信息隐藏与水印技术第4章.ppt

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1、向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:00 第第4 4章章 信息隐藏信息隐藏 技术技术 返回总目录向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:00目录目录4.14.1时空域替换技术时空域替换技术4.2.2变换域技术变换域技术4.34.3文本信息隐藏技术文本信息隐藏技术 返回总目录4.44.4习题四习题四向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:00基本要求：基本要求：）了解信息隐藏的时空域替换技术；）了解信息隐藏的变换域技术；）通过一些具

2、体算法熟悉信息隐藏技术。学习重点：学习重点：）信息隐藏的时空域与变换域概念；）信息隐藏的算法。向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术 返回目录引言引言 根据载体分类根据载体分类语音、图像、视频、文本中的信息隐藏等语音、图像、视频、文本中的信息隐藏等根据隐藏算法分类根据隐藏算法分类时空域替换算法时空域替换算法变换域算法变换域算法其它算法其它算法向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术任何多媒体信息，在数字化时，都

3、会产生物任何多媒体信息，在数字化时，都会产生物理随机噪声，而人的感观系统对这些随机噪理随机噪声，而人的感观系统对这些随机噪声是不敏感的声是不敏感的替换技术就是利用这个原理，试图用秘密信替换技术就是利用这个原理，试图用秘密信息比特替换掉随机噪声，以达到隐藏秘密信息比特替换掉随机噪声，以达到隐藏秘密信息的目的息的目的时空域：原始的载体数据称为时空域数据，时空域：原始的载体数据称为时空域数据，而经过而经过DCTDCT等变换处理后的载体数据称为变换等变换处理后的载体数据称为变换域数据，域数据，引言引言 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004

4、.1时空域替换技术时空域替换技术1 2 3 4 5 6 7 88765432118图图4 41 1图像象素的灰度表示图像象素的灰度表示引言引言 l图像的位平面概念图像的位平面概念向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用原始图像（8bit 灰度BMP图像）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用去掉第一个位平面的

5、Lena图像和第一个位平面 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用去掉第12个位平面的Lena图像和第12个位平面 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用去掉第13个位平面的Lena图像和第13个位平面 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1

6、时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用去掉第14个位平面的Lena图像和第14个位平面 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用去掉第15个位平面的Lena图像和第15个位平面 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用去掉第16个位平面的Lena图像和第16个位平面 向

7、德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用去掉第17个位平面的Lena图像（即第八个位平面）和第17个位平面 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l图像各个位平面的作用图像各个位平面的作用从这个例子可以看出，每一个位平从这个例子可以看出，每一个位平面对图像能量的贡献大小，也可以面对图像能量的贡献大小，也可以帮助我们理解如何选择信息隐藏的帮助我们理解如何

8、选择信息隐藏的位置，达到不易察觉的目的。位置，达到不易察觉的目的。向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术引言引言 l本节所用符号本节所用符号C Ci i：载体对象的取样值：载体对象的取样值 L(c)L(c)：载体的长度：载体的长度L(m)L(m)：秘密信息的长度：秘密信息的长度S Si i：伪装对象的取样值：伪装对象的取样值K K：伪装密钥：伪装密钥向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术流载体的流载体的LSB

9、LSB方法方法(Least Significant Bits)流载体：发送方在信息嵌入时，得不到流载体：发送方在信息嵌入时，得不到载体的全部元素，只能一边得到载体一载体的全部元素，只能一边得到载体一边进行嵌入。边进行嵌入。LSBLSB：(Least Significant Bits)(Least Significant Bits)指最指最低有效位。低有效位。向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术流载体的流载体的LSBLSB方法方法(Least Significant Bits)嵌入嵌入：选择一个载体元

10、素的子集：选择一个载体元素的子集 ，其中共有，其中共有 个元素，用以隐藏秘个元素，用以隐藏秘密信息的密信息的 个比特。然后在这个个比特。然后在这个子集上执行替换操作，子集上执行替换操作，把把 的最低比的最低比特用特用 来替换来替换 提取提取：找到嵌入信息的伪装元素的子集：找到嵌入信息的伪装元素的子集 ，从这些伪装对象中抽出它们的最低比，从这些伪装对象中抽出它们的最低比特位，排列之后组成秘密信息特位，排列之后组成秘密信息 l嵌入与提取方法嵌入与提取方法向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术流载体的流载体

