毕业设计（论文） 图像隐写及其分析算法研究.doc

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1、毕业设计（论文）任务书题目：图像隐写及其分析算法研究学生姓名 学院名称 信息工程系 专 业 电子信息工程2班 学 号 指导教师 职 称 讲师 一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）多媒体信息处理技术的迅猛发展为多媒体信息的存储和传播提供了极大的便利。但人们在享受网络和数字化产品带来的高效和便捷的同时，也面临着因数字化网络普及带来的安全问题的挑战。信息隐藏（Information Hiding）技术作为一种具有感知伪装特点的新型信息安全技术，成为隐蔽通信和数字版权保护的有效手段。然而它既是一种信息安全技术，亦是一把双刃剑，它既可以用于保护国家、企业和个人的重要

2、信息以及版权所有者的利益，又可能被不法分子甚至恐怖组织所利用，达到逃避监控和传播非法情报的目的。因此，迫切需要一种能够检测和监控信息隐藏这一特殊安全问题的技术手段，即隐藏分析检测技术。本课题重点研究图像隐写及其分析算法研究.二、参考文献1钮心忻，信息隐藏与数字水印，北京：北京邮电大学出版社，2004:102-103.2王朔中，张新鹏，张开文，数字密写和密写分析，北京：清华大学出版社，2005: 101-103.3刘粉林，刘九芬，罗向阳，数字图像隐写分析，北京：机械工业出版社，2010：58-117.4R Chandramouli, M Kharraz, N Menon. Image stega

3、nograhpy and steganalysis: concepts and practice. Lecture Notes in Computer Science, 2004, vol.2939:35-495张立和，周继军，陈伟等, 透视信息隐藏. 北京：国防工业出版社， 2007: 58-1006J Fridrich, M Goljan. Practical steganalysis of digital images-state of the art. In Security and Watermarking of Multimedia Contents IV, Proceedings

4、 of SPIE, 4675. USA: San Jose. Jan.2002:1-137J Fridrich, M Goljan. Digital Image Steganography Using Stochastic Modulation. In Proc. EI SPIE, CA: Santa Clara. 2003.8Wong P, Chen H, Tang Z. On Steganalysis of Plus-Minus One Embedding of Continuous Tone Images. Proceedings of SPIE , Security, Steganog

5、raphy, and Watermarking of Multimedia Contents VII, 2005, 5681:643-652.9Jessica Fridrich, David Soukal, Mircoslav Goljan. Maximum likelihood estimation of length of secret message embedded using k steganography in spatial domain. In Proceedings of SPIE The International Society for Optical Engineeri

6、ng, 2005, 5681:595-606.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。）隐写算法不仅客服了LSB简单翻转规律，同时保持实现简单，嵌入容量大的特点。本课题利用Matlab平台实现基于BMP图像的隐写算法，通过过Matlab GUI编程实现k取不同值时主观效果的比较。针对该类算法，利用嵌入信息与载体统计特性的影响，可以形成相应的隐写分析算法。本课题一方面实现隐写算法，另一方面研究相应的隐写分析算法，为设计性能更优的隐写算法做基础。具体要求如下：1. 掌握隐写算法及其特点；2. 理解几种典型的隐写算法隐写分析算法；3. 利

7、用Matlab编程仿真实现隐写算法及其分析算法。 指导教师（签字）年 月 日审题小组组长（签字）年 月 日天津大学仁爱学院本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称图像隐写算法及其分析算法研究系名称信息工程系专业名称电子信息工程专业学生姓名李毅指导教师张承乾一、课题来源及意义多媒体信息处理技术的迅猛发展为多媒体信息的存储和传播提供了极大的便利。但人们在享受网络和数字化产品带来的高效和便捷的同时，也面临着因数字化网络普及带来的安全问题的挑战。上世纪90年代初，信息隐写技术作为一种信息安全技术开始兴起，伴随着各种隐写算法及工具的出现和广泛传播，如何有效地控制这种技术的合法使用正逐步成为信息安全领域的一

