值 f和量化值 f0 之差稱為量化誤差。圖 所示是量化操作的示意圖。根據(jù)人眼的視覺特性，為了使量化后恢復(fù)的圖像具有良好的視覺效果，通常需要 100 多個量化等級。 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(yīng)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 第 15 頁 共 52 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。這個過程是通過掃描實現(xiàn)的，輸出的量是連續(xù)的電平。采樣就是用一個有限的數(shù)字陣列來表示一幅連續(xù)的圖像，陣列中的每一個點對應(yīng)的區(qū)域為“采樣點”，又稱為圖像基元(picture element)，簡稱為像素 (pixel)。 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。這里 I,r,c的值都是整數(shù)。這種離散化的圖像就是數(shù)字圖像 (digital image)，可以用 I(r,c)來表示。 圖 灰度圖 像及其函數(shù)表示 日常見到的圖像多是連續(xù)的，有時又稱之為模擬圖像，即 f,x和 y的值可以是任意實數(shù)。 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。另一個子集為光學(xué)圖像 (optical image)，即用透鏡、光柵和全息技術(shù)產(chǎn)生的圖像。為此，引入一個集合論的方法 ，將圖像的類型用圖 。 一幅圖像包含了它所表示的物體的有關(guān)信息，在較廣的定義下，圖像也包括 人眼不能感知的各種“表示”。由此可見，視覺信息對人類非常重要。視覺是人類從大自然中獲取信息的最主要的手段。 第 13 頁 共 52 頁 數(shù)字圖像處理的基本概念和知識 圖像 圖像是用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產(chǎn)生視知覺的實體。基于空域信息隱藏算法中的典型算法是 LSB算法，該算法的主要特點是 在載體圖像中嵌入的隱藏信息數(shù)據(jù)量大，但是嵌入位置固定，安全性差，嵌入的隱藏信息易被破壞，魯棒性不高；基于變換域信息隱藏算法中的典型算法是離散余弦變換域的信息隱藏算法，該算法嵌入信息能夠抵御多種攻擊，具有較好的魯棒性，并且嵌入方式多種多樣，增加了攻擊者提取的難度，具有一定的安全性，但是該類算法嵌入的隱藏信息數(shù)據(jù)量較小，不適合于進行大數(shù)據(jù)量的隱蔽通信。在國內(nèi) 15種有關(guān)圖像工程的重要中文期刊中關(guān)于圖像和信息隱藏的文獻， 2021年有 49篇， 2021年有 57篇， 2021年有 48篇，信息隱藏已成為圖像技術(shù)中的一個重要研究熱點。 第 12 頁 共 52 頁 3 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、語音信號、視頻信號和應(yīng)用軟件。接收方在收到后對它的簽名進行認證。日前電子商務(wù)中，一般用數(shù)字簽名和身份認證來保證。 (7)抗否認機制 抗否認機制一般用在電子商務(wù)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。 (6)商務(wù)活動中的票據(jù)防偽票據(jù)防偽是在彩色打印機、復(fù)印機輸出的每幅圖像中嵌入唯一的、不可見的數(shù)字水印。 (5)資料認證和篡改檢測 當(dāng)數(shù)字作品被用于交通、法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時，如以數(shù)字形式記錄的事故現(xiàn)場照片、犯罪現(xiàn)場記錄、醫(yī)學(xué)診斷照片等，由于 這些數(shù)據(jù)本身具有容易修改的特點，常常需要確定它們的內(nèi)容是否被篡改、偽造或經(jīng)過特殊處理。為了保護數(shù)字服務(wù)提供商的正當(dāng)利益，抵制未經(jīng)授權(quán)的拷貝和發(fā)行，信息隱藏技術(shù)中的“數(shù)字水印”、“數(shù)字指紋”等將著作權(quán)、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本、購買者序列號等重要信息嵌入數(shù)字視頻、聲頻或圖像等多媒體數(shù)據(jù)中，以防止非法拷貝或者用來跟蹤、追查盜版者及盜版產(chǎn)品的出處。 (4)數(shù)字作品的版權(quán)保護 現(xiàn)代信息社會，各種數(shù)字服務(wù)，如數(shù)字圖書館、數(shù)字電視、數(shù)字新聞等，為人們的工作、學(xué)習(xí)和生活帶來了方便和快捷。運用信息隱藏技術(shù)可以對那些涉及國家安全的軍用衛(wèi)星圖片、軍用設(shè)施圖紙、電子商務(wù)的敏感信息、重要文件的數(shù)字簽名以及個人隱私等秘密信息進行保密，確保這些信息在互聯(lián)網(wǎng)上被安全、快捷地傳遞與使用。網(wǎng)絡(luò)匿名可分為發(fā)送方匿名和接受方匿名，分別保護通信雙方的身份，所使用的主要技術(shù)有匿名重發(fā)和網(wǎng)絡(luò)代理等。這些信道在為某一程序提供服務(wù)時，可以被一個可信賴的程序用來向它們的操作者泄露消息。 