数字图像隐写与隐写分析技术的研究
随着互联网的广泛使用以及信息隐藏技术的日渐成熟，
大量的隐写方法如雨后春笋般冒出 , 用户通过互联网可以轻 松便捷地获取多种隐写工具，其操作简单、容易上手。如果 滥用这些工具，便会对网络信息安全产生严重的威胁，因此， 人们对反隐写技术的需求在不断增加。隐写分析是一项反隐 写术的技术，它具有重要的现实意义，近年来，正成为信息 安全领域一个新的研究热点。
2018 年第 12 期
信息与电脑 China Computer&Communication
信息安全与管理
数字图像隐写与隐写分析技术的研究
魏程程 （西安工业大学，陕西 西安 710021）
摘 要：近年来，随着全球信息化水平的不断提高和信息安全的重要性日趋增强，隐写分析成为信息安全领域的一 个新的重要研究热点。隐写分析技术，是对嵌入秘密信息导致的载体信息的一些统计特征的变化进行分析，来判断载体 中是否隐藏有秘密信息。隐写分析技术在网络信息过滤、维护社会稳定、国家的安全发展等方面具有十分重要的现实意义。
Key words: steganography; steganalysis; information security
１ 引言
隐写术作为信息隐藏的一个重要分支，现已成为信息安 全领域的重要研究内容之一，与密码学的不同之处在于，隐 写术是把特定的秘密信息隐藏在某个公开的信息（载体信号） 里，其中嵌入的秘密信息既不会改变载体信号的视听觉效果， 同时，也不会改变载体文件的格式和大小，外观的表现仍旧 是载体信号（公开信息）的内容和特征，有公开的信息作掩护， 因此，第三方不会觉察出秘密信息的存在，从而实现了隐蔽 通信。
现实生活中有很多不同的数字载体（图像、视频、音频 等）供隐写术使用，其中使用最广泛的是数字图像。隐密图 像是指图像中隐藏有信息，而载体图像指的是图像中没有隐 藏信息。隐写术既可以满足合法的利益，也可能被人们滥用， 例如，公众可以利用其来保护隐私，也可以保障政治、军事、 经济等重要信息在公共传输过程中的安全性和可靠性，而恐 怖分子可能用它来在互联网上传播恐怖主义的信息，从而隐 写术也成为了犯罪分子进行非法活动的工具和手段。
２ 隐写术
数字隐写术，作为信息隐藏的重要分支，就是把需要保 密传递的信息隐藏在一些数字载体中，就载体本身而言，并 没有发生太大的改变，不会引起人们的怀疑，从而达到信息 隐藏的目的。
隐写术具有如下基本特征。 （1）不可察觉性（Imperceptibility）。隐写术利用信源 数据的自相关性和统计冗余特性，把隐秘信息嵌入载体中， 指嵌入的隐秘信息不能使原载体的品质发生明显改变，不会 影响原载体的使用价值，也就是说隐密对象与载体对象在人 类的视觉和听觉系统下都是不可区分的。不可察觉性有时也 被称为透明性。
作者简介：魏程程（1987-），女，陕西西安人，硕士研究生，助理工程师。研究方向：网络信息安全。
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信息安全与管理
信息与电脑 China Computer&Communication
2018 年第 12 期
（2）不可检测性（Undetectability）。指隐密对象与载 体对象保持的一些特征所具有的一致性。例如，它们的统计 噪声分布的一致性，这样的图像若是被非法拦截，从数学的 角度分析数据特点对判别载体中是否隐藏信息是无效的。
（3）鲁棒性（Robustness）。鲁棒性反映了隐写术的抗 干扰能力，是指如果隐藏后的数字媒体经过了某些不具破坏 性的修改之后，仍能提取出所嵌入的秘密数据，保持了原有 数据的完整性和可靠性。所谓修改包括：传输过程中的信道 噪声、有损压缩、滤波操作、重采样等。
（4）信息嵌入量（Capa前提下，数字载体中可以隐藏秘密信息 的最大比特数。
关键词：隐写术；隐写分析；信息安全 中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2018）12-213-03
Research on Digital Image Steganography and Steganalysis
Wei Chengcheng
(Xi'an Technological University, Xi'an Shaanxi 710021, China)
Abstract: In recent years, with the continuous improvement of the global informatization level and the increasing importance of information security, steganalysis has become a new and important research hotspot in the field of information security. Steganalysis technology analyzes the change of some statistical characteristics of the carrier information caused by the embedded secret information to judge whether the hidden information is hidden in the carrier. Steganalysis technology has very important practical significance in network information filtering, maintaining social stability, and national security development.