8、个热点问题。它作为一种隐藏通信手段，其目的是避开第三方的怀疑将信息传递出去，隐写可以被用来传送机密文件，但也很容易被犯罪分子用于各种非法目的，如传播非法消息。早在2001年初，震惊世界的“9.11”事件发生半年多以前，美国发行量很大的报纸今日美国就曾刊登文章，指出本拉登及其同伙可能利用某些网站上的大量数字图片秘密传递与恐怖活动有关的信息。另外，一些国家的警方也曾在恐怖组织的计算机中查获大量可疑图片和视频信息，据分析可能藏有与恐怖活动有关的信息。所以信息隐写既是一种信息安全技术，亦是一把双刃剑，它既可以用于保护国家、企业和个人的重要信息以及版权所有者的利益，又可能被不法分子甚至恐怖组织所利用，达

9、到逃避监控和传播非法情报的目的。因此，隐写技术在军事、情报、国家安全等方面具有重要的意义。与之同时，其对抗性技术图像隐写分析也成为信息安全领域的一个新的焦点问题。隐写和隐写分析已经逐步受到各国政府部门、军事机构和各种研究机构的重视。隐写算法不仅客服了LSB简单翻转规律，同时保持实现简单，嵌入容量大的特点。本课题重点研究图像隐写及其分析算法研究。二、国内外发展现状这方面的研究成果不断地涌现，在各类报刊杂志以及会议上发表的论文不计其数。数字图像隐写技术虽然还没有发展完善，但人们已经提出了很多成功的隐写算法，而且其中很大一部分被开发成隐写工具，其中很多都可在网上轻易获得。对隐写分析的研究也在不断的发

10、展，而且成果显著，但相对于隐写工具而言，可获得的隐写分析工具还较少。国内研究人员在经过广泛深入研究后注意到，信息安全只是某种意义上的相对，攻守双方都在不断的发展，并在矛盾运动中互相促进。因此，针对隐写算法与隐写分析的研究工作要同时进行。鉴于隐写算法与隐写分析的研究对国家安全的重要意义，各国政府都对这一领域的研究工作给予了高度的重视，研究力度明显加大，并取得了较大的进展，相信未来几年会有更大的发展。按照嵌入区域的划分，现有的隐写算法可以分为空间域和变换域两类。空间域隐藏算法又包括LSB算法、位平面复杂度分割密写、PVD密写和Patchwork算法等主要算法，以及置乱、隐蔽信道和奇偶校验位等技术。

11、空间域上很流行的工具有Hide and Seek、Steganos、S-Tools和White Noise Storm等工具。变换域算法是采用离散余弦变换或者小波变换等算法对图像进行变换，然后在变换后的频域系数中进行信息的嵌入。常用的隐藏软件有Jpeg-Jsteg、JPHide、Outguess和PictureMarc等。相对应的信息隐藏分析也有多种分类。根据分析方法分类，可以分为视觉特性检测（利用人眼判断图像中是否含有秘密信息）、统计检测（对载体图像建模，再根据期望分布的比较，从而找出差异）和特征检测（对标识特征进行分析，从而判断图像中是否含有秘密信息）。根据隐藏算法分类，信息隐藏算法分析可

12、以分为专用隐写分析和通用隐写分析算法两类。专用隐写分析主要分为空域和变换域信息隐藏分析两大类。而通用隐写分析则可以同时检测这两种。三、研究目标掌握隐写算法及其特点，通过Matlab GUI编程实现k取不同值时主观效果的比较，从而达到对图像隐写算法的研究。同时掌握一种典型的隐写算法隐写分析算法。四、研究内容隐写算法不仅客服了LSB简单翻转规律，同时保持实现简单，嵌入容量大的特点。算法是最典型的加性信息隐藏算法，它所嵌入的信息可以用独立同分布噪声来建模，概率质量分布满足如下分布。本课题利用Matlab平台实现基于BMP图像的隐写算法，通过过Matlab GUI编程实现k取不同值时主观效果的比较。针

13、对该类算法，利用嵌入信息与载体统计特性的影响，可以形成相应的隐写分析算法。本课题一方面实现隐写算法，另一方面研究相应的隐写分析算法，为设计性能更优的隐写算法做基础。五、研究方法与手段 本课题利用Matlab平台实现基于BMP图像的隐写算法。主要运用Matlab中大量的有关数字图像处理的函数进行编程，来达到研究目标。简单的说，就是以建模的方法在模拟了原始图像噪声的特性之上，将秘密信号调制成具有特定概率分布的噪声，嵌入到载体之中，从而达到隐写信息的目的。针对该类算法，利用嵌入信息与载体统计特性的影响，就可以形成相应的隐写分析算法。也就是利用嵌入信息与载体图像中的类噪声成分并不具有完全相同的统计分布

