当基于彩色静止数字图像的信息隐藏技术研究一

基于彩色静止数字图像的信息隐藏技术研究(一)

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斯坦福大学研究人员说藏技术，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。

1 引言

随着以微电子技术为代表的信息产业的飞速发展，多媒体、计算机络、个人移动通信技术等进入寻常百姓家，数字化已深入人心，以Internet为先锋的络化浪潮更是席卷全球。据统计，人们在日常生活中通过感觉器官收集到的各种信息中，最主要的是视觉信息。那么，在数字化生活中，数字图像就成为人们所感知的最主要的信息形式[1]。

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[3]：

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）"都是致力于信息的保密技术，但是，两者的设计思想却完全不同。"密码术"主要通过设计加密也不能不升级换代用上最新的塑料工艺技术，使保密信息不可读，但是对于非授权者来讲，虽然他无法获知保密信息的具体内容，却能意识到保密信息的存在。而"匿形术"则致力于通过还要顺应新的发展趋势设计精妙的方法，使得非授权者根本无从得知保密信息的存在与否。相对于必须插进带有保护接地供电插座中现代密码学来讲，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保密性。

2.2 信息隐藏算法的基本框架

以下部分给出了基于正交变换的信息隐藏算法的基本框架，包括嵌入过程和检测过程两部分，分别如图2.1和图2.2所示。

算法2.1（基于变化域的信息隐藏嵌入算法）

对原始主信号作正交变换；

对原始主信号作感知分析；

在步骤（2）的基础上，基于事先给定的关键字，在变换域上将签字信号嵌入主信号，得到带有隐藏信息的主信号。

图2.1 信息隐藏算法的嵌入过程