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1、沈阳理工大学学士学位论文摘 要目前，信息隐藏技术作为新型的信息安全技术受到了越来越多人的关注。由于人的视觉敏感程度比较弱，所以图像文件是理想的信息隐藏载体。图像信息隐藏技术主要分为空间域方法和频率变换域方法。本文分别从空间域和变换域两方向研究不同算法，并加以实现。 本论文首先介绍了图像信息隐藏技术中用到的一些基本概念和基本模型；接着介绍了空间域LSB、Patchwork和变换域DCT算法；然后对不同算法的性能进行了分析与讨论；最后，在Matlab R2009a软件下实现了相应的算法。实现结果表明，基于空间域方法具有较大的信息隐藏量和不可见性，但鲁棒性较差；而基于变换域方法具有较强的不可见性和鲁
2、棒性，但信息隐藏量相对较小。关键词：LSB；Patchwork；DCT；信息隐藏量；不可见性；鲁棒性AbstractAt present, the information hiding as a new information security technology is attracting more and more peoples attention. As the human visual sensitivity is relatively weak, so the image file is an ideal carrier of information hiding.Image i
3、nformation hiding techniques are divided into spatial domain methods and frequency transform domain methods. This paper researches spatial domain and frequency transform domain algorithms and realizes and verifies the algorithms.First, some basic concepts and the basic model used in information hidi
4、ng technology are introduced in this paper. Then spatial domain algorithms LSB, Patchwork and transform domain algorithms DCT are introduced. The performance and effectiveness of these algorithms were also discussed in the paper. Finally, the algorithms are realized using Matlab R2009a.Implementatio
5、n results show that the spatial domain methods have large information hiding capacity and invisibility, but less robustness.The frequency transform domain methods has high invisibility and robustness, but less capacity.Keywords: LSB; Patchwork; DCT; information hiding capacity; invisibility; robustn
6、ess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 图像的信息隐藏研究的意义41.6 图像的信息隐藏研究的意义51.7 论文的主要内容52 数字图像信息隐藏技术62.1 数字图像的概念62.2 水印分类62.3 数字图像水印的基本模型72.4 信息隐藏技术的主要特性92.5 数字图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 空域的图像信息隐藏123.1 水印信息的预处理123.1.1 图像置乱技术数字水在印中的应用123.
7、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 变换域的图像信息隐藏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 英文原文
8、32附录B 中文翻译42附录C 程序代码50311 绪 论1.1 引言数字图像的信息隐藏技术是数字图像处理领域中最具挑战性、最为活跃的研究课题之一。本文概述了数字图像的信息隐藏技术，三种图像的信息隐藏算法。数字图像可分为静止图像和动态图像两种，后者一般称为视频图像。视频图像的每一帧均可看作是一幅静止图像，但是这些静止图像之间并不是相互孤立的，而是存在时间轴上的相关性。静止图像是像素（Pixel）的集合，相邻像素点所对应的实际距离称为图像的空间分辨率。根据像素颜色信息的不同，数字图像可分为二值图像、灰度图像以及彩色图像。数字图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图像的像素
9、值可能存在很大的差别。这样，依赖于人的视觉系统（Human Visual System，HVS）的不完善性，就为数字图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内容，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
10、一信号（一般称之为主信号，Host 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
11、不增加主信号的存储空间和传输带宽。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图形两个词语的组合。虽然匿形术与密码术（Cryptography）都是致力于信息的保密技术，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，使保密信息不可读，但是对于非授权者来讲，虽然他无法获知保密信息的具体内容，却能意识到保密信息的存在。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保密信息的存在与否。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
12、访问，而是致力于签字信号的安全保密性。1.3 信息隐藏的产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，喷上碘水后显示棕色字体；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
13、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，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范，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、NE
14、C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内容，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版权保护机制，并将有条件的访问机制和版权保护整合起来。国内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,西安；CIHW2002,大连；CIHW2004,广州；CIHW2005,郑州；C
15、IHW2006,哈尔滨；CIHW2007,南京）。研讨会集中了国内从事信息隐藏技术研究领域的著名专家学者，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。图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图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内外众多知名学府、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
