圖像隱寫設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隱寫術(shù)是信息隱藏的一個(gè)重要分支，是目前信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。作為一種新興的密碼技術(shù)，隱寫術(shù)主要研究如何將消息隱藏于公開(kāi)的多媒體數(shù)據(jù)中以實(shí)現(xiàn)隱蔽通信和安全存儲(chǔ)。目前隱寫術(shù)已成為保障國(guó)家信息安全、軍事通信安全以及保護(hù)個(gè)人隱私等的重要技術(shù)手段。而數(shù)字圖像是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的載體類型之一。因此，研究以數(shù)字圖像為載體對(duì)象的隱寫術(shù)即圖像隱寫術(shù)的設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文緊緊圍繞圖像隱寫術(shù)的兩個(gè)核心問(wèn)題：隱寫編碼和

2、對(duì)載體圖像特性的認(rèn)知，著重對(duì)隱寫編碼的設(shè)計(jì)與應(yīng)用和自適應(yīng)圖像隱寫術(shù)的分析與設(shè)計(jì)展開(kāi)了深入研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了基于空域嵌入失真模型的修正矩陣編碼及其改進(jìn)方法。首先，定義一種空域嵌入失真模型，并將修正矩陣編碼應(yīng)用于該模型；然后，設(shè)計(jì)一種針對(duì)?1隱寫的三元隱寫編碼，并對(duì)其有效性進(jìn)行理論分析；最后，基于所設(shè)計(jì)的隱寫編碼提出基于空域嵌入失真模型的修正矩陣編碼的改進(jìn)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所定義的空域嵌入失真模型的合理性和改進(jìn)

3、方法的安全性。⑵提出了一種基于多層校驗(yàn)格編碼的圖像隱藏方法。首先，根據(jù)可重構(gòu)原則生成候選匹配分塊集合并從中為秘密圖像分塊尋找最優(yōu)匹配；然后，對(duì)于無(wú)最優(yōu)匹配的分塊，使用K均值聚類方法選出代表分塊作為其最優(yōu)匹配分塊；最后，使用Huffman編碼壓縮相關(guān)數(shù)據(jù)，使用多層校驗(yàn)格編碼完成壓縮數(shù)據(jù)的嵌入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在保證一定安全性的情況下具有嵌入容量大、載密圖像的視覺(jué)質(zhì)量良好、提取圖像與秘密圖像差異小等優(yōu)點(diǎn)。⑶提出了一種基于邊信息同步的?1

4、自適應(yīng)隱寫方法。首先，定義一個(gè)度量圖像紋理復(fù)雜度的噪聲級(jí)函數(shù)并計(jì)算載體圖像的噪聲級(jí)；然后，根據(jù)嵌入率等因素確定噪聲級(jí)的門限值，進(jìn)而確定噪聲區(qū)域；最后，適當(dāng)擴(kuò)展噪聲區(qū)域作為嵌入?yún)^(qū)域，并使用雙層嵌入編碼嵌入消息，即在嵌入?yún)^(qū)域的LSB(Least Significant Bit)層和次LSB層分別使用快速大嵌入率矩陣編碼和濕紙編碼。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可保證邊信息同步，并且具有良好的安全性和高效性。⑷提出了一種基于最小化嵌入失真的自

5、適應(yīng)隱寫方法。首先，分析Canny邊緣檢測(cè)算法的參數(shù)取值對(duì)選擇邊緣區(qū)域的影響，并根據(jù)嵌入率等因素確定參數(shù)的取值，進(jìn)而確定載體圖像的邊緣區(qū)域；然后，根據(jù)非邊緣區(qū)域內(nèi)的像素為不可修改像素、邊緣區(qū)域內(nèi)的像素為可修改像素的原則，分別針對(duì)±1隱寫和±2隱寫定義像素的嵌入失真函數(shù)；最后，對(duì)應(yīng)地使用雙層和三層校驗(yàn)格編碼嵌入消息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有良好的不可見(jiàn)性和安全性。⑸提出了一種針對(duì)彩色空域圖像自適應(yīng)隱寫術(shù)的隱寫分析方法。首先，分析灰度空域圖

6、像自適應(yīng)隱寫術(shù)直接擴(kuò)展至彩色空域圖像可能帶來(lái)的安全問(wèn)題，并指出這種直接擴(kuò)展的方式會(huì)導(dǎo)致同時(shí)修改像素的多個(gè)顏色通道的情況發(fā)生；然后，分別在紅色、綠色和藍(lán)色通道內(nèi)提取SPAM(Subtractive Pixel Adjacency Matrix)特征并進(jìn)行融合，作為顏色通道內(nèi)特征；再次，基于鄰域像素差分矩陣，構(gòu)造顏色通道間的Markov轉(zhuǎn)移概率矩陣并進(jìn)行融合，作為顏色通道間特征；最后，顏色通道內(nèi)和顏色通道間特征組合構(gòu)成最終的隱寫分析特征，使

7、用集成分類器作為特征學(xué)習(xí)和測(cè)試工具。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可有效檢測(cè)彩色空域圖像自適應(yīng)隱寫術(shù)。⑹提出了彩色空域圖像自適應(yīng)隱寫術(shù)的改進(jìn)方向，并據(jù)此提出了一種嵌入策略用于提高彩色空域圖像自適應(yīng)隱寫術(shù)的安全性。首先，針對(duì)目前彩色空域圖像自適應(yīng)隱寫術(shù)存在的安全問(wèn)題，提出了三個(gè)改進(jìn)方向；然后，提出了一種將3個(gè)顏色通道合并為一幅灰度空域圖像進(jìn)行消息嵌入的策略來(lái)改進(jìn)基于彩色空域圖像的S-UNIWARD。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)方向的合理性和改進(jìn)方法的安全性。