數(shù)字圖像下的信息隱藏技術(shù)

摘 要數(shù)字圖像信息隱藏技術(shù)屬于一種新型技術(shù)，融合了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信號處理及密碼學(xué)等，在數(shù)字圖像處理當(dāng)中是熱點(diǎn)話題，也較具挑戰(zhàn)性，其學(xué)術(shù)研究價值較高。著重研究了數(shù)字圖像下的信息隱藏技術(shù)，先闡述基于數(shù)字圖像的信息隱藏算法，借此為信息隱藏技術(shù)有關(guān)研究提供可行性參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字圖像 信息 隱藏技術(shù)

許多信息以網(wǎng)絡(luò)形式傳播，確保了信息真實(shí)性及保密性，這是研究重點(diǎn)。人們通過感官接收各類信息，尤以視覺信息居多，數(shù)字圖像是人們感知信息主要形式。信息隱藏，就是用一種技術(shù)嵌進(jìn)另外一種信號中，掩護(hù)媒體通過嵌入信息生成偽裝媒。該嵌入流程需要滿足下述條件：符號信息無法被感知。通常符號信號不易被去除，因此具有魯棒性。符號信號嵌入不增加主信號，主要為符號信號安全保密性服務(wù)。信息隱藏技術(shù)以圖像、聲音及視頻等作為載體，信息隱含在各媒體數(shù)據(jù)當(dāng)中，多采用多媒體信息變化掩蔽效應(yīng)。

1 數(shù)字圖像下的空域信息隱藏技術(shù)

因為秘密信息嵌入域存有差異，將圖像信息隱藏算法劃分為兩種類型：一種為空域信息隱藏算法，另一類則是變換域信息隱藏算法，兩者數(shù)據(jù)嵌入原理不相同。前者通過改變圖像一些像素數(shù)值實(shí)施信息嵌入，其容量較大，且不能預(yù)見，而安全性低；后者以改變某些圖像變換域系數(shù)而實(shí)施信息嵌入，后續(xù)變換域方法均為信息隱藏算法主導(dǎo)方向?？沼螂[藏技術(shù)也就是把秘密信息嵌入數(shù)字圖像空間域內(nèi)部，修改像素灰度值進(jìn)而達(dá)到將秘密信息隱藏目的。下面以LSB算法為例進(jìn)行具體分析。

早期提出的最低有效位LSB屬于一種較為基本的空域圖像信息隱藏算法，其余空域算法均是基于此原理而演變來的，使得LSB方法成為一種較普及的隱藏技術(shù)。工作機(jī)制為調(diào)整不太重要數(shù)據(jù)，視覺無法感知載體圖像影響qt～d。在此種算法中，置換載體圖像LSB平面變?yōu)?，接著參照需嵌入秘密數(shù)據(jù)調(diào)整為不變或“1”，最終結(jié)束嵌入。嵌入數(shù)據(jù)結(jié)束后，由秘密信息取代載體圖像一些像素中最低幾個或1個平面數(shù)值。這種算法中各像素點(diǎn)均能隱藏至少1比特信息，獲得了非常大隱藏容量，且不可見性良好，隨機(jī)間隔法取嵌入位置，算法秘密性較高，上述研究有助于引導(dǎo)信息隱藏算法工作的開展。但該算法魯棒性較差，限制了其應(yīng)用。

多媒體技術(shù)不斷完善，圖像多用于信息表達(dá)，數(shù)字圖像存在數(shù)目非常多，而研究較多的則是圖像中信息隱藏，一般圖像信息隱藏研究方法的完善能非常輕松將其移植到其他載體中，為其余載體隱藏算法研究創(chuàng)造了良好條件。所以，探究基于數(shù)字圖像信息隱藏技術(shù)是意義重大。

2 數(shù)字圖像下的變換域信息隱藏技術(shù)

變換域隱藏技術(shù)應(yīng)用于變化領(lǐng)域中，把秘密信息嵌入數(shù)字圖像。尤以離散傅立葉變換（DFT）及離散小波變換（DwT）等使用較多，它們在數(shù)據(jù)嵌入上，借助對載體圖像指定頻域系數(shù)的修正而實(shí)現(xiàn)嵌入目的。其借助擴(kuò)頻通信原理繼而提升隱藏系統(tǒng)的魯棒性。因為低頻區(qū)域系數(shù)改動對載體圖像感知效果構(gòu)成一定程度影響，而高頻系數(shù)極易受到損壞，所以，通常信息隱藏技術(shù)在秘密數(shù)據(jù)嵌入方面，選取對象為載體圖像中頻區(qū)域的系數(shù)，借此迎合不可感知性，且符合操作的魯棒性。