信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用 信息隱藏技術(shù)在政府、軍事情報部門、銀行系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，廣泛應(yīng)用于通信保密、數(shù)字作品的版權(quán)保護、商務(wù)活動中的票據(jù)防偽、驗證資料的完整性等方面。與密碼學(xué)和密碼分析學(xué)的交錯發(fā)展相類似，隨著信息隱藏研究的不斷深入，與信息隱藏相對抗的信息隱藏攻擊檢測研究也開始出現(xiàn)，并逐步成為信息隱藏研究中的又一重要分支。 盡管信息隱藏技術(shù)有諸多分支，但真正活躍的信息隱藏技術(shù)主要有兩個，即隱寫術(shù)和數(shù)字水印 (Digital watermarking)，也就是前面所指的版權(quán)標(biāo)識 (Copyright marking)。 信息隱藏技術(shù)的分支 在 1996年召開的第一屆信息隱藏技術(shù)的國際學(xué)術(shù)會議上，對信息隱藏的術(shù)語進行了統(tǒng)一和規(guī)范，提出了信息隱藏學(xué)科的框架與分支，如圖 。隱蔽性包括視／聽覺隱蔽性和統(tǒng)計上的隱蔽性，意味著監(jiān)控者無法察覺，所以最重要；隱蔽通信往往高傳輸率，戰(zhàn)爭狀態(tài)下還要求實時傳送，故嵌入量其次；隱寫通常應(yīng)用于無擾信道，所以對穩(wěn)健性的要求最低。魯棒性意味著水印不能被干擾或惡意處理去除，這是版權(quán)確認的保證，因此最重要；隱蔽性保證了數(shù)字產(chǎn)品的商用價值；至于嵌入量，只要能夠標(biāo)識一些必要的信息，并沒有過高的要求。實踐往往要根據(jù)具體應(yīng)用模式在三者之間尋求適當(dāng)平衡點。例如，魯棒性與嵌入強度有直接關(guān)系，嵌入強度越大 魯棒性越強，但往往大強度的信號調(diào)制會導(dǎo)致不可感知性的下降；同樣，嵌入量的增加往往導(dǎo)致對原始載體信息的修改增加，也會使得不可感知性下降。嵌入量考慮的是傳輸?shù)男畔⒘俊? 嵌入過程 提取過程 密鑰生成器 第 9 頁 共 52 頁 (3)嵌入量 (Capacity)，指承載信息的載體可以容納秘密信息的多少。 (2)魯棒性 (Robustness)，也稱穩(wěn)健性，指信息隱藏系統(tǒng)抵抗 由正常信號處理引入的失真和由惡意攻擊操作所造成的數(shù)據(jù)畸變的能力，包括傳輸過程中的信道噪聲、濾波操作、重采樣、有損編碼壓縮、 D／ A或 A／ D轉(zhuǎn)換等。信息隱藏的不可感知性是信息隱藏的根本屬性，“隱”就是不可感知的意思。 信息隱藏系統(tǒng)的基本屬 性 信息隱藏系統(tǒng)有三個基本屬性包括：不可感知性、魯棒性和嵌入量。提取過程是指利用提取算法從接收到的、可能經(jīng)過修改的隱藏對象中恢復(fù)秘密信息，提取過程中可能需要掩體對象的參與，也可能不需要，通常前者稱為非盲提取，后者稱為盲提取。*% ￥ %￥￥ ?。? 隱藏 110110101010 010010111011 隱藏 第 8 頁 共 52 頁 息 (secretmessage)，它可以是版權(quán)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(fù) /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 該系統(tǒng)主要包括一個嵌入過程和一個提取過程，其中嵌入過程是指信息 隱藏者利用嵌入算法，將秘密信息添加到掩體對象中，從而生成隱藏對象這一過程。amp。我們稱待隱藏的信息為秘密信101100101010101001110011111101010101 1 加密 ?。?%amp。 載體 S 隱秘載體 S1 密文 C 消息 M 圖 信息加密和隱藏結(jié)合示意圖 這樣，攻擊者要想獲得消息，就首先要檢測到消息的存在，并知道如何從隱密載體 S1中提取 C及如何對 C解密以恢復(fù)消息 M。**amp。非法者不知道這個普通信息中是否隱藏了其他的信息，而且即使知道，也難以提取隱藏的信息。 圖 信息加密示意圖 信息隱藏則是把一個有意義的信息隱藏在另一個稱為載體的普通信息中得到隱密載體，然后通過普通信息的傳輸來傳遞秘密信息。 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信息的保護轉(zhuǎn)化為對密鑰的保護，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，但兩者采用的保護信息的手段不同。通常人眼對灰度的分辨率只有幾十個灰度級，對邊緣附近的信息不敏感。 (2)人的視覺或聽覺感官系統(tǒng)對某些信息都有一定的掩蔽效應(yīng)。 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間或空間冗余性和人對信息變化的掩蔽效應(yīng)。隱密載體通過信道到達接收方后，接收方通過檢測器利用密鑰從中第 6 頁 共 52 頁 恢復(fù)或檢測出隱藏的秘密信息。 2 信息隱藏技術(shù)概述 信息隱藏技術(shù)作為一個新興的研究領(lǐng)域，橫跨數(shù)字信號處 理、圖像處理、語音處理、模式識別、數(shù)字通信、多媒體技術(shù)、密碼學(xué)等多個學(xué)科。 (2)數(shù)字圖像處理的基本概念和知識， 空域隱藏算法 ??5 ，變換域隱藏算法 ??6 。文章介紹了信息隱藏技術(shù)的基本知識和圖像信息隱