论文部分内容阅读
隐写术是信息隐藏的一个重要分支，是目前信息安全领域的研究热点。作为一种新兴的密码技术，隐写术主要研究如何将消息隐藏于公开的多媒体数据中以实现隐蔽通信和安全存储。目前隐写术已成为保障国家信息安全、军事通信安全以及保护个人隐私等的重要技术手段。而数字图像是当前互联网中应用最为广泛的载体类型之一。因此，研究以数字图像为载体对象的隐写术即图像隐写术的设计理论与关键技术具有重要的理论价值和现实意义。本文紧紧围绕图像隐写术的两个核心问题：隐写编码和对载体图像特性的认知，着重对隐写编码的设计与应用和自适应图像隐写术的分析与设计展开了深入研究。 本研究主要内容包括：⑴提出了基于空域嵌入失真模型的修正矩阵编码及其改进方法。首先，定义一种空域嵌入失真模型，并将修正矩阵编码应用于该模型；然后，设计一种针对?1隐写的三元隐写编码，并对其有效性进行理论分析；最后，基于所设计的隐写编码提出基于空域嵌入失真模型的修正矩阵编码的改进方法。实验结果验证了所定义的空域嵌入失真模型的合理性和改进方法的安全性。⑵提出了一种基于多层校验格编码的图像隐藏方法。首先，根据可重构原则生成候选匹配分块集合并从中为秘密图像分块寻找最优匹配；然后，对于无最优匹配的分块，使用K均值聚类方法选出代表分块作为其最优匹配分块；最后，使用Huffman编码压缩相关数据，使用多层校验格编码完成压缩数据的嵌入。实验结果表明，该方法在保证一定安全性的情况下具有嵌入容量大、载密图像的视觉质量良好、提取图像与秘密图像差异小等优点。⑶提出了一种基于边信息同步的?1自适应隐写方法。首先，定义一个度量图像纹理复杂度的噪声级函数并计算载体图像的噪声级；然后，根据嵌入率等因素确定噪声级的门限值，进而确定噪声区域；最后，适当扩展噪声区域作为嵌入区域，并使用双层嵌入编码嵌入消息，即在嵌入区域的LSB(Least Significant Bit)层和次LSB层分别使用快速大嵌入率矩阵编码和湿纸编码。理论分析和实验结果表明，该方法可保证边信息同步，并且具有良好的安全性和高效性。⑷提出了一种基于最小化嵌入失真的自适应隐写方法。首先，分析Canny边缘检测算法的参数取值对选择边缘区域的影响，并根据嵌入率等因素确定参数的取值，进而确定载体图像的边缘区域；然后，根据非边缘区域内的像素为不可修改像素、边缘区域内的像素为可修改像素的原则，分别针对±1隐写和±2隐写定义像素的嵌入失真函数；最后，对应地使用双层和三层校验格编码嵌入消息。实验结果表明，该方法具有良好的不可见性和安全性。⑸提出了一种针对彩色空域图像自适应隐写术的隐写分析方法。首先，分析灰度空域图像自适应隐写术直接扩展至彩色空域图像可能带来的安全问题，并指出这种直接扩展的方式会导致同时修改像素的多个颜色通道的情况发生；然后，分别在红色、绿色和蓝色通道内提取SPAM(Subtractive Pixel Adjacency Matrix)特征并进行融合，作为颜色通道内特征；再次，基于邻域像素差分矩阵，构造颜色通道间的Markov转移概率矩阵并进行融合，作为颜色通道间特征；最后，颜色通道内和颜色通道间特征组合构成最终的隐写分析特征，使用集成分类器作为特征学习和测试工具。实验结果表明，该方法可有效检测彩色空域图像自适应隐写术。⑹提出了彩色空域图像自适应隐写术的改进方向，并据此提出了一种嵌入策略用于提高彩色空域图像自适应隐写术的安全性。首先，针对目前彩色空域图像自适应隐写术存在的安全问题，提出了三个改进方向；然后，提出了一种将3个颜色通道合并为一幅灰度空域图像进行消息嵌入的策略来改进基于彩色空域图像的S-UNIWARD。实验结果验证了改进方向的合理性和改进方法的安全性。