11、的LSBLSB方法方法(Least Significant Bits)l如何选择隐藏位置子集？如何选择隐藏位置子集？顺序选取顺序选取缺点：已嵌和未嵌部分数据特征不同缺点：已嵌和未嵌部分数据特征不同随机间隔法随机间隔法用伪装密钥用伪装密钥k k作为伪随机数发生器的种子，作为伪随机数发生器的种子，生成一个伪随机序列，嵌入位置为生成一个伪随机序列，嵌入位置为向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术伪随机置换的伪随机置换的LSBLSB方法方法 能够得到载体的所有元素，就可以从整能够得到载体的所有元素，就可以从整

12、个载体考虑，把秘密信息比特随机地分个载体考虑，把秘密信息比特随机地分散在整个载体中散在整个载体中嵌入：用种子密钥产生一个伪随机索引嵌入：用种子密钥产生一个伪随机索引序列序列 ，将第，将第k k个秘个秘密消息比特密消息比特隐藏在索引为隐藏在索引为 的载体元的载体元素的最低比特位素的最低比特位中中 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术提取：用同样的种子密钥产生同样的伪提取：用同样的种子密钥产生同样的伪随机索引序列，从这些位置最低比特位随机索引序列，从这些位置最低比特位中提取信息中提取信息 应避免的问题应

13、避免的问题产生的索引值可能产生碰撞产生的索引值可能产生碰撞用一个集合记录所有已使用过的载体索引用一个集合记录所有已使用过的载体索引值，当再次出现同样的索引值时，则放弃值，当再次出现同样的索引值时，则放弃这个索引值，再选择下一个元素这个索引值，再选择下一个元素 提取时同样处理提取时同样处理伪随机置换的伪随机置换的LSBLSB方法方法 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术简单，易实现，容量大简单，易实现，容量大安全性不高，不能抵抗叠加噪声、有安全性不高，不能抵抗叠加噪声、有损压缩等破坏损压缩等破坏提高安

14、全性：加密信息后再隐藏；提高安全性：加密信息后再隐藏；多次重复嵌入；先进行纠错编码后多次重复嵌入；先进行纠错编码后再嵌入。再嵌入。lLSBLSB方法的特点方法的特点伪随机置换的伪随机置换的LSBLSB方法方法 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术利用奇偶校验位利用奇偶校验位 把载体划分成几个不相重叠的区域，在把载体划分成几个不相重叠的区域，在一个载体区域中存储一比特信息一个载体区域中存储一比特信息嵌入嵌入：选择：选择 个不重叠区域，计算出个不重叠区域，计算出每一区域的所有最低比特的奇偶性，并每一区域

15、的所有最低比特的奇偶性，并选择一个载体元素的最低比特位存放这选择一个载体元素的最低比特位存放这个区域的奇偶校验位。嵌入信息时，在个区域的奇偶校验位。嵌入信息时，在对应区域的奇偶校验位上嵌入信息比特对应区域的奇偶校验位上嵌入信息比特 ，如果奇偶校验位与，如果奇偶校验位与 不匹配，则将不匹配，则将该区域中所有元素的最低比特位进行翻该区域中所有元素的最低比特位进行翻转，使得奇偶校验位与转，使得奇偶校验位与 相同相同 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术利用奇偶校验位利用奇偶校验位 提取提取：用同样的方法划

16、分载体区域，计：用同样的方法划分载体区域，计算出奇偶校验位，排列起来就可以重新算出奇偶校验位，排列起来就可以重新构成秘密信息构成秘密信息示例示例：奇校验：奇校验原载体最低位数据原载体最低位数据嵌入嵌入“1”嵌入嵌入“0”1 1 1 01 1 1 00 0 0 1向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术基于调色板的图像基于调色板的图像 基于调色板的图像基于调色板的图像调色板数据：定义了调色板数据：定义了N N种颜色索引对（种颜色索引对（i,ci,ci i）图象数据：代表每一个象素的调色板索引图象数据：代表

