基于数字图像的信息隐藏技术研究

Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓＤｉ ｔｌ ｍ ａ ｅＩ ｆ ｒ ａｉｎ ｉ ｉ ； ｔａ ｏ ｉ Ｔｒ ｓｏ ｏｍａｎ ｒ ： ｇｉ ａ Ｉ ｇ ；ｎ ｏ ｍ ｔ ｈ ｄｎｇＳｐａｉｌｄ ｍａｎ； ａ ｆｒ ｄ ｏ ｎ ｍ ｉ
信 息隐 藏 的基本 原理 信 息 隐藏技 术通 常使 用 文字 、图像 、 声音 及 视频 等作 为 载体 ， 信 息之所 以能够 隐藏 在多 媒 体数 据 中 ，主 要 是利 用 了多媒 体 信息 的时 间或空 间冗 余性 和人 对信 息 变化 的掩 蔽效 应 。 （ ）多媒 体信 息本 身存 在 很大 的冗 余 性 ，从信 息论 的角度 一 看 ，未压 缩 的 多媒体 信息 的编 码 效率 是很 低 的 ，所 以将某 些 信息 嵌 入到 多媒 体信 息 中进行 秘 密传 送 是完全 可 行 的 ，并不会 影 响 多 媒 体信 息本 身 的传送 和使 用 。 二 ） 的视觉 或 听觉 感官 系统 对某 （ 人 些 信息 都有 一定 的掩 蔽效 应 。 亮度 有变 化 的边 缘上 ， 在 该边 界 “ 掩 蔽 ”了边缘 邻近 像素 的信 号 感觉 ，使 人 的感 觉变 得不 灵敏 、不准 确 ，这 就 是视 觉掩 蔽 效应 。通 常人 眼 对 灰度 的 分辨 率只 有 几十 个 灰度 级 ，对边 缘 附近 的信 息不 敏感 。利 用 这些 特 点 ，可 以很好 地 将信 息 隐藏而 不被 觉察 。 随着 多媒体 技术 的迅 速 发展 ， 图像 成为 信 息表达 的 主要 方式 ，
中图分类号 ：Ｔ ３ １ Ｐ ９
文献标识码 ：Ａ
文章编号：１０— ５９（ ０ １ ６ ０６ — ２ ０７ ９９ ２１ ）１— １０ ０
Ｉ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ｉ ｎｇ Ｔｅ ｈｎｏ ｏ ｙ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｄ ｎ Ｄｉ ｉａｌ ｍ ａ ｅ ｎｆ ｒ ｔｏ Ｈ ｄｉ ｃ ｌ ｇ ｓ ａ ｃ Ｂａ ｅ ｏ ｇ ｔ Ｉ ｇ
Ａｂｓｒ ｅ ： ｅ ｕ ｉ ｏ ｏ ｍａ ｏ ｒ ｎｓ ｓ ｉｎ ｉ ｃ ｔ ａ ｔＳ ｃ ｒｔ ｆｉ ｒ ｔ ｎ ｔａ ｍｉ ｓｏ ｓｂｅ ｏｍｉ ｏ ｅ ａ ｄ ｍ ｏ ｅ ｉ ｙ ｎｆ ｉ ｎｇ ｍ ｒ ｎ ｒ ｍｐｏ ｔｎｔａｏ ｔ ｈ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｏ ｄ ａ ｒａ ｌｎｇ ｗｉ１ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｍｅ １ ｉ ｄｇ ｔ ｅ ｄ ｎ ｔ ｒ ｅ ｈ ｏｏ ｙＩ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｉｌ ｔ ｄｅ ｅ ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ｈ ｄ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｂ ｓｄ ｏ ｉｉ ｌ ｍａ ｅ ， ｄ ｉｉ ｚ ｄ ａ ｅｗｏ ｋ ｔｃ ｎ ｌｇ ． ｔｉ ａ ｅ， ｍａ ｎｙ ｓ ｉｄ ｔ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｉｉ ｇ ｔ ｃ ｌ ｇ ａ ｅ ｎ ｄ ｇｔ ｇ ｓａ ｉ ｎ ｎ ｗｅ ｕ ｈ ｏ ｎ ａｉ ｎ