14、这一特性，再对载体图像建模，通过统计特性的比较达到对隐写图像进行分析的目的。六、进度安排1、2011.12.07-2012.03.18 查找资料，了解毕业设计相关内容，完成开题报告。2、2012.03.19-2012.04.18 完成与毕业设计相关的内容的学习，例如隐写技术与隐写分析，Matlab的使用与编程，等等。3、2012.04.19-2012.05.09 通过Matlab编写程序来完成毕业设计的主要研究目标，达到指导老师的要求。4、2012.05.10-2012.06.01 撰写论文，准备答辩。七、主要参考文献1熊玲. 图像LSB隐写分析算法研究EB/OL. ，2012-02-05.2

15、耿广志. 基于像素值差分的图像隐写算法研究EB/OL. ，2012-02-05.3张亚伟. 图像隐写分析算法研究EB/OL. ，2012-02-05.4钮心忻，信息隐藏与数字水印，北京：北京邮电大学出版社，2004:102-103.5王朔中，张新鹏，张开文，数字密写和密写分析，北京：清华大学出版社，2005: 101-103.6刘粉林，刘九芬，罗向阳，数字图像隐写分析，北京：机械工业出版社，2010：58-117.7R Chandramouli, M Kharraz, N Menon. Image steganograhpy and steganalysis: concepts and pra

16、ctice. Lecture Notes in Computer Science, 2004, vol.2939:35-49.8张立和，周继军，陈伟等, 透视信息隐藏. 北京：国防工业出版社， 2007: 58-100.9J Fridrich, M Goljan. Practical steganalysis of digital images-state of the art. In Security and Watermarking of Multimedia Contents IV, Proceedings of SPIE, 4675. USA: San Jose. Jan.2002:1

17、-1310J Fridrich, M Goljan. Digital Image Steganography Using Stochastic Modulation. In Proc. EI SPIE, CA: Santa Clara. 2003.11Wong P, Chen H, Tang Z. On Steganalysis of Plus-Minus One Embedding of Continuous Tone Images. Proceedings of SPIE , Security, Steganography, and Watermarking of Multimedia C

18、ontents VII, 2005, 5681:643-652.12Jessica Fridrich, David Soukal, Mircoslav Goljan. Maximum likelihood estimation of length of secret message embedded using k steganography in spatial domain. In Proceedings of SPIE The International Society for Optical Engineering, 2005, 5681:595-606.选题是否合适： 是 否课题能否

19、实现： 能 不能指导教师（签字） 年 月 日选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能审题小组组长（签字） 年 月 日毕业设计（论文）说明书题目：图像隐写及其分析算法研究系 名 信息工程系 专 业 电子信息工程 学 号 6008202367 学生姓名 指导教师 2012年 6月 日摘 要 信息隐藏技术改变了以往的安全技术理念，它以隐秘通信的方式存在，与传统的加密技术相比，它可以隐藏通信双方交互的重要信息。简单的说，是根据人类视觉和听觉等感官对多媒体信息的感觉冗余，将秘密信息通过隐写算法嵌入到此冗余中，以达到隐藏信息的目的。嵌入信息后的数字载体与原始的数字载体，对于人的感官来说是难以分辨的。

20、此技术在通信过程中使攻击者无从下手，因为他感觉不到秘密信息的存在，更不用说破坏和盗取秘密信息了。本论文主要讲述了信息隐藏技术的研究背景和国内外发展现状，以及信息隐藏在现代生活中的具体应用，通过查阅资料详细阐述了信息隐藏的早期模型、数字隐写的系统模型、空间域和变换域下的隐写算法及针对型和通用型的隐写分析算法。然后以理论、公式及框图的形式具体介绍了隐写算法及对应的隐写分析算法。最后使用Matlab编程仿真了隐写算法及对应的隐写分析算法，并对图表形式的实验结果进行了比较与分析，从而对隐写算法进行了直观的评价，并验证了最大似然估计法的有效性。关键词: 数字图像隐写技术；隐写分析技术；隐写算法ABSTR

21、ACTInformation hiding technology has changed the concept of security technology in the past, it is a secret communication, compared with traditional encryption technology, it can hide important information of the communication interaction. Simply put, the feeling of redundancy of the human visual an