17、每一个象素的调色板索引颜色向量代表颜色向量代表R R、G G、B B三个分量的值，如果是三个分量的值，如果是灰度图像，则三个分量取值相同灰度图像，则三个分量取值相同使用调色板格式，可以降低图像存储的大使用调色板格式，可以降低图像存储的大小小向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术基于调色板的图像基于调色板的图像 l信息隐藏方法：信息隐藏方法：修改调色板颜色向量的修改调色板颜色向量的LSBLSB对彩色图像如果三种颜色同时修改，有可能对彩色图像如果三种颜色同时修改，有可能引起颜色偏差引起颜色偏差修改图像数据

18、（索引）的修改图像数据（索引）的LSBLSB索引值不代表颜色，相邻的索引值其代表的索引值不代表颜色，相邻的索引值其代表的颜色可能相差很远颜色可能相差很远可以先将颜色按某种规则排序，使得相邻颜可以先将颜色按某种规则排序，使得相邻颜色比较接近，这时索引值所代表的颜色是相色比较接近，这时索引值所代表的颜色是相近的近的向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术基于量化编码的信息隐藏基于量化编码的信息隐藏 在差分编码中隐藏信息在差分编码中隐藏信息嵌入嵌入计算邻近采样和的差值，对差值进行量化，计算邻近采样和的差值，对

19、差值进行量化，得到得到 查量化隐藏表，如果查量化隐藏表，如果 与要编码的秘密与要编码的秘密信息比特相同，则差分信号不变；如果信息比特相同，则差分信号不变；如果 与秘密信息比特不相同，则由最接近的与秘密信息比特不相同，则由最接近的 替换，使得查表所对应的比特与秘密信息替换，使得查表所对应的比特与秘密信息比特相同比特相同 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术基于量化编码的信息隐藏基于量化编码的信息隐藏 提取提取接收者拥有同样的伪装密钥表，它根据伪接收者拥有同样的伪装密钥表，它根据伪装对象的相邻数据的差分

20、信号，对应密钥装对象的相邻数据的差分信号，对应密钥表，可以得到每一个差分值所对应的秘密表，可以得到每一个差分值所对应的秘密信息比特信息比特 -4-3-2-101234010111001向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术二值图像中的信息隐藏二值图像中的信息隐藏 二值图像：由黑白象素的分布构成图像二值图像：由黑白象素的分布构成图像通常方法：利用图像区域中黑色象素的通常方法：利用图像区域中黑色象素的个数对秘密信息进行编码个数对秘密信息进行编码 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印

21、电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术二值图像中的信息隐藏二值图像中的信息隐藏 嵌入嵌入把一个二值图像分成把一个二值图像分成 个矩形图像区域个矩形图像区域 ，如，如果其中黑色象素的个数大于一半，则表示嵌入果其中黑色象素的个数大于一半，则表示嵌入0 0；如果白色象素的个数大于一半，则表示嵌入如果白色象素的个数大于一半，则表示嵌入1 1当需要嵌入的比特与所选区域的黑白象素的比例不当需要嵌入的比特与所选区域的黑白象素的比例不一致时，为了达到希望的象素关系，则需要修改一致时，为了达到希望的象素关系，则需要修改一些象素的颜色一些象素的颜色修改应遵循一定的规则，原则是不引

22、起感观察觉修改应遵循一定的规则，原则是不引起感观察觉修改应在黑白区域的边缘进行修改应在黑白区域的边缘进行 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术二值图像中的信息隐藏二值图像中的信息隐藏 另一种方法：利用游程编码的方法另一种方法：利用游程编码的方法例例编码：编码：a,4,a,1 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术二值图像中的信息隐藏二值图像中的信息隐藏 嵌入嵌入：修改二值图像的游程长度：修改二值图像的游程长

