数字图像下的信息隐藏技术

摘 要数字图像信息隐藏技术属于一种新型技术，融合了计算机网络、信号处理及密码学等，在数字图像处理当中是热点话题，也较具挑战性，其学术研究价值较高。着重研究了数字图像下的信息隐藏技术，先阐述基于数字图像的信息隐藏算法，借此为信息隐藏技术有关研究提供可行性参考。

【关键词】数字图像 信息 隐藏技术

许多信息以网络形式传播，确保了信息真实性及保密性，这是研究重点。人们通过感官接收各类信息，尤以视觉信息居多，数字图像是人们感知信息主要形式。信息隐藏，就是用一种技术嵌进另外一种信号中，掩护媒体通过嵌入信息生成伪装媒。该嵌入流程需要满足下述条件：符号信息无法被感知。通常符号信号不易被去除，因此具有鲁棒性。符号信号嵌入不增加主信号，主要为符号信号安全保密性服务。信息隐藏技术以图像、声音及视频等作为载体，信息隐含在各媒体数据当中，多采用多媒体信息变化掩蔽效应。

1 数字图像下的空域信息隐藏技术

因为秘密信息嵌入域存有差异，将图像信息隐藏算法划分为两种类型：一种为空域信息隐藏算法，另一类则是变换域信息隐藏算法，两者数据嵌入原理不相同。前者通过改变图像一些像素数值实施信息嵌入，其容量较大，且不能预见，而安全性低；后者以改变某些图像变换域系数而实施信息嵌入，后续变换域方法均为信息隐藏算法主导方向。空域隐藏技术也就是把秘密信息嵌入数字图像空间域内部，修改像素灰度值进而达到将秘密信息隐藏目的。下面以LSB算法为例进行具体分析。

早期提出的最低有效位LSB属于一种较为基本的空域图像信息隐藏算法，其余空域算法均是基于此原理而演变来的，使得LSB方法成为一种较普及的隐藏技术。工作机制为调整不太重要数据，视觉无法感知载体图像影响qt～d。在此种算法中，置换载体图像LSB平面变为0，接着参照需嵌入秘密数据调整为不变或“1”，最终结束嵌入。嵌入数据结束后，由秘密信息取代载体图像一些像素中最低几个或1个平面数值。这种算法中各像素点均能隐藏至少1比特信息，获得了非常大隐藏容量，且不可见性良好，随机间隔法取嵌入位置，算法秘密性较高，上述研究有助于引导信息隐藏算法工作的开展。但该算法鲁棒性较差，限制了其应用。

多媒体技术不断完善，图像多用于信息表达，数字图像存在数目非常多，而研究较多的则是图像中信息隐藏，一般图像信息隐藏研究方法的完善能非常轻松将其移植到其他载体中，为其余载体隐藏算法研究创造了良好条件。所以，探究基于数字图像信息隐藏技术是意义重大。

2 数字图像下的变换域信息隐藏技术

变换域隐藏技术应用于变化领域中，把秘密信息嵌入数字图像。尤以离散傅立叶变换（DFT）及离散小波变换（DwT）等使用较多，它们在数据嵌入上，借助对载体图像指定频域系数的修正而实现嵌入目的。其借助扩频通信原理继而提升隐藏系统的鲁棒性。因为低频区域系数改动对载体图像感知效果构成一定程度影响，而高频系数极易受到损坏，所以，通常信息隐藏技术在秘密数据嵌入方面，选取对象为载体图像中频区域的系数，借此迎合不可感知性，且符合操作的鲁棒性。

2.1 数字图像下的基于DCT数字图像隐藏算法

该算法大致步骤如下述：首先，二维DCT转换载体图像分块，接着以秘密信息来调制DCT系数。然后，对新的系数作离散余弦反变换最终获得隐藏图像，结束信息隐藏任务。这种算法的鲁棒性非常强，计算量不大，同时较好兼容国际图像压缩标准中的JPEG格式与264格式等，其优势非常大，成为这些年研究重点。

2.2 数字图像下的基于DFT数字图像隐藏算法

人眼于视觉误差允许范围内可接受压缩图像，表明基于DFT的数字图像隐藏算法是有效的。基于DFT数字图像隐藏算法划分对象为多个感知频段，接着选取合适区段将秘密信息嵌入其中。基于原始图像傅立叶变换研究中提到：“先调制秘密信息，然后按照顺次加至一些固定区域的幅值谱上”另外一些研究中提到：“通过傅里叶变换的可加性与图象去噪原理生成了一种于频域基础上形成的三维运动盲水印算法。”相比一些变换，傅里叶变换还有一些不相关完整特性。如空间域平移不改变幅度，仅频域上相移；空间域旋转角度符合引起频域旋转的角度；空间域尺度的缩放促使频域尺度于相反方向缩放。上述特征均可抵消几何攻击。

2.3 数字图像下的基于DWT数字图像隐藏算法

这种算法步骤如下述：

首先，多级离散小波转换载体图像获得各分辨率不同的细节子图与逼近子图，接着，通过秘密信息来调制DWT系数，最终，针对性对嵌入的秘密信息后小波系数进行离散小波逆变换，结束信息隐藏任务。

通过小波变换细分原始图像形成各频段图像，迎合人眼视觉特性需求，同时以不同层次实施信息的嵌入及检测，小波变换域信息隐藏方法优势突出，具备时空域性，也不乏DCT变换域方法性质，所以，此种算法是当前研究主体方向。现阶段在小波变换域信息隐藏嵌入方面，以基于量化的嵌入方式及基于多分辨率嵌入方式等比较多见。因为变换域信息隐藏技术将信息嵌入频域，其具备了抗攻击力与变换力，促使这种方案下JPEG压缩、打印/扫描等方面表现出较好鲁棒性。其优势表现在下述几个方面：

人类视觉系统部分特性更容易融入秘密信息编码中，获得较高算法鲁棒性；变换域嵌入的信号能量可分布于空间域各像素上，便于确保秘密信息不被看见；交换域方法能兼容非常多国际数据压缩标准，达到压缩域内隐藏算法效果，高效工作，缓解有损压缩的压力。

3 结束语

信息隐藏在各个领域发挥着重要作用，如信息安全及国家情报等，其地位相当重要，推动了信息隐藏研究。基于图像的信息隐藏技术兼具数字图像某些特征，且不乏信息隐藏技术共性，基于图像载体的信息隐藏技术构成了信息隐藏研究重要一部分。本文着重探讨了基于数字图像载体的信息隐藏技术，参照信息隐藏算法大致过程，对其中涉及概念做出解释，通过总结归纳获得该领域中常见经典算法，借此指导后续研究深入实施。

参考文献

[1]任師迁.基于数字图像的信息隐藏技术探究[J].电子测试，2013（7x）：135-136.

[2]姚军财.一种基于DFT的数字图像压缩算法[J].陕西理工学院学报（自科版），2012，28（03）：22-26.

[3]司应硕，杨文涛，张森.基于数字图像的信息隐藏技术研究[J].计算机光盘软件与应用，2011（16）：160-161.

作者简介

张曌（1975-），女，硕士研究生。讲师。研究方向为虚拟现实，数字图像处理。

作者单位

福州大学物理与信息工程学院电子信息工程系 福建省福州市 350116