一
、
图 １ 图像 信息 隐藏 的一 般模 型 三 、基 于数 字 图像 的信 息隐藏 算法 根据 秘 密信 息嵌 入域 的 不 同， 图像信 息 隐藏算 法 主要 分为 两 大类 ： 空域信 息 隐藏 算法 和变 换 域信 息 隐藏算 法 ，二者 在数 据 的 嵌入 原 理上 有根 本 的 区别 。基 于 空域 的信 息 隐藏 算法 通过 直 接 改变 图像 某 些像 素 的值 来嵌 入信 息 ，具有 较 大的容 量和 较好 的不 数字 图像 大量存 在 ， 因而 被 研究 最 多 的是 图像 中 的信 息 隐藏 ，而 可见 性 ，但 是安 全性 不 高；基 于 变换 域 的信 息隐藏 算法 通过 改 变 且 ，图像信 息 隐藏所 研究 的 方法 往往 经过 改 进可 以轻 易地 移 植到 某 些 图像变 换域 的 系数 来嵌 入信 息 ，变换 域 的方法 在近 来 以至 今 其 他 的载 体 中…，是 研 究其 他载 体 的 隐藏算 法 的基 础 。 因此 ，对 后 ，都 是信 息隐 藏算 法 的主流 。 基 于数 字 图像 的信 息隐藏 技 术 的研 究成 为 了当前 信 息隐藏 领 域 的 （ ）空域信息 隐藏 技术 。空域隐藏 技术是 指将秘 密信息 嵌入 一 个研 究热 点 。 数字 图像 的空间域 中， 即对 像素 灰度值进 行修改 以隐藏秘 密信 息。 二 、基 于数 字 图像 的信 息隐藏 基 础知 识 １ Ｌ Ｂ 法 。最低 有效 位 （ ｅ ｓ ｉ ｎ ｆ ｃ ｎ ｉ ｓ Ｓ ） ．Ｓ 算 Ｌ ａ ｔ Ｓ ｇ ｉ ｉ ａ ｔ Ｂ ｔ ，Ｌ Ｂ （ ）数字 图像 的概 念 。随 着数 字技 术 的不 断 发展和 应 用 ， 一 方法 是 最早 提 出来 的最 基本 的空 域 图像信 息 隐藏 算法 ，许 多其 它 许 多信 息都 可 以用数 字形 式 进行 处理 和存 储 ，数 字 图像就 是 以数 的 空域 算法 都是 从它 的基 本 原理进 行 改进扩 展 的 ，使得 ＬＢ方 法 Ｓ 字形式 进行 存储 和处 理 的 图像 。数 字 图像 可 看作 是平 面 区域 上 的 成 为使用 最 为广 泛 的隐 藏技 术之 一 。其 原理 是最 不重 要数 据 的调 ｔ， ￣ Ｓ 二元 函数 Ｚ Ｆ （ ，ｙ ，（ ，ｙ ＝ Ｘ ） ｘ ）∈Ｒ 。在 绝 大多数 情 况下 区域 Ｒ 是 整对 载 体 图像 的影 响ｑ ｄ ，在视 觉 上无法 察 觉 。Ｌ Ｂ 算法 中 ，载 Ｓ ，然后 根据 要嵌 入 的秘密 数据 修 改为 个矩 形 。对 Ｒ中任 意 的点 （ ，Ｙ ，则 Ｆ（ ，Ｙ ｘ ） ｘ ）代 表 图像 的信 体 图像 的 ＬＢ平 面先 被置 ０ “ ”或不 变 ，直 至嵌 入完 成 。嵌入 数据 后 ，载体 图像 部 分像 素的 １ 息 （ 灰度 值 ， Ｇ 量值 等 ） 表 示 图像 的二 元 函数有 其特 殊 性 ， 如 ＲＢ分 。 最低 一 个或 多个 位平 面 的数值 被秘 密信 息所 替 换 。 这 就 是相 关性 。在 图像 被数 字化 之后 ，ＺＦ（ ，ｙ ＝ ｘ ）则相 应 于一 个 ＬＢ 算 法每 个 像素 点可 以隐藏 一 比特 、两 比特 甚 至三 比特 的 Ｓ 矩 阵 ，其 元素所 在 的行 与列 对应 于 自变 量取 值 ，元 素本 身代 表 图 信 息 ，达到 了一 个较 大 的隐 藏容 量及 较 好的 不可 见性 ， 随机 间隔 像 信 息 。