23、度如果秘密信息位是如果秘密信息位是0 0，则修改该游程长度为，则修改该游程长度为偶数；如果为偶数；如果为1 1，则修改游程长度为奇数；，则修改游程长度为奇数；如果秘密信息的取值与游程长度的奇偶性如果秘密信息的取值与游程长度的奇偶性相匹配，则不改变游程长度相匹配，则不改变游程长度 提取提取根据游程长度的奇偶性提取出秘密信息根据游程长度的奇偶性提取出秘密信息 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.1时空域替换技术时空域替换技术二值图像中的信息隐藏二值图像中的信息隐藏 刚介绍的刚介绍的时空域的最低比特位替换方法时空域的最低比特位替换方法

24、把信息隐藏在载体的最不重要部分把信息隐藏在载体的最不重要部分容易被噪声掩盖，有损压缩后丢失容易被噪声掩盖，有损压缩后丢失能否隐藏在载体的最重要部分？能否隐藏在载体的最重要部分？信息隐藏在载体的最重要部分，则只要载体信息隐藏在载体的最重要部分，则只要载体不被破坏到无法使用的程度，隐藏的信息都不被破坏到无法使用的程度，隐藏的信息都能保留。能保留。引出了另一大类的信息隐藏技术引出了另一大类的信息隐藏技术变换域变换域隐藏技术。隐藏技术。向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术引言引言 在载体的显著区域隐藏信息，比在载体

25、的显著区域隐藏信息，比LSBLSB方方法能够更好地抵抗攻击，而且还保持了法能够更好地抵抗攻击，而且还保持了对人类感观的不可察觉性对人类感观的不可察觉性 常用的变换域方法常用的变换域方法离散余弦变换（离散余弦变换（DCTDCT）离散小波变换（离散小波变换（DWTDWT）离散傅立叶变换（离散傅立叶变换（DFTDFT）等）等 返回目录向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 图像压缩标准（图像压缩标准（JPEGJPEG）的核心）的核心二维二维DCTDCT变换变换在在DCTDCT域中

26、的信息隐藏，可以有效地抵域中的信息隐藏，可以有效地抵抗抗JPEGJPEG有损压缩有损压缩 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l二维二维DCTDCT变换简介（回顾）变换简介（回顾）(1)(1)通过离散余弦变换，可以将能量集中在矩阵左上角的少数几个通过离散余弦变换，可以将能量集中在矩阵左上角的少数几个系数上。简单地说，我们可以将系数上。简单地说，我们可以将DCTDCT看作用一个看作用一个8 8行行8 8列的二维数组列的二维数组产生另一个产生另一个8 8行行8 8列的二维数

27、组的函数。也就是说，把一个数组通列的二维数组的函数。也就是说，把一个数组通过某种变换，变成另一个数组。过某种变换，变成另一个数组。首先将一幅图像划分成一个个首先将一幅图像划分成一个个8*88*8像素的图像块。比如，原图像素的图像块。比如，原图的尺寸是的尺寸是640*480640*480，那么将会被划分成，那么将会被划分成8080行行6060列的图像块。如果图列的图像块。如果图像只包含灰度，那么每个象素都会用一个像只包含灰度，那么每个象素都会用一个8bit8bit的数字表示。因此的数字表示。因此可以将每个图像块表示成一个可以将每个图像块表示成一个8 8行行8 8列的二维数组，这个数组中每列的二维

28、数组，这个数组中每个元素都是个元素都是02550255的的8bit8bit整数。整数。DCTDCT变换就是作用在这个数组上。变换就是作用在这个数组上。再看一下彩色的情况。如果图像是彩色的，那么每个象素都可以再看一下彩色的情况。如果图像是彩色的，那么每个象素都可以用用24bit24bit、相当于、相当于3 3个个8bit8bit的组合来表示。因此可以用的组合来表示。因此可以用3 3个个8 8行行8 8列的列的数组来表示这个数组来表示这个8*88*8的图像块。的图像块。DCTDCT变换作用于每一个数组。变换作用于每一个数组。向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四

