基于图像信息隐藏方法综述

2019-04-04

福建质量管理 2019年7期

(武汉纺织大学湖北武汉 430200)

引言

社交网络的出现，使人们能够通过声音、图片、视频以及文字等方式进行交流，如微博、Facebook、instagram。然而，在体验社交网络带来的资源共享、便捷交流的同时，也会出现诸如视频未经允许进行转载、图片未经允许进行商用或者修改二次上传的侵权行为，这给人们的个人信息、财产安全造成了极大的影响，因此进行信息加密显得尤为重要。

目前，信息隐藏方法大致分为两类：基于空域的信息隐藏算法和基于变换域的信息隐藏算法。基于空域信息隐藏的算法中最典型的算法是LSB隐写术，该算法的优点是载入图像的信息数据量大，但安全性较差，嵌入图像的隐藏信息容易被破坏，鲁棒性不高；基于变换域信息隐藏算法中最典型的是离散余弦域的信息隐藏算法。该算法的优点是嵌入文件的方式多种多样，增加了被攻击的难度，具有较好的鲁棒性，安全性也有较大的保障。但该类算法嵌入隐藏信息数据量较小。

一、图片信息隐藏原理

信息隐藏技术是以数字媒体信号为载体，将秘密信息以一定的编码，调制以及加密方式嵌入载体中，减少了被攻击的难度。

信息隐藏的原理如图一所示：

图一信息隐藏原理

(一)基于空域的信息隐藏方法原理

LSB隐写术是最经典的基于空域信息隐藏方法，由于其可隐藏的数据量大且算法简单，LSB算法已经成为目前隐蔽通信的主流技术。

以下为两种LSB信息隐藏方法：

(1)简单连续嵌入方法

简单连续嵌入是通过在时空域的LSB或变换域系数的LSB中的某一个范围内连续嵌入信息。

(2)随机位选择嵌入法

随机位嵌入法是通过一个伪随机算法，将隐秘消息位随机的嵌入到整个隐秘载体中去，这样就增加了被攻击的难度。

例如在一张载体图像上隐藏一段秘密信息M。首先要用伪随机发生器产生元素索引的一个序列I1…Im，并把第k个消息存在索引为IK的元素中，由于未对伪随机发生器的输出作任何的限制，序列中的一个索引可能不止出现一次，称之为“冲突”。若发生这种冲突，多于一位的消息位可能会插入到同一个隐秘载体元素中，从而破坏某些消息位。如果消息与隐秘载体元素的数目相比很小，那么发生碰撞的概率就可以忽略不计。

(二)基于变换域的信息隐藏原理

变换域算法可以根据人眼的视觉模型将秘密信息的能量有选择地分布于覆盖信号的变换域中，实现秘密信息的隐藏。

在变换域中，离散余弦变换(DCT)是最好的变换方法，能够很好的反映出人眼对视觉频率的敏感度响应。常用的JPEG图像编码标准中采用的基本正交变换形式就是离散余弦变换。采用离散余弦变换进行信息隐藏，小波变换的多分辨性与人眼本身的多分辨率生理特征非常吻合，因此是比较基础、重要的方法。

进行变换域中信息隐藏分为以下几个步骤：

1.首先对覆盖的图片进行正交变换，并且为了提高隐藏的安全性和鲁棒性，对图片进行分块正交变换，fi(x,y)表示原始覆盖图片的第i个子块，Fi(u,v)表示该子块的变换域系数。

2.按照规律和算法，将秘密算法嵌入在特定的变换域系数中。

设Fi(u,v)中要嵌入的秘密信息为wi(u,v)，嵌入后对应的变换域系数变为Gi(u,v)，则可以表示为：

Gi(u,v)=Fi(u,v)+au,vwi(u,v)

式中，au,v是一个正实数，表示在变换域系数Fi(u,v)中秘密数据嵌入的深度。

3.对含有秘密信息的变换域系数进行反正交变换，得到隐秘的图片。

二、图片信息隐藏的应用

图片信息隐藏的应用主要分为以下四个方面：秘密通信、版权保护、篡改检测、不可否认功能。

(一)秘密通信

信息隐藏使用在表面看起来非常普通的信息作为载体来传输秘密信息，这些普通的信息可以是图片、音乐、视频等文件，秘密信息传输到普通的信息在公开的网络上传输，一般用户无法察觉到有秘密信息的嵌入。只有非法的用户才能察觉到，但不用正确的算法也无法将秘密信息提取出来。合法的用户可以检测出秘密信息的存在，并使用设计好的算法把信息提取出来，从而实现秘密通信。