信息隐藏技术中的隐写分析方法研究
信息隐藏技术中的隐写分析方法研究随着信息技术的快速发展，信息隐藏技术逐渐成为保护信息安全的重要手段之一。
其中，隐写术作为信息隐藏技术的一种，可以在不引起注意的情况下将信息嵌入到其他的媒体中，是一种高效而隐蔽的方式。
然而，隐写术的广泛应用也催生了对其安全性的担忧，因此隐写分析方法的研究变得尤为重要。
隐写分析是指通过对嵌入信息的载体进行分析，以检测出其中可能存在的隐秘信息。
具体而言，隐写分析方法主要分为静态方法和动态方法。
静态方法是指在已知嵌入信息的载体的情况下进行分析，以便从中获取隐藏的信息。
其中，最常用的静态隐写分析方法是统计分析。
统计分析基于隐藏信息与嵌入载体数据之间的统计特性存在差异这一观点，通过计算载体图像或文本的统计特征值，如峰度、均值等来检测被隐藏的信息。
此外，还可以通过频域和时域分析等方法来分析寻找隐藏的信息。
然而，静态方法需要事先知道嵌入信息的载体，而这在现实应用中并不总是可行的。
动态方法则是指在不知道嵌入信息的载体的情况下进行隐写分析。
这种方法中最常用的是隐写预处理和机器学习方法。
隐写预处理是指通过特定的方式对载体进行预处理，以使它们更适合隐写分析。
例如，为了检测图像中的隐写信息，可以应用噪声滤波、图像脱敏等处理来提高隐写分析的准确性。
另一方面，机器学习方法可以通过训练模型来自动识别嵌入信息的载体。
例如，使用卷积神经网络（CNN）来训练分类器，以区分含有隐写信息的图像和正常的图像。
这些方法能够更好地适应实际应用中的情况，并提高隐写的分析准确性。
在实际应用中，隐写分析方法的研究还面临着一些挑战。
首先，随着隐写技术的发展和进步，嵌入信息的载体变得越来越隐蔽，检测隐写信息的难度也相应增加。
其次，隐写分析方法需要兼顾准确性和效率，能够在较短的时间内对大量数据进行分析。
此外，还需要解决对抗性隐写的问题，即制作用于欺骗隐写分析方法的载体，以阻碍隐写信息的检测。
为了应对这些挑战，近年来出现了一些新的隐写分析方法。
以数字图像为载体的隐写分析研究进展
７期王朔中等：以数字图像为载体的隐写分析研究进展１２５７图像分解得到的幅度及相位的一阶和高阶统计量，对于大量图像具有良好的一致性，而对隐写嵌入的数据灵敏度较高．他们仍用ＱＭＦ［５４］提取幅度统计量，优点是能得到最小的空域混迭，并采用一种局部角度谐波分解（ＬｏｃａｌＡｎｇｕｌａｒＨａｒｍｏｎｉｃＤｅｃｏｍｐｏ－ｓｉｔｉｏｎ，ＬＡＨＤ）估计局部相位，该方法通过向一组角度Ｆｏｕｒｉｅｒ基函数投影得到．然后采用ＳＶＭ进行分类．实验中使用４００００幅自然图像，ＪＰＥＧ压缩质量因子平均９０％，典型尺寸为６００×４００，统一取图像中部２５６×２５６区域进行测试，计算４３２维的幅度和相位统计量．使用了５种隐写工具生成含密图像：Ｊｓｔｅｇ、ＯｕｔＧｕｅｓｓ、Ｓｔｅｇｈｉｄｅ、Ｊｐｈｉｄｅ、Ｆ５，用同样的质量因子以避免二次ＪＰＥＧ压缩效应．对每一组图像，３２０００幅用于训练，８０００幅用于测试．图１２是用非线性ＳＶＭ进行检测的性能，隐蔽数据嵌入率分别为１００％、７８％、２０％、５％，在横坐标下标出．图中自点是用线性ＳＶＭ得到的结果．可见该方法可对嵌入率较高的隐写实现通用检测，而当嵌入率低时性能不佳．嵌入翠／％图１２用非线性ＳＶＭ分类器对５种隐写工具的检测结果［６ｑ（左侧的灰色矩形条说明对载体图像的正确判断率大于９９％（虚警率小于１％））另一项近期成果是Ｗａｎｇ和Ｍｏｕｌｉｎ的优化特征提取［６５。
．他们指出，在既不知道图像统计特性又不知道隐写算法的情况下，采用有监督的训练是实现通用检测的有效方法．他们从３方面来解决特征提取这一关键问题：寻求在区分有无隐写方面优于常规小波分解的图像子带表示；分析两类概率密度函数（ＰＤＦ）的特征经验矩和ＰＤＦ特征函数的经验矩，并比较它们各自的优点；讨论特征空间的降维．在虚警概率固定为１％的条件下，对含密图像的检测率至少超过其它方法１５％到５０％．他们引入了下列单一性能测度，即ＲＯＣ曲线下的面积Ａｕ。