29、章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏(2)(2)用用f f表示像素值的数组，表示像素值的数组，f(i,j)f(i,j)表示第表示第i i行第行第j j列的值，则列的值，则DCTDCT变换之后定义一个新的数组变换之后定义一个新的数组F(u,v)F(u,v)表示第表示第u u行行v v列的值。列的值。DCTDCT变换通过下面公式完成：变换通过下面公式完成：逆逆DCTDCT变换公式：变换公式：在上面两公式中，当在上面两公式中，当u,v=0u,v=0时，时，其他情况下，其他情况下，C(u),C(v)=1C(u),C(v)=1。l二维二维DCTDCT变换

30、简介（回顾）变换简介（回顾）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 下面举例说明。下面矩阵表示一个下面举例说明。下面矩阵表示一个8*88*8的图像样本的原始数组。的图像样本的原始数组。l二维二维DCTDCT变换简介（回顾）变换简介（回顾）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 为了便于计算，在进行变换之前先对原始图像中的每个样本数据减去为了便于计算，在进

31、行变换之前先对原始图像中的每个样本数据减去128128。然后。然后再按照公式计算出数组中每个元素的值。举再按照公式计算出数组中每个元素的值。举F(0,0)F(0,0)的值的计算过程如下：的值的计算过程如下：l二维二维DCTDCT变换简介（回顾）变换简介（回顾）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 按照这样，继续计算其他值：按照这样，继续计算其他值： 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 为了达到压缩的目的，我们需要对经

32、过为了达到压缩的目的，我们需要对经过DCTDCT变换的变换的DCTDCT系数进行量化，目的是减小非系数进行量化，目的是减小非0 0系数的幅度以增加系数的幅度以增加0 0值值系数的数目。在一定的主观保真的前提下，丢掉那些系数的数目。在一定的主观保真的前提下，丢掉那些对视觉效果影响不大的数据。量化是压缩过程中造成对视觉效果影响不大的数据。量化是压缩过程中造成质量下降的最主要原因。质量下降的最主要原因。因为人眼对于亮度的感知能力高于色度，因为人眼对于亮度的感知能力高于色度，JPEGJPEG压缩时压缩时使用了两个量化表使用了两个量化表色度量化表和亮度量化表。色度量化表和亮度量化表。l二维二维DCTDC

33、T变换简介（回顾）变换简介（回顾）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l二维二维DCTDCT变换简介（回顾）变换简介（回顾）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 用数组用数组F F中的每一个元素除以量化表中起对应位置的值。按中的每一个元素除以量化表中起对应位置的值。按照这个公式，我们对上面例子中的数组照这个公式，我们对上面例子中的数组F F进行量化

34、后得到如进行量化后得到如下结果下结果Q Q（采用亮度量化表）：（采用亮度量化表）：l二维二维DCTDCT变换简介（回顾）变换简介（回顾）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 z z形排列：对图像块进行形排列：对图像块进行DCTDCT变换后，能量集中在矩阵左变换后，能量集中在矩阵左上角的少数几个系数上。所以一般左上角的数值比较大，上角的少数几个系数上。所以一般左上角的数值比较大，而而0 0则主要集中在矩阵右下角。为了增加连续的则主要集中在矩阵右下角。为了增加连续的0 0的个

35、数，的个数，我们采用我们采用z z形排列（形排列（zigzagzigzag），以便更好地压缩数据。），以便更好地压缩数据。这样，我们就能把一个这样，我们就能把一个8*88*8的矩阵转换成一个的矩阵转换成一个1*641*64的矢的矢量。我们将上面经过量化的结果量。我们将上面经过量化的结果Q Q进行进行z z形排列，如下所形排列，如下所示：示：l二维二维DCTDCT变换简介（回顾）变换简介（回顾）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 经过经过z z形排列之后，结果变成了：形排

36、列之后，结果变成了：15 0-2-1-1-1 0 0-1 0 0 15 0-2-1-1-1 0 0-1 0 0 后后面全部是连续的面全部是连续的0 0，这样一来，连续，这样一来，连续0 0的个数变多了。（可用游程编码）的个数变多了。（可用游程编码）l二维二维DCTDCT变换简介（回顾）变换简介（回顾）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l二维二维DCTDCT变换简介（小结）变换简介（小结）DCT向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章