22、d auditory senses of multimedia information, the secret information embedded through steganography algorithm this redundancy in order to achieve the purpose of hiding information. Digital vector information embedded with the original digital carrier, for human senses is difficult to distinguish. Thi

23、s technology in the communication process, to set an attacker can not start, because he feels less than the existence of secret information, not to mention the destruction and theft of confidential information.In this thesis focuses on the information hiding technology background and development in

24、the world, as well as information hiding specific application in modern life, elaborated on the early models of hidden information through access to information, digital steganography system model, the spatial andsteganography algorithms in the transform domain for the type and generic type of hidde

25、n writing analysis algorithms. Then, in theory, formula and block diagram form of specific steganography algorithm and the corresponding steganalysis algorithm. Finally, the Matlab programming and simulation steganography algorithm and the corresponding steganographic algorithm, and chart form of th

26、e experimental results were compared and analyzed, the intuitive evaluation of the steganography algorithm, and verify that the maximum likelihood estimation method effectiveness.Key words：Digital image steganography techniques; steganalysis technology; steganography algorith目 录第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.

27、2 信息隐藏技术国内外研究现状21.3 信息隐藏的应用31.4 本文的研究内容及论文结构4第二章 数字图像隐写技术及隐写分析技术52.1 信息隐藏的早期模型和系统模型52.1.1 早期信息隐藏模型：囚犯问题52.1.2隐写系统的一般模型52.2 数字图像隐写62.2.1 空间域算法62.2.2 变换域算法82.3 数字图像隐写分析92.3.1 专用隐写分析算法102.3.2 通用隐写分析算法112.4 本章小结13第三章 隐写算法及其隐写分析算法143.1 k隐写算法143.2 隐写算法的分析163.3 本章小结19第四章 实验结果与分析204.1 实验环境204.2 隐写算法的实验结果与分析

28、204.3 隐写的信息比率估计的实验结果与分析234.4 本章小结25参考文献26外文资料中文译文致谢第一章 绪论在进入21世纪以来，信息化对社会发展的影响日益深刻。人们在享受信息化所带来的便利的同时，也不得不面对各种信息安全问题。信息安全是信息化的关键，各种天灾和“人祸”都会影响信息化的进程。因此，发展信息化的同时要重视信息安全，要在中发展，在发展中确保安全。信息安全问题的解决既要依靠技术的发展，更要重视人的作用。随着科技的进步，信息安全的概念和内涵不断发生变化，今天我们所说的信息安全是一个涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等领域的交叉学科，各

29、种保障信息安全的技术也不断推陈出新。信息隐藏技术作为信息安全方面的一个新兴领域获得了广泛的关注，并且在信息安全领域占有很大的比重，成为研究热点。1.1 研究背景及意义随着现代数字技术与网络的不断发展，信息的数字化为进程越来越快。自Simmons提出不可视通信的“经典”模型“囚犯问题”1以来，现代信息隐藏技术的发展已经走过了27年，其在多媒体内容安全、多媒体产品知识产权保护及隐蔽通信等方面诱人的应用前景，吸引了来自多个领域的专家学者。信息隐藏及其反向技术已成为信息安全的重要研究内容。数字隐写是信息隐藏的一个重要分支，其目的是以表面正常的数字载体（如图像、视频和音频信号等）作为掩体，将秘密信息隐藏

30、其中，并将其与正常的多媒体数据文件混杂在一起，通过各种渠道尤其是网络向外界发送。信息的隐藏不会改变载体的感官质量，所以无法让人以自身的感官发觉。这种隐藏通信方式不但掩盖了通信的内容，还掩盖了“正在进行通信”的事实。目前已公开的数字隐藏工具软件已达数百种之多。与数字隐写相对应的就是所谓的隐写分析，隐写分析包括隐写检测与秘密信息提取两个过程。其首要任务是对多媒体信号进行统计分析，判断其中是否含有秘密信息，即进行隐写检测。通常认为，只要一个经隐写的载体被检测出可能存在秘密信息，那么所用的隐写算法就是不安全的。目前，隐写分析的研究主要集中在隐写检测方面。与密码学相比，数字隐写能够掩盖“正在进行通信”这