深入解析信息隐藏技术中的隐写分析方法(三)
深入解析信息隐藏技术中的隐写分析方法信息隐藏技术是一种可以将秘密信息嵌入到数字媒体中的方法，其中隐写分析方法是一种用于检测和提取隐藏信息的技术。
随着隐写技术的发展，隐写分析方法也不断进步。
本文将深入解析信息隐藏技术中的隐写分析方法，探讨其原理和应用。
一、隐写分析的基本原理隐写分析是指通过对数字媒体进行分析以此来揭示其中的隐藏信息。
隐写分析的基本原理是通过对数字媒体的统计分析、不同领域知识的应用，以及使用特定的算法来发现嵌入的秘密信息。
这些算法可以检测和提取隐藏信息，或者通过破译嵌入算法获得被隐藏的信息。
二、隐写分析方法的分类隐写分析方法可以分为被动和主动两种。
被动隐写分析方法是指对数字媒体进行分析，通过统计特征提取、频谱分析、差异分析等技术手段来寻找隐藏信息的痕迹。
而主动隐写分析方法是指直接攻击隐藏信息的算法，破解其中的规则或算法，从而提取出隐藏信息。
三、常用的隐写分析方法1. 统计分析方法统计分析方法是一种被动的隐写分析方法，通过对数字媒体的统计特征进行分析，以此来检测和提取隐藏信息。
其中，最常见的方法是通过分析像素值、颜色分布、图像纹理等统计数据来发现隐藏信息的存在。
统计分析方法的优势在于适用性广泛，但也存在一定的局限性，例如对于隐写嵌入量较小的情况，很难通过统计分析方法进行有效检测。
2. 频谱分析方法频谱分析方法是一种被动的隐写分析方法，通过对数字媒体在频域上的特征进行分析，以此来检测和提取隐藏信息。
频谱分析方法可以通过检测原始媒体和隐写媒体在频域上的差异，从而揭示隐藏信息的存在。
这种方法往往对于对嵌入量较小的信息更为敏感。
3. 差异分析方法差异分析方法是一种主动的隐写分析方法，通过攻击隐藏信息的算法，从而提取隐藏信息或破译嵌入算法。
差异分析方法通常需要对隐藏信息的算法进行深入研究，从而找到其中的漏洞或规律。
这种方法的优势在于能够克服被动方法的局限性，但也更加复杂和困难。
四、隐写分析方法的应用领域隐写分析方法在现实生活中有着广泛的应用。
07.1基于LSB的隐写与隐写分析
f2i1
a
2
f2i
f2i1
a 2 f2i1
f2i f2i1
2020/1/30
信息隐藏和数字水印
22
直方图补偿隐写
特点
隐写后直方图不再趋于相等，2法失效 嵌入量降低：部分载体用于补偿
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信息隐藏和数字水印
23
RS分析方法
对图像分块，以Zigzag方式扫描排列成一个 向量（x1,…,xn)
30
RS分析方法
则非负翻转后有三类像素
没有被翻转
灰度值未变，像素比例为(1-a/21b
经历一次翻转
灰度值变化1，像素比例为(1-a/2ba/21 ba/2bab
经历二次翻转
灰度值回到原始值，像素比例为ab/2
隐写像素 隐写灰度值变化比 翻转比例 不变比例 F1比例 F0比例
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信息隐藏和数字水印
32
RS分析方法
如果对隐写图像进行非正翻转，也有三类 像素
没有翻转的 经历一次翻转的 经历二次翻转的
F1和F-1，像素值变化为2，两次翻转不会抵消
所以， R-M与S-M的差距不会随a增大而减小
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信息隐藏和数字水印
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RS分析方法
RS分析失效
抗GPC分析性能：
修改像素值时，穿越P0和P1平面簇的可能性相 同
GPC分析失效
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信息隐藏和数字水印
