信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印

第三章?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印圖像信息隱藏與水印3.1

LSB圖像信息隱藏?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗目的】【實驗環(huán)境】【原理簡介】【實驗步驟】【思考題】【實驗目的】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印了解信息隱藏中最常用的LSB算法特點，掌握LSB算法原理，設(shè)計并實現(xiàn)一種基于圖像的LSB隱藏算法；了解如何通過峰值信噪比來對圖像質(zhì)量進行客觀評價，并計算峰值信噪比?！緦嶒灜h(huán)境】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印(1)Windows

XP或Vista操作系統(tǒng)?(2)MATLAB7.1科學計算軟件?(3)BMP灰度圖像文件【原理簡介】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印多媒體信息在數(shù)字化時，會產(chǎn)生物理隨機噪聲，而人的感觀系統(tǒng)對這些隨機噪聲不敏感。替換技術(shù)就是利用這個原理，通過使用秘密信息比特替換隨機噪聲，從而完成信息隱藏目標。BMP灰度圖像的位平面圖如右，每個像素值為8bit二進制值，表示該點亮度。不同位平面對視覺影響不同，可用下面系列圖像表示。去除第一位平面的圖像和第一位平面?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印去除第1-4位平面的圖像和第1-4位平面?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印去除第1-7位平面的Lena圖像和第1-7位平面圖像高位平面對圖像感官質(zhì)量起主要作用，去除圖像最低幾個位平面并不會造成畫面質(zhì)量的明顯下降。利用這個原理可用秘密信息（或稱水印信息）替代載體圖像低位平面以實現(xiàn)信息嵌入。算法選用最低位平面來嵌入秘密信息。最低位平面對圖像的視覺效果影響最輕微，但很容易受噪聲影響和攻擊，解決辦法可采用冗余嵌入的方式來增強穩(wěn)健性。即在一個區(qū)域（多個像素）中嵌入相同的信息，提取時根據(jù)該區(qū)域中的所有像素判斷。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗步驟】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印(1)隱藏算法(2)計算峰值信噪比隱藏算法算法分為三個部分實現(xiàn)：隱藏算法提取算法測試腳本?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印(2)計算峰值信噪比峰值信噪比定義：峰值信噪比函數(shù)測試腳本?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【思考題】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.LSB算法可以替換最低位，也可以采用隨機算法來替換低第四位中的任何一位，因為圖像低四位中的任意一位的改變不影響圖像文件的視覺效果，自行設(shè)計一個LSB隱寫算法，將秘密信息隨機嵌入到原始載體每個像素的低四位中的任意一位。2.設(shè)計一種算法，用水印信息（二值圖像）的高四位替換載體圖像（灰度圖像）的低四位，并提取水印信息。3.2二值圖像信息隱藏?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗目的】【實驗環(huán)境】【原理簡介】【實驗步驟】【思考題】【實驗目的】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印了解二值圖像的特點，掌握基于二值圖像的信息隱藏原理，設(shè)計并實現(xiàn)兩種基于二值圖像的信息隱藏方法?！緦嶒灜h(huán)境】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印(1)WindowsXp或Vista操作系統(tǒng)(2)MATLAB7.1科學計算軟件(3)二值圖像文件【原理簡介】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印二值圖像又稱為單色圖像或黑白圖像，一般用1或者0表示黑色或白色像素點，利用二值圖像信息隱藏的方法主要是根據(jù)二值圖像中黑白像素的數(shù)量的比較來隱藏信息。方法是把一個二值圖像分成一系列矩形圖像區(qū)域B，某個圖像區(qū)域B中黑色像素的個數(shù)大于一半，則表示嵌入0；如果白色像素的個數(shù)大于一半，則表示嵌入1，但是當需要嵌入的比特與所選區(qū)域的黑白象素的比例不一致時，為了達到希望的像素關(guān)系，則需要修改一些像素的顏色。該方法存在一定的缺陷，沒有明確界定哪些像素可以修改以便于隱藏秘密信息，二值圖像中某些像素的修改可能會引起二值圖像視覺效果上的較大變化，相應(yīng)的水印嵌入算法可能在較大程度破壞圖像的質(zhì)量。為達到較好的隱藏效果，可以采用游程編碼方法在二值圖像中隱藏信息。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印游程編碼的概念在圖像壓縮的過程中經(jīng)常使用，如下圖所示的編碼為：<0,3>,

<1,5>,<0,4>,

<1,2>,<0,1>。其中0表示白色像素點，1表示黑色像素點。游程編碼像素分布圖?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印秘密信息嵌入的時候修改二值圖像的游程長度，如果秘密信息位是0，則修改

