基于圖像的無損信息隱藏技術(shù)研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息的存儲、加工、復(fù)制、傳送變得越來越方便快捷。然而，在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳輸?shù)母鞣N信息很容易被竊聽或遭到攔截；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的一個巨大挑戰(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密信息，會導(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)容保護領(lǐng)域

2、沒有優(yōu)勢。因為如果嵌入一些信息使得這些數(shù)字媒體永久失真的話，就會導(dǎo)致這些媒體失去原有價值。因此，如何能夠在原始媒體沒有明顯降質(zhì)的情況下嵌入機密信息，并且當(dāng)提取出機密信息后，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惡意的改變(比如：圖像有損壓縮或在噪聲環(huán)境中無意添加了噪聲)之后，仍能夠精確地提取出嵌入的信息，將進一步擴大這種技術(shù)的應(yīng)用范圍，使這種技術(shù)能夠從無

3、損的應(yīng)用環(huán)境擴展到有損的應(yīng)用環(huán)境中去。滿足這種特性的技術(shù)稱為魯棒無損信息隱藏技術(shù)。本文以圖像為主要研究對象，重點研究了當(dāng)前信息隱藏領(lǐng)域的新熱點：大容量無損信息隱藏技術(shù)和魯棒無損信息隱藏技術(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損信息隱藏方案。該方案能實現(xiàn)高嵌入和低失真。另外，該方案簡單易行，除了機密信息長度之外，無須任何額外信息就可以從隱秘圖像中提取出機密信息同時無失真地恢復(fù)出原始載體圖像。

4、實驗結(jié)果表明，在所有隱秘圖像沒有明顯降質(zhì)(PSNR均超過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0.97bpp。
　　 ⑵提出了一種基于掃描路徑的大容量無損信息隱藏方案。通過定義九種基本的掃描路徑并計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，因此能實現(xiàn)大容量信息的無損嵌入。實驗結(jié)果表明，在8幅常用的標(biāo)準(zhǔn)灰度圖像的測試中，在所有隱秘圖像的PSNR均超過

5、30 dB的前提下，平均純嵌入容量超過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態(tài)參照像素的無損信息隱藏方案。改進的方案利用塊內(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)點外，新方案大大地提高了嵌入容量。實驗結(jié)果表明，塊動態(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(第2版)的測試中，在平均PSNR達到30.8 dB的前提下

6、，塊動態(tài)參照像素方案的平均嵌入容量超過了1.1 bpp。
　　 ⑷提出了一種基于統(tǒng)計量移位的魯棒無損信息隱藏方案。該方案通過引入一個統(tǒng)計量，并且使這個統(tǒng)計量產(chǎn)生一定的位移來嵌入信息。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)生的某種改變不會導(dǎo)致嵌入信息發(fā)生變化，因此，這種方案又是魯棒的。實驗結(jié)果表明，該方案與傳統(tǒng)的方案相比有明顯的優(yōu)勢

7、。
　　 ⑸提出了一種改進的基于統(tǒng)計量移位的魯棒無損信息隱藏方案。原方案的嵌入機制僅允許塊內(nèi)一組像素發(fā)生改變，這會導(dǎo)致兩個不利的影響。其一，要將統(tǒng)計量移位到不同的區(qū)以實現(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，對隱秘圖像進行有損壓縮時，機密信息抗壓縮的能力降低，影響了算法的魯棒性。改進的方案采用新的嵌入機制，讓塊內(nèi)兩組像素均發(fā)生改變。實驗結(jié)果表明，與原方案相比，無論圖像質(zhì)量還是魯棒性，改進的方案均有明顯