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改进的LSB隐写
抗卡方分析性能：
灰度为 j 的像素中会有大约一半不变，大约四 分之一变为j+1，剩余大约四分之一变为 j-1
深入解析信息隐藏技术中的隐写分析方法(五)
信息隐藏技术是在数字信息传输时，将隐藏的信息嵌入到载体中，以达到保密或传递额外信息的目的。
其中隐写分析方法是一种重要的技术手段，通过分析和破解隐写术，揭示隐藏信息的内容。
本文将深入解析信息隐藏技术中的隐写分析方法，包括隐写术的分类和常见隐写分析方法。
一、隐写术的分类在信息隐藏技术中，隐写术按照嵌入位置的不同可分为物理层隐写术、数字信号隐写术和网络隐写术。
1. 物理层隐写术物理层隐写术是一种基于物理媒介的隐写技术，利用物理媒介的特性进行信息隐藏。
典型的例子是利用水印技术隐藏信息，如数字版权保护、图像认证等。
2. 数字信号隐写术数字信号隐写术是一种在数字信号中嵌入隐藏信息的技术，常见的载体包括图像、音频、视频等。
比较典型的隐写术有LSB隐写术和DCT隐写术。
LSB隐写术通过改变图像的最低有效位来嵌入信息，而DCT隐写术则是将信息嵌入到图像的DCT系数中。
3. 网络隐写术网络隐写术是一种通过网络传输隐藏信息的技术，常见的载体包括邮件、网页、文件等。
在网络隐写术中，常见的隐写手段有文本隐写、音频隐写和视频隐写。
其中，文本隐写是指将信息嵌入到文本中，音频隐写是将信息嵌入到音频文件中，视频隐写则是将信息嵌入到视频文件中。
二、隐写分析方法隐写分析方法是指通过分析和破解隐写术，揭示隐藏信息的内容。
根据隐写术的分类，隐写分析方法也可以分为物理层隐写分析、数字信号隐写分析和网络隐写分析。
1. 物理层隐写分析物理层隐写分析主要针对物理媒介进行分析，通过对物理特性的探测和对隐藏信息的提取，揭示隐藏信息的内容。
常见的物理层隐写分析方法包括频域分析、时域分析和空域分析。
频域分析利用频谱特征对隐藏信息进行检测，时域分析则利用隐藏信息的时间相关特性进行分析，空域分析则是对物理媒介进行形态学和统计学的分析。
2. 数字信号隐写分析数字信号隐写分析主要通过对嵌入载体进行检测和对隐藏信息的提取，揭示隐藏信息的内容。
常见的数字信号隐写分析方法包括统计分析、时频分析和信息熵分析。
DCT域数字图像隐写实现与讨论
JSteg隐写实例
利用JPHide&seek工具进行隐写
F5隐写实例
程序目录：
键入隐写命令
原目录中出现新的jpg图像，即隐写后的图像out.jpg
将隐写前后两张图片进行对比：
隐写前 隐写后
键入提取命令
将提取的信息与隐写的信息对比：
谢谢欣赏
F5的特点
隐藏信息量大 高效 抵抗x2检测 利用了常见的图像格式（JPEG）
OutGuess隐写
和JSteg相同的是，OutGuess也是在量化后不为0或1的DCT系数的 LSB嵌入秘密信息。不同的是OutGuess在选取冗余比特时，尽量选取 与秘密信息较为仅仅的冗余比特序列，而且在嵌入后要对嵌入引起的 直方图改变进行修正。 OutGuess算法是Niels Provos针对Jsteg类算法的缺陷提出的一种方 法，主要分两个部分: 嵌入过程不修改DCT系数值为0，1的DCT系数，利用伪随机数发 生器产生间隔以决定下一个要嵌入的DCT系数的位置。（随机间 隔） 纠正过程消除对效应的出现，方法是利用那些未被修改的DCT系 数进行修改来维持直方图保持不变
MB隐写
Phil Sallee于2004年提出了基于模型（MB）的隐写框架，是隐写安 全性研究成果与隐写方法设计的良好结合。 基本思想： 将载体信安建模为由两部分组 成的随机变量X=（ Xdet,Xindet），其中Xdet和Xindet分别表示确定的和非确定的部分 。隐写时，只更改Xindet，从而保持它的分布不变，而且将确保隐秘 对象的非确定部分服从一定的分布模型。
典型的几种DCT域隐写方法：
1、 JSteg隐写 2、 F5隐写 3、 OutGuess隐写 4、 MB隐写
