基于圖像的無(wú)損信息隱藏技術(shù)研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息的存儲(chǔ)、加工、復(fù)制、傳送變得越來(lái)越方便快捷。然而，在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳輸?shù)母鞣N信息很容易被竊聽(tīng)或遭到攔截；所有數(shù)字化信息很容易被復(fù)制、刪除、剪切、拼接、篡改甚至偽造。因此，保障信息的安全就成為了人們不得不面對(duì)的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。作為一種基本的信息安全工具，信息隱藏技術(shù)在信息安全領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。然而，通常意義下的信息隱藏技術(shù)，由于其在載體中嵌入了機(jī)密信息，會(huì)導(dǎo)致原始載體永久性的失真，這些技術(shù)在數(shù)字媒體內(nèi)容保護(hù)領(lǐng)域

2、沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槿绻度胍恍┬畔⑹沟眠@些數(shù)字媒體永久失真的話，就會(huì)導(dǎo)致這些媒體失去原有價(jià)值。因此，如何能夠在原始媒體沒(méi)有明顯降質(zhì)的情況下嵌入機(jī)密信息，并且當(dāng)提取出機(jī)密信息后，原始媒體能夠完全復(fù)原就顯得十分必要。滿足這種特性的技術(shù)稱為無(wú)損信息隱藏技術(shù)。另外，如果這些能夠復(fù)原的隱秘圖像在遭到一些并無(wú)惡意的改變(比如：圖像有損壓縮或在噪聲環(huán)境中無(wú)意添加了噪聲)之后，仍能夠精確地提取出嵌入的信息，將進(jìn)一步擴(kuò)大這種技術(shù)的應(yīng)用范圍，使這種技術(shù)能夠從無(wú)

3、損的應(yīng)用環(huán)境擴(kuò)展到有損的應(yīng)用環(huán)境中去。滿足這種特性的技術(shù)稱為魯棒無(wú)損信息隱藏技術(shù)。本文以圖像為主要研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了當(dāng)前信息隱藏領(lǐng)域的新熱點(diǎn)：大容量無(wú)損信息隱藏技術(shù)和魯棒無(wú)損信息隱藏技術(shù)。本文主要取得以下研究成果。
　　 ⑴提出了一種基于塊固定參照像素的大容量無(wú)損信息隱藏方案。該方案能實(shí)現(xiàn)高嵌入和低失真。另外，該方案簡(jiǎn)單易行，除了機(jī)密信息長(zhǎng)度之外，無(wú)須任何額外信息就可以從隱秘圖像中提取出機(jī)密信息同時(shí)無(wú)失真地恢復(fù)出原始載體圖像。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在所有隱秘圖像沒(méi)有明顯降質(zhì)(PSNR均超過(guò)30dB)的前提下，8幅常用的標(biāo)準(zhǔn)灰度圖像的平均純嵌入容量超過(guò)0.97bpp。
　　 ⑵提出了一種基于掃描路徑的大容量無(wú)損信息隱藏方案。通過(guò)定義九種基本的掃描路徑并計(jì)算各路徑的相鄰像素差，可以獲得全方位的相鄰像素差，選擇最優(yōu)路徑的差直方圖移位可以產(chǎn)生大量的冗余空間，因此能實(shí)現(xiàn)大容量信息的無(wú)損嵌入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在8幅常用的標(biāo)準(zhǔn)灰度圖像的測(cè)試中，在所有隱秘圖像的PSNR均超過(guò)

5、30 dB的前提下，平均純嵌入容量超過(guò)1.0 bpp。
　　 ⑶在塊固定參照像素方案的基礎(chǔ)上提出了一種基于塊動(dòng)態(tài)參照像素的無(wú)損信息隱藏方案。改進(jìn)的方案利用塊內(nèi)排序后的中間像素作為參照像素，克服了塊固定參照像素方案的不足。在保持了原方案的優(yōu)點(diǎn)外，新方案大大地提高了嵌入容量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，塊動(dòng)態(tài)參照像素方案明顯好于塊固定參照像素方案。在含有1338幅灰度圖像的UCID圖像庫(kù)(第2版)的測(cè)試中，在平均PSNR達(dá)到30.8 dB的前提下

6、，塊動(dòng)態(tài)參照像素方案的平均嵌入容量超過(guò)了1.1 bpp。
　　 ⑷提出了一種基于統(tǒng)計(jì)量移位的魯棒無(wú)損信息隱藏方案。該方案通過(guò)引入一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，并且使這個(gè)統(tǒng)計(jì)量產(chǎn)生一定的位移來(lái)嵌入信息。由于位移量及移位規(guī)則固定，所以這種方案是可逆的。另一方面，由于信息1和信息0分隔在不同的區(qū)以及統(tǒng)計(jì)量固有的特性，由有損壓縮等非惡意攻擊所產(chǎn)生的某種改變不會(huì)導(dǎo)致嵌入信息發(fā)生變化，因此，這種方案又是魯棒的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案與傳統(tǒng)的方案相比有明顯的優(yōu)勢(shì)

7、。
　　 ⑸提出了一種改進(jìn)的基于統(tǒng)計(jì)量移位的魯棒無(wú)損信息隱藏方案。原方案的嵌入機(jī)制僅允許塊內(nèi)一組像素發(fā)生改變，這會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)不利的影響。其一，要將統(tǒng)計(jì)量移位到不同的區(qū)以實(shí)現(xiàn)信息嵌入，往往要將其中的一組像素改變很大，影響了圖像的質(zhì)量。其二，對(duì)隱秘圖像進(jìn)行有損壓縮時(shí)，機(jī)密信息抗壓縮的能力降低，影響了算法的魯棒性。改進(jìn)的方案采用新的嵌入機(jī)制，讓塊內(nèi)兩組像素均發(fā)生改變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與原方案相比，無(wú)論圖像質(zhì)量還是魯棒性，改進(jìn)的方案均有明顯