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基于数字图像的信息隐藏算法研究

梁韬  
【摘要】: 随着计算机技术的发展,网络通信大量增加,信息安全也成为了人们关注的热点问题。对于新的形势,单靠加密技术已经无法满足信息安全的需要。信息隐藏技术作为信息安全的新领域,有着传统加密技术所无法比拟的优势,在隐蔽通信和计算机网络取证方面发挥着越来越重要的作用,具有广阔的发展前景。 在信息安全问题越来越突出的今天,仅靠加密技术这种手段已经无法完全解决信息安全的问题了。于是人们又将信息隐藏技术这门技术引入到信息安全这个领域,为人们提供更加安全可靠的通信手段。信息隐藏也称数据隐藏,利用人类视觉特点,将隐藏信息隐藏在载体信息的感觉冗余部分,而视觉无法发现隐藏信息的存在。 本文介绍了信息隐藏的理论知识、数字图像信息隐藏的基本概念和原理。然后针对以数字图像为载体的信息隐藏技术,提出如下三种隐藏算法: 1、提出了一种基于位匹配的信息隐藏算法:利用位匹配的方法,从载体中找出一个与隐藏信息串最相似的部分来将隐藏信息嵌入,以使得载体图像的嵌入修改量小。首先提出了在同一位平面嵌入信息的整体匹配算法与分组匹配算法,并利用了阈值筛选和二次分组的方式提高匹配算法的效率。然后对多层位平面嵌入算法进行了研究,以同一位平面匹配算法为基础,提出了一种基于多位平面嵌入信息的匹配算法,该算法结合载体串的嵌入方式,根据不同位平面的权重计算匹配的目标,对嵌入信息后的对象素进行调整,实现了多位平面的隐藏算法。实验结果表明,该算法能有效地减少载体图像的失真,在嵌入大量信息的同时,还能使载体图像保持较高的PSNR。 2、提出了一种基于变异度和抗RS分析的信息隐藏算法:算法结合了基于小波变异度的块分类算法和抗RS分析动态补偿策略,首先将图像分成8×8的分块,利用小波能量计算各分块的变异度,并利用人眼遮蔽特性根据每个分块的变异度调整各分块的嵌入深度,以提高图像的视觉质量;另一方面用逐行翻转的方式对嵌入信息后的载密图像进行动态补偿,以减少RS分析出来的嵌入估计量,起到抵抗RS分析的目的。最后通过PSNR和RS估计值来构造适应度函数,进而自适应地计算出最优的嵌入参数,使算法能同时获得较好的视觉效果和抗RS分析性能。实验结果表明,算法能在嵌入大容量信息的同时,保持较高的PSNR,并能使大多数图像的RS估计量大幅度减少。 3、提出了一种抗椒盐噪声的信息隐藏算法:由于载体图像受到椒盐噪声干扰后,提取的隐藏图像中的噪声形式比较复杂,受噪声的影响更大,直接对受损的隐藏图像进行滤波,难以达到满意的效果。论文所以通过检测载体图像上的噪声,定位出隐藏图像上可能被破坏的位,根据象素受破坏情况定义了可信度,通过邻域内象素点的可信度,计算出该象素的一个估计值,并利用该估计值对像素中不可信的位进行修正。实验表明,当载体图像受到椒盐噪声的破坏后,使用该算法能比较完整地提取出隐藏图像,与通过其他的滤波算法恢复出来的隐藏图像相比具有更好的视觉质量。


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