31、一事实，使其在隐蔽通信方面有着独特的优势。这一优势以成为隐写与隐写分析研究者们探索的强大动力。数字隐写的伪装性、与载体的不可分离性使得隐蔽通信具有更强的信息安全性，成为网络环境下安全、可靠地传递国家政治、军事、经济信息的基本通信方式之一。同时，由于网络通信的开放性和应用的普遍性，隐蔽通信也会被敌特机构、恐怖组织和非法组织用于计划和协调犯罪活动，成为危害国家政治、经济安全和社会稳定的通信工具。因此，开展数字隐写和隐写分析方面的研究具有重要的理论价值和现实意义。1.2 信息隐藏技术国内外研究现状信息隐藏技术作为一种新兴的信息安全技术已经被许多应用领域所采用。越来越多的数字视频、音频信号及图像被“粘

32、”上了不可见的标签，这些标签往往携带隐藏了的版权标志或序列号来防止非法拷贝。军事系统广泛地采用信息安全技术，不只用加密隐藏消息内容，还用信息隐藏技术来隐藏消息的发送者、接收者甚至消息本身。类似的技术还用在移动电话系统及其他的电子媒介系统中。同时，信息隐藏技术也正日益受到研究机构和业界的关注，主要动力来自人们对版权问题的关注。随着音像、图像和其它产品的数字化，数字产品的盗版更加容易，这引起了音乐、电影、书藉和软件发行商的极大关注，因此引发了信息隐藏的重要分支领域“数字信息隐藏”和“数字指纹”的研究。前者可以作为版权争端的法律凭证，用来指控盗版者:后者则可以用来追查盗版者。数字信息隐藏技术为电子数

33、据的版权保护等需要提供了一个潜在的有效手段，因而引起了国际学术界与企业界的广泛关注，是目前国际学术界研究的一个前沿热门方向。数字信息隐藏携带着版权所有者信息的辨别数据。数字信息隐藏被永久地嵌入到多媒体数据中用于版权保护并检查数据是否被破坏。数字信息隐藏技术作为在开放的网络环境下保护版权的新型技术，它可以确立版权所有者，识别购买者或者提供关于数字内容的其他附加信息，并将这些信息一人眼不可见的形式潜入在数字图像、数字音频和视频序列中，用于确认所有权和跟踪行为。另外，它在证据篡改坚定、数据的分级访问、数据的跟踪和检测、商业和视频广播、互联网数字媒体的服务付费，电子商务的认证鉴定等方面也具有十分广阔的

34、应用前景。自从1993年尤其是1995年和1996年以来，引起了工业界的浓厚兴趣，日益成为国际上非常活跃的研究领域。尽管版权保护是发展数字信息隐藏技术的原动力，但人们发现数字信息隐藏还具有其他的一些重要应用，如：真伪鉴别、隐蔽通信、标志隐含等等。这些研究预示着商业上的巨大应用前景。例如：数字信息隐藏技术在DVD的发行中的应用也有很大的市场潜力。DVD联盟建议提出一个版权保护方案来加强拷贝管理。现有的DVD播放器允许video的无限制拷贝，但不利于版权保护。该建议提出home video将不作标记，电视广播制品将标志为“一次拷贝”，商业音像制品标志为“禁IL拷贝”，播放器将根据这些标记作出相应的

35、动作。20世纪90年代以来，现代信息隐藏技术得到迅速的发展。1996年在英国剑桥召开的第一届国际信息隐藏学术研讨会，标志着信息隐藏作为一个新学科的诞生。此外，IEEE、ACM、SPIE等一些知名学术组织在其主办的学术会议和期刊中也包含了信息隐藏方面大量的研究成果。2006年，IEEE和Springer分别创办了IEEE Transactions on Information Forensics and Security和 LNCS Transactions on Data Hiding and Multimedia Security期刊，主要发表信息隐藏、数字取证等方面的研究成果。许多科研机构

36、和公司，例如，美国的麻省理工学院、普度大学、乔治梅森大学，英国的牛津大学、剑桥大学，美国的NEC研究所和IBM研究所等，都投入了大量的人力、物力和财力，开展了这方面的研究。由于信息隐藏在信息安全中的特殊地位，美国、俄罗斯、德国、日本、印度、加拿大、芬兰等国家的政府、军事和安全部门都对这一方向的研究给予了资助。我国在信息隐藏技术领域的研究与国际上基本同步。1999年，在何德全、周仲义、蔡吉人三位院士的积极倡导下，由北京电子技术应用研究所组织成立了信息隐藏专家委员会，定期主办信息隐藏方面的学术会议。电子、图形图像、计算机等领域的学术会议和期刊也将信息隐藏列为其发表的主题之一。国内的科研院所，如北京

