简单信息隐藏技术的实现与讨论.doc

图像的信息隐藏实现 引言 数字图像的信息隐藏技术是数字图像处理领域中最具挑战性、最为活跃的研究课题之一。本文概述了数字图像的信息隐藏技术，并给出了一个新的基于彩色静止数字图像的信息隐藏算法。 数字图像可分为静止图像和动态图像两种，后者一般称为视频图像。视频图像的每一帧均可看作是一幅静止图像，但是这些静止图像之间并不是相互孤立的，而是存在时间轴上的相关性。静止图像是像素（Pixel）的集合，相邻像素点所对应的实际距离称为图像的空间分辨率。根据像素颜色信息的不同，数字图像可分为二值图像、灰度图像以及彩色图像。数字图像的最终感受者是人的眼睛，人眼感受到的两幅质量非常相同的数字图像的像素值可能存在很大的差别。这样，依赖于人的视觉系统（Human Visual System，HVS）的不完善性，就为数字图像的失真压缩和信息隐藏提供了非常巨大的施展空间。 信息隐藏与信息加密是不尽相同的，信息加密是隐藏信息的内容，而信息隐藏是隐藏信息的存在性，信息隐藏比信息加密更为安全，因为它不容易引起攻击者的注意。 2. 信息隐藏技术综述2.1信息隐藏简介 信息隐藏（Information Hiding），也称作数据隐藏（Data Hiding），或称作数字水印（Digital Watermarking）。简单来讲，信息隐藏是指将某一信号（一般称之为签字信号，Signature Signal）嵌入（embedding）另一信号（一般称之为主信号，Host Signal，或称之为掩护媒体，cover-media）的过程，掩护媒体经嵌入信息后变成一个伪装媒体（stegano-media）。这一嵌入过程需要满足下列条件： ·签字信号的不可感知性（Imperceptibility）。换句话讲，签字信号嵌入后，主信号的感知特性没有明显的改变，签字信号被主信号隐藏了起来。 ·签字信号的鲁棒性（Robustness）。签字信号对主信号的各种失真变换，如失真信号压缩、仿射变换、加噪、A/D或D/A转换等，以及各种恶意性攻击（Malicious Attack），都应体现出一定的鲁棒性。除非主信号的感知特性被明显的破坏，签字信号将很难被去除。 ·一般来讲，签字信号的嵌入不增加主信号的存储空间和传输带宽。也就是说，签字信号嵌入后，表面上很难觉察到信息的改变。 信息隐藏的发展历史可以一直追溯到匿形术（Steganography）的使用。匿形术一词来源于古希腊文中隐藏的和图形两个词语的组合。虽然匿形术与密码术（Cryptography）都是致力于信息的必威体育官网网址技术，但是，两者的设计思想却完全不同。密码术主要通过设计加密技术，使必威体育官网网址信息不可读，但是对于非授权者来讲，虽然他无法获知必威体育官网网址信息的具体内容，却能意识到必威体育官网网址信息的存在。而匿形术则致力于通过设计精妙的方法，使得非授权者根本无从得知必威体育官网网址信息的存在与否。相对于现代密码学来讲，信息隐藏的最大优势在于它并不限制对主信号的存取和访问，而是致力于签字信号的安全必威体育官网网址性。 2. 信息隐藏的关键技术 信息隐藏技术的关键在于如何处理签字信号的鲁棒性、不可感知性、以及所嵌入的数据量这三者之间的关系。判断信息隐藏算法优劣的一般衡量准则为： 1). 对于主信号发生的部分失真，签字信号是否具备一定的鲁棒性。 2). 对于有意或无意的窃取、干扰或去除操作，签字信号是否具备一定的抵抗能力，从而保证隐藏信息的安全可靠和完整性。 3). 签字信号的嵌入是否严重降低了主信号的感知效果。 4). 数据嵌入量的大小。 对于某一特定的信息隐藏算法来讲，它不可能在上述的衡量准则下同时达到最优。显然，数据的嵌入量越大，签字信号对原始主信号感知效果的影响也会越大；而签字信号的鲁棒性越好，其不可感知性也会就随之降低，反之亦然。由于信息隐藏的应用领域十分宽广，不同的应用背景对其技术要求也不尽相同。因此，有必要从不同的应用背景出发对信息隐藏技术进行分类，进而分别研究它们的技术需求。根据应用背景的不同，信息隐藏技术大致可分为三类: （1） 版权保护（Copyright Protection） 到目前为止，信息隐藏技术的绝大部分研究成果都是在这一应用领域中取得的。信息隐藏技术在应用于版权保护时，所嵌入的签字信号通常被称作数字水印（Digital Watermark）。版权保护所需嵌入的数据量最小，但对签字信号的安全性和鲁棒性要求也最高，甚至是十分苛刻的。为明确起见，应用于版权保护的信息隐藏技术一般称作鲁棒型水印技术，而所嵌入的签字信号则相应的称作鲁棒型水印（Robust Watermark），从而与下文将要提到的脆弱型水印区别开来。而一般所提到的数字水印则多指鲁