数字图像信息隐藏理论与算法研究.pdf

西北工业大学
硕士学位论文
数字图像信息隐藏理论与算法研究
姓名:张坤
申请学位级别:硕士
专业:统计学
指导教师:肖华勇
20060301
摘要计算机技术水平的迅速提高与现代通信技术的广泛普及,为信患隐藏的发展提供了更加广阔的空间。信息隐藏是将秘密信息隐藏于一般的非秘密的数字媒体文件缤枷瘛⑸簟⑽牡滴募中,从而不让非法者发觉的一种方法。针对数字图像信息隐藏的理论与算法,论文简要阐述了信息隐藏的基本知识和基础理论,并从以下三个方面进行深入研究:滞枷裰寐宜惴ㄑ芯首先总结图像置乱算法的研究概况,研究了基于矩阵变换的图像嚣乱算法;针对腟盒特点,提出了基于腟盒图像置乱算法。通过实验仿真,运用灰度直方图、期望、标准差、相关系数等统计方法对图像置乱效果进行综合评价,验证了算法的有效性。贒域的图像信息隐藏算法研究首先介绍浠患捌湓谕枷裥畔⒁刂械挠τ茫缓筇岢鲆韵***滞枷信息隐藏算法:基于模糊熵和自适应量化的图像信息隐藏算法;基于交异程度的图像信息隐藏算法;基于模糊熵的图像融合隐藏算法。算法中根据模糊熵、变异程度来选择嵌入子块及嵌入强度,从丽在保证图像透明性的前提下,进一步提高算法的鲁棒性。通过实验仿真,运用峰值信噪比、相似性系数等分析了算法的抗攻击性能,结果表明以上算法具有较好的透明性、鲁棒性、实用性,是性能优良的图像信息隐藏算法。简要介绍了离散小波变换及其在图像信息隐藏中的应用,提出一种基于纠错编码的图像信息隐藏算法。算法中首先对秘密图像进行纠错编码;然后根据小波系数特点选择嵌入系数及嵌入强度;最后在提取时,采用三种提取方法来优化提取效果,进一步提高了秘密信息恢复的效果。实验仿真与性能分析的结果表明,该算法具有较好的透骥性、鲁棒性、实用性。关键词:信息隐藏,数字图像,图像置乱,离散余弦变换,离散小波变换
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第一章绪论信息隐藏的基本概念二十世纪九十年代中期以来,一种新颖的信息安全技术——信息隐藏计学、信息论等多个学科领域,涵盖信号处理、纠错通信等多种专业技术的交叉在现代信息社会,信息安全娉晌9叵倒野踩ā⒕梅⒄购透鋈死娴重大问题。信息隐藏作为信息安全领域新兴的研究方向,为数字信息安全、快速、有效的传输和使用提供了一种新的思路。本章将简要介绍信息隐藏的基本概念、分类、应用与研究进展等基本知识,并给出全文的内容安排。随着计算机运行能力的不断提高与互联网的广泛普及,信息技术已经普遍地运用于各行各业,为经济、政治、军事、文化的发展做出巨大贡献。与此同时,全球性、开放性、共享性、动态性的网络系统使数字信息在存取过程中,比以往更易遭到有意的或无意的攻击。一旦数字信息在传输、存储与加工处理的过程中遭到非法窃听、截取、篡改或毁坏,将会给网络用户的利益造成不可估爨的损失。因而,整个社会的信息安全系统正面临着严峻挑战。在这种形势下,如何既充分利用豆联网的方便快捷,又确保信息传递的安全可靠,日益成为人们广泛关注的问题。当前,以密码学理论为基础的传统信息保密技术可以部分地克服信息的随意散布。然而,经过加密的数据往往是以乱码的形式表现出来,这容易引起非法拦截者的注意,致使其采用多种手段去破译通信内容或破坏通信过程。同时,随着计算机性能及处理能力的快速提高,这种以不断增加密钥长度束提高系统保密级的传统加密方法变得越来越不安全,已远远不能满足现代信息安全技术的要求。逐步发展起来,为数字信息安全技术开辟了一条全新的信息保密途径。该技术是一门涉及图像处理、语音处理、数字通信、密码学、统学科。信息隐藏继承了信息加密的~些基本思想,在⋯定程度上有效地弥补了传统信息安全体制的缺陷,具有破解难度大、覆盖范围广、安全系数高等特点。较之于单纯的密码加密方法,信息隐藏不仅对秘密信息的内容进行保密,丽且更加注重对信息的存在进行保密,使秘密信息更多了’‘层保护。信息隐藏就是将秘密西北阂荡笱妒垦宦畚箱一章绪论
信息隐藏的分类信息隐藏的应用信息隐藏到一般的非秘密的数字媒体文件缤枷瘛⑸簟⑽牡滴募中,从而不让非法者发觉的一种方法。该技术的主要依据。,一是多媒体信息本身存在很大的冗余性,从信息论角度看,未压缩的多媒体信息的编码效率是很低的,所以将某些信息嵌入到多媒体信息中进行秘密地传递是完全可行的,且不影响多媒体本身的传输和使用;二是人眼或入耳本身对某些信息有一定的掩蔽效应。依据不同的标准,信息隐藏可以分为以下几类【弧浚凑赵靥謇嘈头掷包括基于文档、音频、图像和视频的信息隐藏。由于图像数据更适宜于信息的隐藏,因而大多数信息隐藏是以数字图像为载体的。凑毡;ざ韵蠓掷主要分为隐秘术和数字水印。隐秘术主要用于保密通信,保护的是秘密信息。数字水印主要用于版权保护和完整性认证等领域,保护的是伪装对象。凑涨度胗蚍掷主要分为空域方法和变换域方法。空域方