信息隐藏技术 第三章 隐写与隐写分析PPT课件
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2k if m 2k 2
m
0, w
1:
f
2k 2
if
m 2k 1and r 2
,
2
k
2
2
if
m 2k 1and
r 2
2(k 1) if m 2k 1 2
m
0, w
0
:
f
2k 2
if
m 2k and
r 2
.
2
(
k
1)
2
if
m 2k and
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22
1位
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2位
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3位
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4位
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5位
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4位+随机置乱
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4位
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LSB算法的特点
•LSB是一种大容量的数据隐藏算法 •LSB的鲁棒性相对较差
•Steganalysis
The goal of steganalysis is to identify suspected packages, determine whether or not they have a payload encoded into them, and, if possible, recover that payload.
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2 分析
•以灰度图像为例
设图像灰度值为j的像素数为hj, j[0,255]。 那么隐写过程，相同：不变；不相同：2i 2i1。 完全替代：h2i和h2i1的值比较接近； 未经密写：h2i和h2i1的值相差得远一些。
信息隐藏与隐写分析技术
隐写特征的实例，嵌入机密的调色盘依亮度排序后，所呈现的
不寻常分组特征，这个特征也等于是暴露了机密信息的存在性。
9
第9章 信息隐藏与隐写分析技术
(a)
(b)
图9-2 一个S-Tools隐写特征的实例
(a) 排序前调色盘；(b) 排序后调色盘
而主动方式是指Eve在检测判别过程中可以对通信信息进行
所有他期望的修改。一个保守或激进的狱警可能会通过采用
修改所有通信信息来破坏可能存在的隐匿通道。
9
第9章 信息隐藏与隐写分析技术
9
隐写分析技术可以根据事先知道信息的多少分为下面几类：
(1) 非纯载体分析：包含隐信息的非纯载体是惟一的分析
信息源。
(2) 知道纯载体的分析：不含隐信息的载体和非纯载体都
的变化。
9
9
第9章 信息隐藏与隐写分析技术
Alice
安全通道
密钥
密钥
Bob
HIS或 VIS
嵌入算法
隐信息
载体信息
1
公共通信信道
提取算法
0
Eve
检测
HIS或 VIS
图9-1 信息隐藏的一个通用模型
隐信息
第9章 信息隐藏与隐写分析技术
9
2．隐写技术分类
隐写技术是一种新兴的知识领域，尽管还处在发展阶段，
9
在上面的例子中只有一半的最低位发生了变化，用斜体
标出。LSB算法可以用来替换图像中的RGB编码、BMP和GIF
格式的调色板、JPEG中的系数和音频的脉冲调制编码等。由
于理论上只有一半的最低位发生变化，因此用LSB算法替换后
基于数字图像LSB隐写算法的研究..
