【正文】 空域（ Spatial Domain） 隱藏 算法 空域隱藏技術(shù)是指將秘密信息嵌入數(shù)字圖像的空間域中，即對像素灰度值進行修改以隱藏秘密信息。這種測量方法雖然較好地反映出了圖像的直觀質(zhì)量，但無法應用數(shù)學模型對其進行描述，且該方法操作復雜，在實際應用中，不能應用于實時傳輸?shù)膱龊稀? 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(quán)平均，所得的結(jié)果即為圖像的主觀質(zhì)量評價。這是因為均方根誤差和峰值信噪比是從總體上反映原始圖像和隱密圖像（或恢復圖像） 的差別，并不能反映一幅圖像中少數(shù)像素點有較大灰度差別和較多像素點有較小灰度差別等各種情況。 PSNR 的表達式為 ? ?? ? ?????MxNyyxfyxgNMPS N R1 12)],(),([2 5 62 5 6lg10 （ 34） 單位是 dB，峰值信噪比 PSNR 越大，說明圖像的保真度越好，兩幅圖像越相似。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（或恢復圖像） ， M、 N 分別表示圖像的寬與高，且 NyMx ,... ,2,1 ,... ,2,1 ?? 。因此，對圖像質(zhì)量的評價方法工程中采用的還是主觀評價法，在一些特定應用背景，如圖像復原中，才采用定量分析。逼真度是指評價圖像與標準圖像的偏離程度，圖像的可懂度則是表示圖像能向人或計算機提供信息的能力。數(shù)字圖像信息隱藏系統(tǒng)中也必須對隱藏算法中得到的隱密公開圖像和解密算法中得到的恢復圖像質(zhì)量進行評價。在圖像通信中，將圖像傳輸?shù)浇邮斩?，其中要?jīng)過采集、傳輸、處理、記錄等過程，所有這些技術(shù)的優(yōu)劣都會影響到圖像質(zhì)量。如圖 所示，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。在圖像處理中常用的是歸一化的直方圖 )(krp 。 灰度級為 [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。 fi fi1 fSi 圖 量化示意圖 第 3 章 圖像信息隱藏技術(shù) 15 除了常見的矩陣形式外，在 MATLAB 運算等情況下，常將圖像表示成一個向量： g TN... gj... ggg )]()()2()1([? 式中， )(jg 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[ yxg ? 式中 x、 y 是 整數(shù)，且 NyMx ???? 1 ,1 ，表示矩陣的大小為 MN。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。一般采用等間隔量化，稱之為均勻量化。把真實值 f和量化值 f Si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，為了使量化后恢復的圖像具有良好的視覺效果，通常需要 100多個量化等級。 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。 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 所示，將平面 (x,y)沿 x 方向和 y 方向分別以 Δx 和 Δy 為間隔均勻地進行矩形的劃分，采樣點為 yjy ???? xix 于是連續(xù)圖像 fc(x,y)對應的離散圖像 fd (x,y)可表示為 ??? ????? 0 , ),(),( yiyxixyxfyxf cd 圖像采樣時必須滿足下面的二維采樣定理（ Nyquist 圖像采樣定理）： 對于二維有限帶寬信號 fc(x,y)，如果其二維傅立葉變換只在 cUu? 和 cVv? 的范圖 典型的矩形網(wǎng)格采樣方式 廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計） 14 圍內(nèi)不為零，那么采樣間隔必須滿足 21 ,2 1 cc VyUx ????，這樣才能保證信號可以重構(gòu)。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 像 物 體 可見的圖像 圖 片 照片 圖 畫 光學圖像 不可見的物理圖像 模擬圖像 數(shù)學圖像 數(shù)字圖像 第 3 章 圖像信息隱藏技術(shù) 13 ??????????361271731276117225217398178220217 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)。一幅圖像可以用一個二維函數(shù) f(x,y)來表示，也可看作是一個二維數(shù)組， x 和 y 表示二維空間XY 中一個坐標點的位置，而 f 則代表圖像在點 (x,y)的某種性質(zhì) F 的數(shù) 值。 圖像的另一個子集是由連續(xù)函數(shù)和離散函數(shù)組成的抽象的數(shù)學圖像，其中后一種是能被計算機處理的數(shù)字圖像 （ digital image ） 。例如，光學圖像是光強度的空間分布，它們能被肉眼所看到，因此也是可見的圖像。另一個子集為光學圖像（ 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 來表示 [33]。 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。視覺廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計） 12 是人類從大自然中獲取信息的最主要的手段。 