37、信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l二维二维DCTDCT变换简介（小结）变换简介（小结）DCT向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 图像分为图像分为8888的象素块，进行二维的象素块，进行二维DCTDCT变换，得到变换，得到8888的的DCTDCT系数系数系数按照系数按照Zig-ZagZig-Zag次序排列，左上角为次序排列，左上角为直流系数，其余为交流系数直流系数，其余为交流系数左上角部分为直流和低频，右下角部分左上角

38、部分为直流和低频，右下角部分为高频，中间区域为中频。为高频，中间区域为中频。中低频系数包含了图像的大部分能量，中低频系数包含了图像的大部分能量，是对人的视觉最重要的部分是对人的视觉最重要的部分l二维二维DCTDCT变换简介（小结）变换简介（小结）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l基本隐藏算法基本隐藏算法以一定的方式挑选一些中频系数，在这以一定的方式挑选一些中频系数，在这些中频系数中叠加秘密信息些中频系数中叠加秘密信息 所有中频系数所有中频系数固定位置的中频系数固定位

39、置的中频系数随机挑选中频系数随机挑选中频系数选择最大的几个中频系数。选择最大的几个中频系数。向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l基本隐藏算法（算法一）基本隐藏算法（算法一）在选出的中频系数中叠加秘密信息在选出的中频系数中叠加秘密信息 ：DCTDCT系数系数 ：隐藏后的：隐藏后的DCTDCT系数系数 ：第：第 i i 个秘密信息比特个秘密信息比特 ：可调参数，控制嵌入强度：可调参数，控制嵌入强度向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章

40、信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l基本隐藏算法（算法二）基本隐藏算法（算法二）在选出的中频系数中叠加秘密信息在选出的中频系数中叠加秘密信息方法一：每个系数上嵌入的强度相同方法一：每个系数上嵌入的强度相同方法二：根据系数的大小，成比例地嵌入方法二：根据系数的大小，成比例地嵌入此两算法的提取需要原始图像此两算法的提取需要原始图像向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l基本隐藏算法（算法三）基本隐藏算法（算法三）不需要原始载

41、体的信息隐藏方法：利用载体不需要原始载体的信息隐藏方法：利用载体中两个特定数的相对大小来代表隐藏的信息中两个特定数的相对大小来代表隐藏的信息 嵌入：载体图像分为嵌入：载体图像分为8888的块，做二维的块，做二维DCTDCT变变换，伪随机地选择一个图像块换，伪随机地选择一个图像块 ，分别选择，分别选择其中的两个位置，比如用其中的两个位置，比如用 和和 代表所选定的两个系数的坐标代表所选定的两个系数的坐标如果如果 ，代表隐藏，代表隐藏1 1；如；如果相反，则交换两系数果相反，则交换两系数如果如果 ，代表隐藏，代表隐藏0 0；如；如果相反，则交换两系数果相反，则交换两系数 向德生制作向德生制作湖南科

42、技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l基本隐藏算法（算法三）基本隐藏算法（算法三）提取提取接收者进行二维接收者进行二维DCTDCT变换，比较每一块中约变换，比较每一块中约定位置的定位置的DCTDCT系数值，根据其相对大小，得系数值，根据其相对大小，得到隐藏信息的比特串，从而恢复出秘密信到隐藏信息的比特串，从而恢复出秘密信息息 特点：不需原始图像特点：不需原始图像注意：如果选定位置的两个系数相差太注意：如果选定位置的两个系数相差太大，则对图像影响较大。应选择相近的大，则对图像影响较大。应选择相近的

43、值（如中频系数）值（如中频系数）向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l基本隐藏算法（算法四）基本隐藏算法（算法四）算法三的扩展：利用算法三的扩展：利用DCTDCT中频系数中的三个系数之间的中频系数中的三个系数之间的相对关系来对秘密信息进行编码相对关系来对秘密信息进行编码 嵌入：选择三个位置嵌入：选择三个位置 ，嵌入嵌入1 1：令：令嵌入嵌入0 0：令：令如果数据不符，则修改这三个系数值，使它们满足上述关系如果数据不符，则修改这三个系数值，使它们满足上述关系其中参数其中参