該游程長度為偶數(shù)；如果為1，則修改

游程長度為奇數(shù)；如果秘密信息的取值與游程長度的奇偶性相匹配，則不改變游程長度。提取的時候根據(jù)游程長度奇偶性提取出秘密信息。在隱藏信息的時候，改變游程的奇偶性是通過對下一個游程的第一個像素的像素值進行修改，因此當下一個游程的值為1的時候不能

修改。修改后的游程長度不能隱藏信息，因此隱藏信息的位置是選取游程長度數(shù)組的偶數(shù)位來隱藏。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗步驟】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.嵌入秘密信息2.提取秘密信息提取秘密信息時，提取方需知道隱藏的秘密信息的數(shù)量，使用隱藏的秘密信息的數(shù)量值來對載體圖像進行分塊。3.游程編碼方法在二值圖像中隱藏信息√攜秘載體在視覺效果上和原始載體有很大變化，通過不斷修改

hidden.txt文本的值來增加隱藏的

信息容量。隱藏的信息越多，圖像

的分塊就越細，隱藏的效果就越好?！谭桨钢行薷南袼氐奈恢梅浅９潭ǎ际切薷拿總€圖像塊的所有行前面的像素，這樣隱藏信息后的圖像在視覺效果上和原始圖像存在較大差別，違背了信息隱藏不改變視覺效果的原則。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印√為改變上述算法，可以采用游程編碼方法在二值圖像中隱藏

信息。采用游程編碼方式隱藏

的信息量較大，而且隱寫后的

載體圖像和原始載體圖像從視

覺效果上看差別不大，是較好

的一種二值圖像信息隱藏方法。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【思考題】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.二值圖像信息隱藏另一種方

法原理如下：將二值圖像分塊，使用一個與圖像塊大小相同的

密鑰二值圖像塊，與每一個圖

像塊按像素進行“與”運算，

“與”運算的結(jié)果可以確定是

否在該塊中嵌入數(shù)據(jù)，或嵌入

怎樣的數(shù)據(jù)。設(shè)計并實現(xiàn)該算

法。3.3

Patchwork圖像信息隱藏?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗目的】【實驗環(huán)境】【原理簡介】【實驗步驟】【思考題】【實驗目的】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印了解Patchwork信息隱藏特點，掌握基于Patchwork的圖像信

息隱藏原理，設(shè)計并實現(xiàn)一種基于Patchwork信息隱藏方法?！緦嶒灜h(huán)境】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印(1)Windows

XP或Vista操作系統(tǒng)?(2)MATLAB7.1科學計算軟件?(3)BMP圖像【原理簡介】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印

Patchwork是指從載體數(shù)據(jù)中選擇一些數(shù)據(jù)組成兩個集合，然后通過修改這兩個集合之間的某種關(guān)系來攜帶水印信息。這兩個集合可以是兩個系數(shù)、兩組系數(shù)或者是兩個特征量。兩個集合之間的關(guān)系可以是大小關(guān)系、能量關(guān)系、邏輯關(guān)系和奇偶性關(guān)系等。Patchwork方法嵌入水印時，通過修改集合之間的某種關(guān)系來嵌入水?。惶崛∷r，則根據(jù)對應(yīng)的關(guān)系來提取嵌入的水印信息。Patchwork方法最大優(yōu)點之一就是可以實現(xiàn)盲檢測。Patchwork可以適用于時/空域、變換域和壓縮域，本節(jié)主要介紹時域下的典型

Patchwork方法。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印Patchwork方法典型算法只能隱藏

1bit的信息，也就是只能說明該圖像是否存在水印，隱藏的信息量比較小，但是該算法的魯棒性較強。該算法的原理如下：隨機選擇兩個集合A={ai}和B={bi}，要求A和B中含有相同圖像系數(shù)，設(shè)為n；將集合A中所有樣點的像素值增加d，同時將集合B中所有樣點的像素值減少d，這樣兩個集合中的樣值都經(jīng)過微小的改動。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印選擇集合A和B的方法很多，但PatchWork方法是基于以下假設(shè)的，也就是說隨機選擇的兩個樣本集合的均值相同。本節(jié)中方法是根據(jù)圖像的橫坐標和縱坐標之和的奇偶性不同將圖像分為兩組，將橫坐標和縱坐標之和為偶數(shù)的所有系數(shù)上增加常量d=2.3，將橫坐標和縱坐標之和為奇數(shù)的所有系數(shù)上減少常量d=2.3。第二種方法是隨機選擇N對像素點（ai和bi），然后將ai點的值增加d,將bi點的像素值減少d。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗步驟】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.嵌入秘密信息2.提取秘密信息原始圖像和攜密圖像從視覺效果上幾乎相同。提取時，首先