37、电子技术应用研究所、中山大学、北京邮电大学、上海大学、清华大学、中科院、北京交通大学、大连理工大学、西安电子科技大学、南京理工大学、天津大学、哈尔滨工业大学、湖南大学、北京大学、解放军信息工程大学等，都在开展这方面的研究。一些研究小组建立了信息隐藏技术网站来发布研究动态。国家863计划、973计划和国家自然科学基金等也都先后对这一方向的研究给予了资助。1.3 信息隐藏的应用信息隐藏技术在信息安全保障体系的诸多方面发挥着重要作用，主要可归结为下列几个方面。1、数据保密通信信息隐藏技术可应用于数据保密通信，通信双方将秘密信息隐藏在数字载体中，通过公开信道进行传递。在军事、商业金融等方面，如军事情报

38、、电子商务中的敏感数据、谈判双方的秘密协议及合同、网上银行等信息的传递，信息隐藏技术具有广泛的应用前景。2、身份认证信息通信的任何一方不能抵赖自己曾经做出的行为，也不能否认曾经接收到对方的信息，这是信息系统中的一个重要环节。可利用信息隐藏技术将各自的身份标记隐藏到要发送的载体中，以此确认其身份。3、数字作品的版权保护与盗版追踪版权保护是信息隐藏技术所试图解决的重要问题之一。随着数字化技术的不断深入，人们所享受的数字服务将会越来越多，如数字图书馆、数字电影、数字新闻等。这类数字作品具有易修改和复制的特点，其版权保护已经成为需迫切解决的现实问题。利用信息隐藏中的鲁棒数字水印技术可以有效解决此类问题

39、。服务提供商在向用户发放作品的同时，将服务商和用户的识别信息以水印的形式隐蔽在作品中，这种水印从理论上讲是不能被移除的。当发现数字作品在非法传播时，可以通过提取的识别信息追查非法散播者。4、完整性、真实性鉴定与内容恢复可在数字作品中嵌入基于作品全部信息的恢复水印和基于作品内容的认证水印，由认证水印实施对数字作品完整性和真实性的鉴别并进行篡改区域定位，由恢复水印对所篡改区域实施恢复。1.4 本文的研究内容及论文结构加性隐写算法不仅克服了LSB简单翻转规律，同时保持实现简单，嵌入容量大的特点。本课题的主要研究内容是掌握隐写算法及其特点，并且通过Matlab编程实现基于BMP灰度测试图像的数字图像隐

40、写算法，同时引入一种典型的隐写分析算法。并通过对实验结果的比较及分析使得对隐写算法及隐写分析算法有一个更加深入的了解与认识。论文结构安排如下。第一章绪论。本章主要介绍研究的背景、意义、内容以及这项技术在国内外的发展现状。第二章数字图像隐写及隐写分析技术。本章主要介绍隐写技术的早期模型以及数字图像隐写的一般模型，以及简要介绍主要的数字图像隐写技术与隐写检测技术的大致分类。第三章隐写及其隐写分析。本章主要介绍了隐写算法的原理、特点和实现流程，同时介绍了一种隐写分析算法的原理和实现流程。第四章实验结果。本章主要进行了对隐写及其隐写分析的实验结果的对比与研究。第二章 数字图像隐写技术及隐写分析技术信息

41、隐藏就是将要传递的秘密信息隐藏在一个可以作为载体的信息中，其中载体可以为图像、声音和视频等等，用这种方法形成的含秘密信息的载体就不会被检测者怀疑和攻击，从而使得一些信息达到隐秘传输的目的。数字图像隐写作为信息隐藏的一个重要分支，其主要目的就是在一些数字图像中将需要秘密传输的信息嵌入到图像载体中，而载体本身在人体视觉的感受下并没有引起太大的变化，而不会引起攻击者的怀疑。2.1 信息隐藏的早期模型和系统模型2.1.1 早期信息隐藏模型：囚犯问题图2-1 囚犯问题模型经典的囚犯问题1如图2-1所示，Alice想要把越狱的计划传给Bob，但要受到看守者Wendy的监督，为了在Wendy的监督下进行的秘