44、数D D的选择要考虑隐藏的健壮性和不可察觉性之间的平的选择要考虑隐藏的健壮性和不可察觉性之间的平衡，衡，D D越大，隐藏算法对于图像处理就越健壮，但是对图像的越大，隐藏算法对于图像处理就越健壮，但是对图像的改动就越大，越容易引起察觉改动就越大，越容易引起察觉 向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l基本隐藏算法（算法四）基本隐藏算法（算法四）如如果果需需要要做做的的修修改改太太大大，则则放放弃弃该该块块，将其标识为将其标识为“无效无效”“无无效效”：对对这这三三个个系系数

45、数做做小小量量的的修修改改使得它们满足下面条件之一：使得它们满足下面条件之一：或或向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术DCTDCT域的信息隐藏域的信息隐藏 l基本隐藏算法（算法四）基本隐藏算法（算法四）提取提取对图像进行对图像进行DCTDCT变换，比较每一块相应三个变换，比较每一块相应三个位置的系数，从它们之间的关系，可以判位置的系数，从它们之间的关系，可以判断隐藏的是信息断隐藏的是信息“1”“1”、“0”“0”还是还是“无效无效”块，这样就可以恢复秘密信息块，这样就可以恢复秘密信息 向德生制作向德生制作湖

46、南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术小波变换域的信息隐藏小波变换域的信息隐藏 l二维二维DWTDWT变换简介（回顾）变换简介（回顾）原始图像：下面的左图是一文本图像。原始图像：下面的左图是一文本图像。向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术小波变换域的信息隐藏小波变换域的信息隐藏 l二维二维DWTDWT变换简介（回顾）变换简介（回顾）1 1级小波分解：近似部分（级小波分解：近似部分（LLLL），水平方向细节部分），水平方向细节部分（HLHL），垂

47、直方向细节部分（），垂直方向细节部分（LHLH），对角线方向细），对角线方向细节部分（节部分（HHHH）HL1LH1HH1LL1向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术小波变换域的信息隐藏小波变换域的信息隐藏 l二维二维DWTDWT变换简介（回顾）变换简介（回顾）2 2级小波分解：对级小波分解：对1 1级分解后的级分解后的LL1LL1再进行一级分解再进行一级分解HL1LH1HH1LL2HL2LH2HH2向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域

48、技术变换域技术小波变换域的信息隐藏小波变换域的信息隐藏 l二维二维DWTDWT变换简介（回顾）变换简介（回顾）3 3级小波分解：对级小波分解：对2 2级分解后的级分解后的LL2LL2再进行一级分解再进行一级分解向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:0010 20 30 4020 20 30 2030 20 10 403140 40 40 4015 35 -5 -520 25 0 525 25 5 -152640 40 0 017.5 30 -2.5 032.5 32.5 2.5 -7.5-2.5 5 -2.5 -5-7.5 -7.5 2.

49、5 -7.5 l例：例：向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术小波变换域的信息隐藏小波变换域的信息隐藏 l二维二维DWTDWT变换简介（小结）变换简介（小结）DWT向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术小波变换域的信息隐藏小波变换域的信息隐藏 l二维二维DWTDWT变换简介（小结）变换简介（小结）10 20 30 4020 20 30 2030 20 10 403140 40 40 4017.5 30 -2.5 032.5

50、32.5 2.5 -7.5-2.5 5 -2.5 -5-7.5 -7.5 2.5 -7.5 DWT向德生制作向德生制作湖南科技大学计算机学院信息隐藏与数字水印电子教案 第四章信息隐藏技术00:004.2变换域技术变换域技术小波变换域的信息隐藏小波变换域的信息隐藏 从图可以看出，图像数据的每一级分解总是将上级低从图可以看出，图像数据的每一级分解总是将上级低频数据划分为更精细的子带。其中频数据划分为更精细的子带。其中LLLL子带是与原图内容极为相似的逼近子图，子带是与原图内容极为相似的逼近子图，HLHL子带是通过先将上级低频图像数据在水平方向高通滤波后子带是通过先将上级低频图像数据在水平方向高通滤