將兩個圖像塊集合的樣本分別

求平均值，計算兩個樣本均值

的差來判斷水印信息是否存在。把整個圖像中的像素全部分成兩組，也可以通過隨機的方式實現(xiàn)?！舅伎碱}】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.本節(jié)介紹的方案都是假設(shè)A和B兩個集合在未修改之前樣本的均

值相同，但實際情況下樣本均值

之間的差異并不總為零。讀者可

自行從圖像的像素中挑選A和B兩個集合，使得這兩個集合樣本的

均值盡量接近，越接近，隱藏和

提取的效果越好。設(shè)計并實現(xiàn)一

種Patchwork算法，使得挑選的

兩個集合A和B的均值盡可能接近。3.4調(diào)色板圖像隱寫?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗目的】【實驗環(huán)境】【原理簡介】【實驗步驟】【實驗目的】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印了解調(diào)色板圖像的特點，掌握基于調(diào)色板圖像的信息隱藏原理，設(shè)計并實現(xiàn)一種基于調(diào)色板圖像的信息隱藏算法?！緦嶒灜h(huán)境】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印(1)WindowsXP或Vista操作系統(tǒng)(2)MATLAB7.1科學計算軟件(3)調(diào)色板圖像【原理簡介】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印調(diào)色板圖像含有一個不超過

256種顏色的調(diào)色板，并對應(yīng)

每種顏色的R、G、B三種分量

的值，圖像內(nèi)容中的每個像素

存儲的是一個不超過8比特的

索引值，其指向調(diào)色板中的對

應(yīng)顏色就是圖像的真實色彩。

大部分圖像用到的顏色數(shù)小于

256種，甚至小于128種，因此

可以在調(diào)色板中隱藏秘密信息。調(diào)色板圖像的調(diào)色板中最多包含256種顏色，若改變這些顏色的排列順序并相應(yīng)的改變圖像像素數(shù)據(jù)，不會對圖像內(nèi)容造成任何影響。因此隱藏秘密信息最簡單方法就是重新排列調(diào)色板中的這些顏色，同時修改索引值，但是許多軟件生成的調(diào)色板都是按照亮度和使用頻率排列的，如果在調(diào)色板中打亂顏色會使其毫無隱藏可言。如果調(diào)色板顏色小于

128種，可復制一個調(diào)色板，得到一個擴展的調(diào)色板，隱藏0使用原始索引值，隱藏1使用擴展索引值，但是重復顏色

的調(diào)色板會引起使用者懷疑。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印其他方法來隱藏信息：對于調(diào)

色板中的每一種顏色，可以通

過修改顏色的藍色分量（人眼

對于綠色分量最為敏感，對藍

色分量最不敏感）來增加一種

接近的但不完全相同的顏色，

這樣就形成一個擴展的調(diào)色板。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印嵌入算法如下：對調(diào)色板中所

有顏色，把像素點的藍色分量

增加，然后將這種顏色添加到

調(diào)色板中形成一個擴展調(diào)色板。根據(jù)需要嵌入的消息長度，隨

機選取隱藏的位置，當嵌入0的時候，使用原調(diào)色板中的顏色，當嵌入1的時候，使用擴展后調(diào)色板中的顏色。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印提取的時候，需要知道原始調(diào)色板的長度、隨機選擇的種子數(shù)和隱藏的信息數(shù)量，對于選中的像素點，如果使用原調(diào)色板中的顏色，提取信息0，如果使用擴展調(diào)色板中顏色數(shù)，提取信息1。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗步驟】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.嵌入秘密信息2.提取秘密信息3.5 DCT域圖像水印?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗目的】【實驗環(huán)境】【原理簡介】【實驗步驟】【思考題】【實驗目的】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印了解頻域水印的特點，掌握基于DCT系數(shù)關(guān)系的圖像水印算法原理，設(shè)計并實現(xiàn)一種基于

DCT域的圖像水印算法?！緦嶒灜h(huán)境】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印(1)WindowsXP或Vista操作系統(tǒng)(2)MATLAB7.1科學計算軟件(3)圖像文件【原理簡介】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印在信號的頻域（變換域）中隱藏

信息要比在時域中嵌入信息具有

更好的魯棒性。一副圖像經(jīng)過時

域到頻域的變換后，可將待隱藏

信息藏入圖像的的顯著區(qū)域，這

種方法比LSB以及其他一些時域水印算法更具抗攻擊能力，而且還

保持了對人類感官的不可察覺性。常用的變換域方法有離散余弦變

換（DCT）、離散小波變換（DWT）和離散傅立葉變換（DFT）等。下面介紹一種提取秘密信息的時候不需要原始圖像的盲水印算法。算法的思想是利用載體中兩個特定DCT系數(shù)的相對大小來表示隱藏的信息。載體圖像分為8×8分塊，進行二維DCT變換，分別選擇其中的兩個位置，比如用(u1,v1)和(u2,v2)代表所選定的兩個系數(shù)的坐標。如果