2.1 數(shù)字圖像下的基于DCT數(shù)字圖像隱藏算法

該算法大致步驟如下述：首先，二維DCT轉(zhuǎn)換載體圖像分塊，接著以秘密信息來調(diào)制DCT系數(shù)。然后，對新的系數(shù)作離散余弦反變換最終獲得隱藏圖像，結(jié)束信息隱藏任務(wù)。這種算法的魯棒性非常強(qiáng)，計算量不大，同時較好兼容國際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的JPEG格式與264格式等，其優(yōu)勢非常大，成為這些年研究重點(diǎn)。

2.2 數(shù)字圖像下的基于DFT數(shù)字圖像隱藏算法

人眼于視覺誤差允許范圍內(nèi)可接受壓縮圖像，表明基于DFT的數(shù)字圖像隱藏算法是有效的。基于DFT數(shù)字圖像隱藏算法劃分對象為多個感知頻段，接著選取合適區(qū)段將秘密信息嵌入其中。基于原始圖像傅立葉變換研究中提到：“先調(diào)制秘密信息，然后按照順次加至一些固定區(qū)域的幅值譜上”另外一些研究中提到：“通過傅里葉變換的可加性與圖象去噪原理生成了一種于頻域基礎(chǔ)上形成的三維運(yùn)動盲水印算法?！毕啾纫恍┳儞Q，傅里葉變換還有一些不相關(guān)完整特性。如空間域平移不改變幅度，僅頻域上相移；空間域旋轉(zhuǎn)角度符合引起頻域旋轉(zhuǎn)的角度；空間域尺度的縮放促使頻域尺度于相反方向縮放。上述特征均可抵消幾何攻擊。

2.3 數(shù)字圖像下的基于DWT數(shù)字圖像隱藏算法

這種算法步驟如下述：

首先，多級離散小波轉(zhuǎn)換載體圖像獲得各分辨率不同的細(xì)節(jié)子圖與逼近子圖，接著，通過秘密信息來調(diào)制DWT系數(shù)，最終，針對性對嵌入的秘密信息后小波系數(shù)進(jìn)行離散小波逆變換，結(jié)束信息隱藏任務(wù)。

通過小波變換細(xì)分原始圖像形成各頻段圖像，迎合人眼視覺特性需求，同時以不同層次實(shí)施信息的嵌入及檢測，小波變換域信息隱藏方法優(yōu)勢突出，具備時空域性，也不乏DCT變換域方法性質(zhì)，所以，此種算法是當(dāng)前研究主體方向?，F(xiàn)階段在小波變換域信息隱藏嵌入方面，以基于量化的嵌入方式及基于多分辨率嵌入方式等比較多見。因為變換域信息隱藏技術(shù)將信息嵌入頻域，其具備了抗攻擊力與變換力，促使這種方案下JPEG壓縮、打印/掃描等方面表現(xiàn)出較好魯棒性。其優(yōu)勢表現(xiàn)在下述幾個方面：

人類視覺系統(tǒng)部分特性更容易融入秘密信息編碼中，獲得較高算法魯棒性；變換域嵌入的信號能量可分布于空間域各像素上，便于確保秘密信息不被看見；交換域方法能兼容非常多國際數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到壓縮域內(nèi)隱藏算法效果，高效工作，緩解有損壓縮的壓力。

3 結(jié)束語

信息隱藏在各個領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，如信息安全及國家情報等，其地位相當(dāng)重要，推動了信息隱藏研究?；趫D像的信息隱藏技術(shù)兼具數(shù)字圖像某些特征，且不乏信息隱藏技術(shù)共性，基于圖像載體的信息隱藏技術(shù)構(gòu)成了信息隱藏研究重要一部分。本文著重探討了基于數(shù)字圖像載體的信息隱藏技術(shù)，參照信息隱藏算法大致過程，對其中涉及概念做出解釋，通過總結(jié)歸納獲得該領(lǐng)域中常見經(jīng)典算法，借此指導(dǎo)后續(xù)研究深入實(shí)施。

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作者簡介

張曌（1975-），女，碩士研究生。講師。研究方向為虛擬現(xiàn)實(shí)，數(shù)字圖像處理。

作者單位

福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院電子信息工程系 福建省福州市 350116