（ ）数字 图像信 息 隐藏模 型 。图像信 息 隐藏 通过将 秘 密 二 法选 择 嵌入 位置 提 高 了算法 的秘 密 性 ，这 些特 点 为信 息 隐藏算 法 信 息做 适 当的 预处 理后 ，利 用合 理 的嵌 入机 制将 信 息 隐藏在 可 公 的研 究 提供 了一 定 的参 考 。但是 ，Ｌ Ｂ 算法 鲁棒 性较 差 ，给应 用 Ｓ 开的 图像媒 体 信息 中 ，达 到 传递 秘密 信 息 的 目的 ，即信 息 隐藏将 带 来 了一定 的 限制 。 “ 在通 信 ”的事 实 隐蔽起 来 ，从而 逃 过拦 截 者 的破 解 。信 息 隐 正 ２ Ｐｔ ｈｏ ｋ 法 。另一 种 空域信 息 隐藏算 法 是 Ｂｎ ｅ ．ａ ｃｗ ｒ 算 ｅ ｄｒ等提 藏 必然 会 引起载 体 图像 一定 的 失真 ，如 果 失真过 大 就会 被视 觉感 出的直 接扩 频 隐藏 算法 Ｐ ｔ ｈ ｏ ｋ ａ ｃ ｗ ｒ 。扩 频算 法为 图像 像素 添加 噪 知， 因此 不可 见性或 者 说不 可感 知 性是 衡量 信 息隐藏 技 术 的重 要 声 ，并 且不 需要 改变 噪 声 的统计 特 征就 可 以在每 个 噪声成 分 中隐 标 准 藏 一个 比特 。算 法 步骤 如下 ：（ ）用 一个 密钥 Ｋ初 始化 一个伪 随 １ 图像信 息 隐藏将 秘密 信 息 隐藏或 变 换成 另一 非机 密 性 的图像 机 数发 生器 ；（ ）根 据 随机 数发 生器 的输 出 ，随机 选取 ｎ个像 素 ２ 文件 中， 使得 加入 秘密 信 息 的 目标 图像 看起 来 难 以察觉 到有 变 化 ， 对 ，其 灰 度 值表 示为 （ ｔ ；（ ）令 ｑ ＝ ｉ ｌ ＝ 一 ，完 成 信 ａ，ｂ ） ３ ａ ， 岛１ ＋ 这 种 隐藏 的可 能性 除 了来 自于人 眼视 觉 的掩 蔽特 性 外 ，还有 一��
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（ｈ ｎ ｚ ｏ ｓｉｔ ｆ ｅｏ ａ ｔａ Ｉ ｕ ｔ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｎ ｚ ｏ ４ ０ ４ ，ｈｎ ） Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕＩ ｔｕｅｏ ｒｎ ｕｉ ｌｎ ｓｒ Ｍａ ａ ｅ ｎ， ｅ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ６Ｃ ｉ ｎ ｔ Ａ ｃ ｄ ｙ Ｚ ａ
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计算 机 光盘 软件 与应 用
多 媒 体 技 术 及 应 用
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２ １ 年第 １ ０研究
司应 硕 ，杨 文 涛 ， 张 森 （ 州航 空 工 业 管 理 学 院 ，郑 州 ４ ０４ 郑 ５ ０６） 摘 要 ：随着信 息媒 体 数 字化和 网络 通信 技 术 的发展 ，信 息传输 的安 全性 越 来越 受到 人们 的 重视 。本 文 以基 于数 字 图 像 的信 息 隐藏 技 术作 为研 究 内容 ，研 究分 析 了空域 图像 信 息 隐藏和 变换 域 图像 信 息 隐藏 的 几种 常 用算 法的优 缺 点 ，为深入 的研 究 奠定 了坚 实的基 础 。 关键 词 ：数 字 图像 ；信 息 隐藏 ；空域 ；变换域