42、密信息的传递，就需想办法将要传递的信息隐藏在看似正常的信息中。这个模型中，Alice和Bob分别作为信息的发送者和接收者，Wendy作为拦截者或是攻击者。他可以主动看守，对Alice与Bob之间进行的通信，进行检测或者直接进行破坏。相反地，如果他消极看守，就会使Alice和Bob之间的隐蔽通信成为可能。2.1.2隐写系统的一般模型数字隐写系统主要由信息的嵌入、传输和提取等组成2,这与通信系统的发送和接受类似，如图2-2所示。因此，通常可以将数字隐写的载体看做通信信道，将待隐藏信息看做需要传递的信号，而信息的嵌入和提取分别看做通信中的调制和解调过程。这两种系统的相似之处是显而易见的。首先，目标相

43、同，即都是向某种媒介中引入一些信息，然后尽可能可靠地将该信息提取出来。其次，传输媒介对待传输的信息提出了约束条件，通信系统中是最大平均功率或峰值功率约束，隐写系统是感官约束条件，隐写后的载体信号应与原始载体在感官上不可区分，这一约束通常作为信息嵌入强度的限制条件。数字隐写系统也可以被概括为嵌入算法和信息提取算法两大部分，其中发送者运用相应的嵌入算法将要隐藏的秘密信息嵌入一个公开的、不易让人产生怀疑的载体中，生成含有隐密信息的载体，在运用公开的传输渠道将含有秘密信息的载体传送给接收者，接收者运用相应的提取算法从这一载体中提取出隐藏的秘密信息。控制信息嵌入和提取的密钥可以有效地提高秘密信息传输时的

44、安全系数，因为在未知密钥的前提下，任何第三方都无法将秘密信息从隐秘对象中提取出来。图2-2 数字隐写系统模型2.2 数字图像隐写数字图像隐写算法按照嵌入区域划分，可以分为空间域(Spatial Domain)隐写算法和变换域(Transformation Domain)隐写算法两类。2.2.1 空间域算法空间域信息隐藏算法主要是通过修改像素的值来嵌入秘密信息。早期的信息隐藏技术多使用空间域算法。最低有效位（LSB）3算法，该算方法是最早提出来的，也是使用最为广泛的隐藏技术之一。每一幅图像都可以由其位平面来唯一地表示，而人的视觉系统对位平面中的最低几位比特很不敏感，用秘密消息替换这些相应的比特就

45、是一种很具有迷惑性的信息隐藏手段。采用这种方法在隐蔽载体中能隐藏数量惊人的信息，而且只是相当于叠加一个能量微弱的信号，因而在视觉上很难察觉。在这类信息隐藏方法中，主要使用无损图像格式并且数据能直接处理和恢复。LSB算法以其隐蔽性好、信息隐藏量大且易于实现等优点，被广泛采用。很多公开的信息隐藏软件如SzTools、Ezsteg和Steganos等都采用了这种方法。最低比特位替换方法的主要缺点是隐蔽载体对改动的抵抗力相当脆弱。Bander等人提出的Patchwork4算法，它是一种基于统计特性的信息隐藏算法。该算法是在载体图像中随机选择N对像素点(a，b)，然后对每个像素对的亮度值做如下操作: (

46、2-1)这样就使得整个图像的平均亮度保持不变。也就是说，该算法假设任意像素之差是零均值随机变量，任选N对像素，增加对比度而不改变平均亮度，使该均值偏移而隐藏信息。Pathework算法克服了LSB算法改变图像统计特性的不足，并对JPEG压缩、FIR滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，但嵌入的信息量有限，且对串谋攻击的抵抗力较弱，因此适合于嵌入较少信息的场合。为了嵌入更多的信息，Bander等人又提出了纹理映射编码方法，通过把图像的一种纹理块复制到该图像中具有相似纹理特性的区域来完成信息的嵌入，恢复时必须计算自相关特性。该算法对于滤波、压缩和扭转等操作具有抵御能力，但仅适于具有大量任意纹理区域的图像，而且尚不能完全自动完成，需人工干预。PVD(Pixel-value Differencing)密写是一种将秘密信息嵌入到两个相邻像素灰度的差值中的信息隐藏算法。这里的相邻像素可以通过不同方式得到，如逐行扫描、Zig-Zag 扫描等。如果原始图像相邻像素差值较大，就可以嵌入更多的秘密信息，这主要是因为人眼对起伏剧烈的区域敏感性较差。这种密写算法的不足是会导致相邻像素差值直方图的异常。调色板算法2，在基