《新技术讲座》课程课程大作业作业名称：基于数字图像LSB隐写算法的研究姓名：其他组员：学号：班级：完成时间： 2013 年 11 月 2 日基于图像LSB隐写算法的研究（XX大学XX学院XX XX地联系方式）摘要:本文先对信息隐藏技术、隐藏模型、隐写术、隐写算法等进行了简单介绍，然后借助软件matlab7.0，采用空域隐写算法LSB将秘密信息嵌入数字图像，完成隐写；接着将嵌入的秘密信息提取出来，通过计算其峰值信噪比PSNR来评估该隐写算法的不可感知性，证实了LSB嵌入时在图像的最不重重要位加载秘密信息,一定程度上加强了秘密信息的不可感知性；再通过缩小和放大二倍来分析隐写算法的鲁棒性，试验结果表明,该算法计算量低,在低嵌入率时检测结果准确,优势明显,而对嵌入率较高的载秘图像,需要修正后才能达到常规检测的标准；最后，在实验总结基础上提出了一些建议，并对未来进行了展望。
关键词:信息隐藏技术隐写算法 LSB 信息嵌入信息提取 PSNR 不可感知性鲁棒性第一部分1.引言随着计算机技术、信息处理技术和计算机网络技术的飞速发展,Intemet在世界范围内得到了大力推广,各种数字信息的制作、传输、存储和处理由此变得越来越简单。
通过互联网,人们可以快捷高效地获得图像、声音和文本等各种多媒体数据,分享海量的信息资源。
各种机密信息,如个人的信用卡账号逐渐在网络通信中出现。
然而,全球互联网是一个开放的系统,虽然普通用户可以通过网络方便、快捷地交流信息,但是随之而出现的问题也十分严重：个人的隐私的安全如帐号、个人信息、密码口令、电子邮件等能否得到保障；多媒体作品的版权能否得到应有的保护；电子商务中的企业机密能否不被商业间谍所窃取；涉及到国家安全、政府绝密的文件在网络中能否被安全地传输等。
因此,蓬勃发展的网络使得信息传输和交流更加简单易行的同时,也对关系国家安全、经济发展乃至个人隐私等方而的信息安全提出了更高的要求。
国内外各界已经高度重视如何在既能有效地保证各种信息的安全这个大前提下，也能充分利用Internet便利的问题，由此一门新兴的交叉学科——信息隐藏诞生了。
论信息隐藏中的隐写技术研究
论信息隐藏中的隐写技术研究隐写技术是一种利用信息隐藏技术来实现信息传输机密性的方法。
其目的是在不依赖于加密算法的基础上，将传输的信息嵌入到其它看似普通的媒介中。
这样，除了本来的接收者以外，其他人无法知道这个信息的存在。
隐写技术广泛应用于信息安全、军事领域和商业领域等重要领域。
接下来，我们将探讨信息隐藏中的隐写技术研究。
一、基本原理隐写技术是一种通过改变样本载体的形式或内容，以隐藏信息的方法。
其基本原理是在不影响载体的形式和内容的情况下，将信息嵌入到载体的某些细节中去。
主要有以下几种类型：文本隐写、图像隐写、音频隐写、视频隐写等。
具体来讲，文本隐写是利用电子文本中的空格、字符、文本偏移等隐藏信息。
图像隐写是通过利用图像像素点的灰度值、颜色值和高频成分隐藏信息。
音频隐写则是利用音频波形的幅度、噪声等隐藏信息。
而视频隐写则是通过利用视频序列中的关键帧、差异帧、动态追踪等方法隐藏信息。
二、隐写技术的研究发展历程隐写技术可以追溯到古代时期，如古希腊时期，人们就已经使用纸张等载体来隐藏情报。
而在现代信息技术复杂和高速发展的背景下，随着各种传媒的相互融合与互联网的普及，隐写技术也得到了迅速发展。
其研究主要可以分为三个阶段：1.初期阶段初期隐写技术在20世纪70年代提出，主要是针对传统的隐藏纸张、书信等载体的信息。
其思想基础来源于信息论和编码理论，其主要应用领域是军事和政治领域。
比如，在美国海军的“迪锐特行动”中，美国舰艇使用了类似于隐写技术的方法，将情报隐藏在石油中运往欧洲，在德国获得了巨大的成功。
2.中期阶段中期隐写技术的研究成果主要是在数字图像、音频和视频下的研究，主要应用领域是商业领域和安全领域。
目前广泛使用的JPEG、 GIF 和 BMP 等图片格式都支持隐写信息。
在音频方面，最常见的是在 MP3 音频中隐藏歌词或曲目信息。
而在视频领域，利用隐写技术，我们可以将信息嵌入到视频中，以防止非法复制。
3.现阶段阶段现阶段隐写技术的研究主要是为了解决安全领域下的隐写技术问题。