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1、. . .信息隐藏技术研究毕业论文目 录1 绪 论11.1 引言11.2 信息隐藏简介11.3 信息隐藏的产生和发展21.4 水印技术的研究现状31.5 像的信息隐藏研究的意义41.6 像的信息隐藏研究的意义51.7 论文的主要容52 数字像信息隐藏技术62.1 数字像的概念62.2 水印分类62.3 数字像水印的基本模型72.4 信息隐藏技术的主要特性92.5 数字像水印技术的评价方法92.5.1 无密钥信息隐藏系统102.5.2 私钥信息隐藏系统102.5.3 公钥信息隐藏系统102.6 本章小结113 空域的像信息隐藏123.1 水印信息的预处理123.1.1 像置乱技术数字水在印中的应
2、用123.1.2 混沌系统在数字水印中的应用133.2 伪随机序列在信息隐藏技术中的使用143.2.1 伪随机序列概述143.2.2 伪随机序列与信息嵌入位的选择153.2.3 对称密钥系统163.2.4 水印嵌入位置的选择163.3 LSB算法173.3.1 LSB算法的原理173.3.2 算法及分析183.4 Patchwork方法204 变换域的像信息隐藏234.1 离散余弦变换（DCT）234.2 离散域变换原理244.3 DCT与信息隐藏技术264.3.1 信息的嵌入过程264.3.2 信息的提取过程264.4 实验结果274.5 本章小结28结 论29致 谢30参考文献31附录A
3、英文原文32附录B 中文翻译42附录C 程序代码50.参考资料.1 绪 论1.1 引言数字像的信息隐藏技术是数字像处理领域中最具挑战性、最为活跃的研究课题之一。本文概述了数字像的信息隐藏技术，三种像的信息隐藏算法。数字像可分为静止像和动态像两种，后者一般称为视频像。视频像的每一帧均可看作是一幅静止像，但是这些静止像之间并不是相互孤立的，而是存在时间轴上的相关性。静止像是像素（Pixel）的集合，相邻像素点所对应的实际距离称为像的空间分辨率。根据像素颜信息的不同，数字像可分为二值像、灰度像以及彩像。数字像的最终感受者是人的眼睛，人眼感受到的两幅质量非常相同的数字像的像素值可能存在很大的差别。这样
4、，依赖于人的视觉系统（Human Visual System，HVS）的不完善性，就为数字像的失真压缩和信息隐藏提供了非常巨大的施展空间。信息隐藏与信息加密是不尽相同的，信息加密是隐藏信息的容，而信息隐藏是隐藏信息的存在性，信息隐藏比信息加密更为安全，因为它不容易引起攻击者的注意。1.2 信息隐藏简介信息隐藏（Information Hiding），也称作数字水印（Digital Watermarking），或称作数据隐藏（Data Hiding）。简单来讲，信息隐藏是指将某一信号（一般称之为签字信号，Signature Signal）嵌入（embedding）另一信号（一般称之为主信号，Ho
5、st Signal，或称之为掩护媒体，cover-media）的过程，掩护媒体经嵌入信息后变成一个伪装媒体。这一嵌入过程需要满足下列条件：签字信号的不可感知性（Imperceptibility）。换句话讲，签字信号嵌入后，主信号的感知特性没有明显的改变，签字信号被主信号隐藏了起来。签字信号的鲁棒性（Robustness）。签字信号对主信号的各种失真变换，如失真信号压缩、仿射变换、加噪、A/D或D/A转换等，以及各种恶意性攻击（Malicious Attack），都应体现出一定的鲁棒性。除非主信号的感知特性被明显的破坏，签字信号将很难被去除。一般来讲，签字信号的嵌入不增加主信号的存储空间和传输带