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?；诳沼蛐畔㈦[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)于圖像數(shù)字水印和信息隱藏的文獻，2021 年有 49 篇 [29]， 2021 年有 57 篇 [30]， 2021 年有 48 篇 [31],數(shù)字水印和信息隱藏已成為圖像技術(shù)中的一個重要研究熱點。 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、語音信號、視頻信號和應用軟件。接收方在收到后對它的簽名進行認證。日前電子商務中，一般用數(shù)字簽名和身份認證來保證。 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)標識 基于語義的 隱寫術(shù) 魯棒的 版權(quán)標識 脆弱的 版權(quán)標識 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)學院畢業(yè)論文（設計） 10 ???????? ???????? 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。 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(shù) （ Steganography） 和版權(quán)標識 （ Copyright marking） [27]。 第 2 章 信息隱藏技術(shù)概述 9 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提取密鑰 嵌入密鑰 嵌入過程 提取過程 密鑰生成器 嵌入對象 掩體對象 隱藏分析者 嵌入對象 掩體對象 隱 藏對象 廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計） 8 取，后者稱為盲提取。 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。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)，也可以是一個序列號；稱公開信息為載體信息 (cover message)，如數(shù)字圖像、聲音、視頻等。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 S＇中提取 C 及如何對 C 解密以恢復消息 M。%$%$%^*amp。^%^*amp。%$%$%^*amp。^%^*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。 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 [2124]。 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 [21]。 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 。 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。 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恢復或檢測出隱藏的秘密信息。 第 2 章 信息隱藏技術(shù)概述 5 第 2 章 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)、密碼學等多個學科。 文中 著重討論了 兩幅數(shù)字 圖像的融合 及其應用。 3. 數(shù)字圖像的置亂技術(shù) ： 圖像置亂變換的定義、周期和算法評價 ， 圖像置亂程度的衡量方法 ， 常用的圖像置亂技術(shù) ，并 著重討論了 Arnold 變換 及其應用。 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 ， 空域隱藏算法 ，變換域隱藏算法 。文章介紹了信息隱藏技術(shù)的基本知識和圖像信息隱藏的 常用 算法，著重 討論 了數(shù)字圖像的置亂技術(shù) 和 融合技術(shù)， 在此基礎上，提出了一種基于 DCT 變換和置亂融合的圖像信息隱藏技術(shù)，并且運用 MATLAB 進行 大量的 實驗 測試，對該方法的性能進行檢驗分析，表明該方法具有一定的優(yōu)點。 目前，使用密碼加密仍是網(wǎng)絡上主要的信息安全傳輸手段，信息隱藏技術(shù)在理論研究、技術(shù)成熟度和實用性方面都無法與之相比，但它潛在的價值是無法估量的，隨著研究的深入發(fā)展，它將在未來的信息安全體系中發(fā)揮重要的作用。此外，全國網(wǎng)絡與信息安全技術(shù)研討會（ NetSec） 、中國可信計算與信息安全學 術(shù)會議（ CTCIS）、全國圖像圖形學學術(shù)會議（ NCIG）等各類學術(shù)研討會都涉及到信息隱藏。 CIHW 己成為國內(nèi)最具代表性的信息隱藏學術(shù)交流活動，至今已舉行了六屆全國會議。 在國內(nèi)，以數(shù)字水印為代表的信息隱藏技術(shù)雖然起步比較晚，但發(fā)展卻十分迅速，己經(jīng)有相當一批有實力的科研人員和機構(gòu)投入到這一領(lǐng)域中。最多可嵌入多少信息而不會導致統(tǒng)計可檢測性是另一個重要問題 [10]。 隱寫的安全性一直是研究者關(guān)注的重要