Bi(u1,v1)>Bi(u2,v2)，代表隱藏1，如果相反，則交換兩系數(shù)。如果，代表隱藏0，如果相反，則交換兩系數(shù)。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印提取的時候接收者對包含水印的圖像文件進行二維DCT變換，比較每一塊中約定位置的DCT系數(shù)值，根據(jù)其相對大小，得到隱藏信息的比特串，從而恢復出秘密信息。但是在使用上述算法的過程中，注意到如果有一對系數(shù)大小相差非常少，往往難以保證攜帶圖像在保存和傳輸?shù)倪^程中以及提取秘密信息的過程中不發(fā)生變化。因此在實際的設(shè)計過程中，一般都是引入一個Alpha變量對系數(shù)的差值進行控制，將兩個系數(shù)的差別放大，可以保證提取秘密信息的正確性。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗步驟】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.嵌入水印信息2.提取秘密信息【思考題】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.本節(jié)算法提取方需知道隱藏方嵌入數(shù)據(jù)的比特數(shù)，如何設(shè)計一種新的算法來克服這個問題。3.6完全脆弱圖像水印?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗目的】【實驗環(huán)境】【原理簡介】【實驗步驟】【思考題】【實驗目的】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印了解什么是脆弱性水印和半脆弱性水印，掌握實現(xiàn)半脆弱水印和脆弱水印的原理，設(shè)計并實現(xiàn)一種完全脆弱水印的實現(xiàn)方法。【實驗環(huán)境】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印(1)WindowsXP或Viata操作系統(tǒng)(2)MATLAB7.1科學計算軟件(3)圖像文件【原理簡介】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印在保證多媒體信息一定感知質(zhì)量

的前提下，將數(shù)字、序列號、文

字、圖像標志等做為數(shù)字水印嵌

入到多媒體數(shù)據(jù)中，當多媒體內(nèi)

容受到懷疑時，可將該水印提取

出來用于多媒體內(nèi)容的真?zhèn)巫R別，并指出篡改位置，甚至攻擊類型

等。這種水印稱為脆弱性水印，

脆弱性水印分為完全脆弱性水印

和半脆弱性水印。當原始載體內(nèi)容發(fā)生改變時，被嵌入的水印信息就遭到了破壞，因此圖像的接收方就不能完整的提取水印信息。從而可以鑒定原始數(shù)據(jù)是否被篡改。完全脆弱水印主要用于完整性保護，圖像不能發(fā)生任何修改，圖像如果發(fā)生一個比特的修改都會影響水印信息的提取。而半脆弱水印對一般圖象處理（如：濾波、加噪聲、替換、壓縮等）有較強的免疫能力（魯棒性），但是能檢測到對圖像的惡意篡改，一般用于內(nèi)容保護。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印完全脆弱水印系統(tǒng)要求圖像的任何部分均不能被修改，檢測器對圖像任何細微的變動都會做出拒絕判決。完全脆弱水印一般是從空域LSB水印算法演變過來，其中最有代表性的是校驗和（checksum）算法、公鑰認證水印算法和查找表水印算法。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印校驗和算法的原理如下：首先計算每個像素字節(jié)最高7位的checksum值,Checksum值定義為一系列相同長度數(shù)據(jù)的二進制位的模2和。此長度為8個連續(xù)像素中的最高7位的聯(lián)合長度，共56位。在Checksum值計算過程中，整幅圖像中的每個像素都參與計算，但每個像素只計算一次，最后結(jié)果為56位的數(shù)據(jù)。隨后在圖像中隨機選取56個像素，將每個像素的最低位變?yōu)榕c上述

Checksum比特位相同，以此存儲Checksum值，從而完成水印的嵌入。圖像認證時，只需要將被檢圖像的Checksum值與提取的水印信息進行比較，便可得知圖像是否被篡改。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印在這個算法中，隨機選取的存放Checksum值的像素位置以及Checksum值本身構(gòu)成了水印信息。在提取水印時，只需計算圖像的Checksum值并與水印信息中的Checksum值進行比較，便可知水印是否因遭受篡改而被破壞。?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印【實驗步驟】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.Checksum水印嵌入2.判斷圖像是否被修改3.判斷圖像是否被篡改【思考題】?信息隱藏技術(shù)課件第三章圖像信息隱藏與水印1.采用公鑰水印認證系統(tǒng)實現(xiàn)的完全脆弱水印算法的原理是：利用Hash函數(shù)的單向性和能在輸入發(fā)生微小變化的時得到完全不同輸出值的特點。嵌入過程如下：先將原始圖像（m*n）按照i*j大小進行分塊，第r個分塊記為Xr，同時將水印圖像擴充到與原始圖像同

樣尺寸大小，按照i*j進行分