6、宽。也就是说，签字信号嵌入后，表面上很难觉察到信息的改变。信息隐藏的发展历史可以一直追溯到匿形术（Steganography）的使用。匿形术一词来源于古希腊文中隐藏的和形两个词语的组合。虽然匿形术与密码术（Cryptography）都是致力于信息的技术，但是，两者的设计思想却完全不同。密码术主要通过设计加密技术，使信息不可读，但是对于非授权者来讲，虽然他无法获知信息的具体容，却能意识到信息的存在。而匿形术则致力于通过设计精妙的方法，使得非授权者根本无从得知信息的存在与否。相对于现代密码学来讲，信息隐藏的最大优势在于它并不限制对主信号的存取和访问，而是致力于签字信号的安全性。1.3 信息隐藏的产
7、生和发展信息隐藏技术具有久远的历史渊源背景。在很早以前，人们就懂得使用各种方法进行信息的隐藏，以达到不让外人或敌人知道的目的。例如公元前440年一个名叫Histaieus的人用头发掩盖的方法传递叛变信息；17世纪的无形墨水：在特定的字母上制作非常小的斑点；19世纪的微缩胶片；化学方式实现的高级隐写术用笔蘸淀粉水写在白纸上，喷上碘水后显示棕字体；中国文学上的藏头诗等都是信息隐藏技术的经典应用。但是在以Internet为代表的信息时代，信息隐藏技术已经涉及了感知科学、信息论、密码学等多个学科领域，涵盖信号处理、扩频通信等多专业技术的研究方向。随着全球信息化迅猛发展，由于对保护知识产权不断增长的需要
8、，以及受到使用密码加密技术的局限性两方面的原因，世界各国对信息隐藏技术的研究迅速增长。为了方便学术交流，1996年5月30日至6月1日在英国剑桥召开的国际第一届信息隐藏学术研讨会上对信息隐藏的部分英文术语和学科分支进行的统一和规，标志着一门新兴的交叉学科信息隐藏学正式诞生。国际学术界也陆续发表了许多关于信息隐藏技术的文献，几个有影响的国际会议（如IEEE ICIP，IEEE ICASSP，ACM Multimedia等）及一些国际权威学术期刊相继出版了与信息隐藏技术相关的专题。针对信息隐藏技术的各种应用领域，目前国际上剑桥大学、NEC美国研究所、麻省理工大学大研究机构的专家和研究人员提出了很多
9、有效的算法，如今信息隐藏技术的研究出现了百花齐放、百家争鸣的局面。一些国际标准项目也将信息隐藏技术列为重点研究容，如欧洲的TALISMAN和OCTALIS等，其目标是在欧洲对大规模的商业侵权和盗版行为提供一个保护机制，并将有条件的访问机制和保护整合起来。国关于信息隐藏技术的研究室从1999年开始兴起的，其标志是第一届全国信息隐藏学术研讨会的召开，至今已经举行了8届全国学术会议（CIHW1999,北京；CIHW2000,北京；CIHW2001,；CIHW2002,；CIHW2004,；CIHW2005,；CIHW2006,；CIHW2007,）。研讨会集中了国从事信息隐藏技术研究领域的著名专家学
10、者，促进了我国的信息隐藏学术研究及其应用。从目前的发展来看，我国相关学术领域的研究与世界水平处在同一阶段，而且有独特的思路，但就研究成果来说，大多局限在初级阶段，只有极少数商品化的软件推出。像水印作为数字水印的基础，蕴育了很多具有普遍意义的算法，为其他形式数字媒体的数字水印研究以及在实际中的应用奠定了基础，视频水印、音频水印等各种媒体水印技术也随着像水印技术的研究迅速发展起来了。1.4 水印技术的研究现状数字水印技术是多媒体通信和多媒体信号处理领域近年来新的研究方向，它尚未形成一套独立完整的学科理论体系，也未形成一套特有的标准体系。作为数字化时代的一门新兴技术，数字水印已激发了国外众多知名学府
