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JPEG图像自适应隐写技术研究

孙艺  
【摘要】:隐写术通过将秘密信息隐藏在常见载体,如文本、音频、视频、图像中,并保持嵌入的秘密信息不被人所感知,以达到在传输合法载体的同时进行隐蔽通信的目的,为保障军事信息的安全传输提供了新的思路。JPEG图像是互联网上使用最广泛的多媒体形式,JPEG自适应隐写术具有广阔的应用前景。本文根据隐写的应用场景,从提高安全性和隐写容量两方面进行了JPEG图像自适应隐写技术的研究。主要工作如下:1.提出了JPEG图像自适应隐写模型,为JPEG自适应隐写的研究提供理论支撑。通过研究秘密信息嵌入对不同内容的图像统计特性的影响,分析得出秘密信息嵌入操作与图像内容有关的结论。在此基础上提出了基于图像内容信息的JPEG图像自适应隐写模型,并对其进行了形式化描述和模型的实例验证。2.提出了动态更新失真代价的JPEG自适应隐写算法,满足了高安全性应用场合的隐写需求。首先分析了Gabor滤波器以及各向异性扩散滤波对于图像内容信息提取的优良性能,并将二者相结合,提出了初始失真代价分配方案;之后,分析了DCT系数的嵌入操作对JPEG图像块内和块间相关性的影响,在此基础上,首次提出了基于信息嵌入波动度的失真代价动态更新策略,使失真代价能够在秘密信息嵌入过程中动态地调整,结合之前提出的失真代价分配方案,实现了高安全性JPEG自适应隐写算法。实验结果表明,和同类算法相比,该算法能有效提高JPEG自适应隐写的抗统计检测性能。3.提出了基于自定义量化表与图像复杂度的分块JPEG隐写,满足了大容量应用场合的隐写需求。通过分析JPEG图像量化DCT系数的分布情况,得出了限制JPEG图像隐写隐藏容量的原因。据此提出了基于Watson视觉感知模型的自定义量化表,在减少图像质量损失的前提下增加了可嵌的DCT系数数目。之后,利用该自定义量化表,结合图像复杂度和多矩阵编码,设计了JPEG隐写算法,根据不同的图像复杂度自适应地调节秘密信息的嵌入数目。实验结果表明,该算法能在保持一定抗检测性的前提下有效提高JPEG隐写的隐藏容量。4.设计并实现了JPEG图像隐蔽通信原型系统。该系统基于Matlab平台,能够实现基于JPEG图像的隐写,并能针对不同的应用需求进行隐蔽通信,操作简单,可扩展性强。


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