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基于数字图像的信息隐藏技术研究

曹卫兵  
【摘要】: 网络技术的飞速发展,为信息的传播和利用提供了极大的方便;与此同时,也面临着信息安全问题的巨大挑战。如何保护信息在传输过程中的安全,已经成为人类所面临的重要课题。传统的解决方案是对传输的消息进行加密处理,但是随着计算机处理速度的日益提高和并行处理技术的发展,对加密算法进行破译已经不再是不可能的事情。因此,寻找一种解决信息安全传输问题的新方案已成为信息时代人类所面临的重要问题之一。 信息隐藏技术提供了解决这个问题的一种新方案,它把要传输的信息隐藏起来。与信息加密技术相比,它隐藏了通信过程及通信双方的存在,使得一些非法的窃取者即使截获一些信息,也无从下手,因为他们无法判断是否存在秘密信息。而通常加密方法则不同,它是把消息变成了一些人类无法识别的乱码,拥有正确密钥的人才能解密出信息。但是网络上的窃听者一旦截获这些信息,他们就得到了秘密消息的另外一种形式,余下的工作就是怎么破译出秘密消息。 目前信息隐藏技术大部分的研究工作集中在数字水印技术,而用于秘密通信的隐秘术也逐渐引起人们的兴趣。本文从工程实用的角度出发,研究了在图象、文本和音频中信息隐藏的技术。本文所做的创新工作总结如下: 1 数字图象置乱 数字图象置乱起源于经典的密码学早期所使用的一些密码算法,把数字图象看成一个二维的矩阵,对这个矩阵进行排列变换,使数字图象变成一幅杂乱无章的图象,达到对图象进行扰乱的目的。它与加密思想类似,图象在进行置乱时,也可以象加密算法那样使用密钥,使得只有拥有正确密钥的合法用户才能访问图象。如果是非法的破译者,则他需要耗费巨大的代价来破解置乱后的图象。 这部分中,本文提出了基于密码学算法的图象置乱方法和基于混沌序列的图象置乱方法,并把电视信号加密方法应用到数字图象置乱中去。实验和仿真结果证明,这些算法都具有较好的置乱效果。 2 数字图象中的信息隐藏 由于数字图象中包含了大量的冗余信息,结合人的视觉特性,我们可以把一些重要的秘密信息隐藏于图象中,而不会引起图象的失真,达到了对信息进行秘密传输的目的,在很大程度上保护了秘密传输的消息。这些要传输的秘密信息可以是文字信息也可以是图象信息,隐藏的位置可以是图象的空间域或频率域内。 在空间域内,利用人的视觉特性,本文提出了基于图象方差、图象平坦测度和基于模糊分类的隐藏算法,同时提出了基于关系、基于差值矩阵和基于密码算法的隐藏方法,并提出了备份隐藏和伪装隐藏两种隐藏方案。在频率域内,我们研究了基于DCT变换的信息隐藏技术,提出了改进的DCT自适应隐藏算法、DCT域奇偶性嵌入算法和改进的融合算法,同时提出了差值矩阵的DCT域隐藏算法,给出了这些算法的信息嵌入与恢复过程,并对频率域内的这些隐藏算法的鲁棒性进行了分析。 3 认证数据隐藏技术 网络中的传输信息可以分为两类,一类是可以经受篡改的信息,如图象,在篡改后只要不影响大致的内容及其使用价值,我们仍然认为这是可以接受的;另一类是文本信息,如果这些信息是经过加密处理的,经过篡改后所恢复的信息则 与原始秘密信息大相径庭。信息隐藏同样也存在这样的问题,如何对图象进行篡 改检测及篡改定位是认证技术研究的重要课题。本文提出了结合空域和小波域的 信息隐藏算法,采用频率域进行篡改检测和空域进行篡改定位的方法,实验结果 表明本文所提出的方法具有良好的识别篡改的能力。 4文本及音频信息隐藏 众所周知,文本由于其自身的特点,难以在其中进行信息隐藏,而且在文本 中进行隐藏的方法大都不能自动完成,需要人工的干预才能提取出隐藏的信息。 结合文本的特点,本文提出了采用标点符号和字体分别进行信息隐藏的技术,具 有较大的信息容量和良好的不可察觉性。在音频方面,我们探讨了融合方法在音 频中的应用,提出了数据本身奇偶性的音频隐藏方法,取得了较好的隐藏效果。


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