11、、研究机构和公司的极大兴趣，己成为当前信息科学中的一个新颖且具有广阔应用前景的研究热点。国际上关于数字水印的算法主要集中在研究具有良好鲁棒性的水印上，如：频域嵌入水印，能抵御像几何变换、压缩攻击、信号处理等各种攻击。麻省理工学院媒体实验室开始研究在彩打印机、复印机输出像中加入唯一、不可见的数字水印。瑞士洛桑联邦工技院信号处理实验室和通信研究所、美国的NEC研究所以及我国的国立交通大学等在数字产品的著作权保护方面都做出了不少成就。目前，数字水印的应用领域主要有以下几个方面：数字作品的知识产权保护标识水印是目前研究最多的一类数字水印，由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所
12、以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。数字作品的所有者可用密钥产生一个水印，并将其嵌入原始数据，然后公开发布其水印版本作品。当该作品被盗版或出现纠纷时，所有者即可从盗版作品或水印版作品中获取水印信号作为依据，从而保护所有者的权益。目前用于保护的数字水印技术已经进入了初步实用化阶，IBM公司在其“数字书馆软件中就提供了数字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。商务交易中的票据防伪随着高质量像输入输出设备的发展，特别是高精度彩喷墨、激光打印机和高精度彩复印机的出现，使得货币、支票以及
13、其他票据的伪造变得更加容易。据报道，美国、日本以及荷兰都已开始研究用于票据防伪的数字水印技术。麻省理工学院媒体实验室受美国财政部委托，已经开始研究在彩打印机、复印机输出的每幅像中加入唯一的、不可见的数字水印，在需要时可以实时地从扫描票据中判断水印的有无，快速辨识真伪。此外在电子商务中会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描像等。即使在网络安全技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，从而大大增加了伪造的难度。1.5 像的信息隐藏研究的意义像信息隐藏技术的研究与发展具有重要的意义，它的价值主要体现在两个方面：一是学术价值，二是
14、商业价值。 信息隐藏数字水印给基础研究和应用研究引入新的问题。像信息隐藏技术是一种交叉学科，它涉及了不同学科领域的思想和理论，如信号处理、信息论、编码理论、密码学、检测理论、数字通信、概率论和随机理论等，它吸引了许多来自通信、密码学、像处理等领域的专家从事这项研究。数字水印技术的特殊要求给上述领域引入了新的问题。例如：如果数字水印技术按照通信信道建立模型，则水印的任何攻击都可以当噪声处理，这就给通信领域提出了新问题：如何在这种情况下增强水印算法的抗噪能力。所以数字水印技术具有很大的学术价值。数字水印技术有很大的商业价值，它不但己广泛用于许多商业领域，同时还有着很好的商业前景。现在己建立了许多数
15、字水印应用系统，它们包括所有者鉴别系统、DVD防盗版系统、广告确认服务系统、用于交互式电视的水印系统等，同时它还有许多潜在的商业应用，如：交易的跟踪、所有权的证明、拷贝控制、认证、信息传输等许多应用。综上所述，数字水印在商业和学术两方面都具有非常重要的意义和地位，所以对数字水印的研究成为许多研究机构和人员的重要课题。1.6 像的信息隐藏研究的意义Matlab是一个功能强大丰富的工具，它主要是由主包、Simulink和功能各异的工具箱组成的，矩阵运算是它的基础，把计算、程序设计、可视化融合在一个简单容易操作的交互式工作环境之中，可以实现符号运算、工程计算、建模和仿真、数据分析以及可视化和工程绘等功能。使用Matlab语言做信息隐藏的设计主要是因为以下几个原因：1.选择的信息隐藏载体是像，用Matlab来处理像的信号非常的方便，尤其是在像的矩阵运算中更是便捷；2.Matlab中置有数据非常庞大的函数工具箱，在进行信号处理方面的问题时能够快速的完成设计，利用这些置的函数能够避免对一些信号的基本操作的编程，而把设计的注意力更多的放在信息
