一種基于LSB的圖像信息隱藏算法

摘 要： 分析了壓縮算法以及LSB算法對圖像的影響，發現壓縮效果存在塊差異，因此，隱藏在圖像中的秘密信息在圖像有損壓縮后，不同分塊中的提取效果也是存在好壞差別，利用這種差別，提出一種圖像信息隱藏新算法，即把秘密信息嵌入在抗壓縮性能較好的分塊上，從而實現具有一定抗壓縮性能的空域信息隱藏算法。仿真實驗證明：算法不僅嵌入提取簡單，對JPEG和JPEG 2000具有一定抵抗性，而且算法嵌入容量大，能滿足大圖像中嵌入小圖像的需求。

關鍵字： 信息隱藏； 圖像； 抗壓縮算法； LSB

中圖分類號： TN919.8?34； TP918.91 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）17?0075?03

0 引 言

信息隱藏技術是將秘密信息隱藏在公開的宿主信號中，且不影響宿主信號的感覺效果和使用價值的一種數據保護手段[1]。數字圖像由于其冗余空間大，是目前使用最多的信息隱藏載體，信息隱藏算法主要有基于變換域和基于空域的?？臻g域算法是直接改變圖像元素的值[2?3]，具有算法簡便，信息隱藏容量大，信息嵌入和提取速度快等特點；變換域算法是利用某種數學變換[4?5]，將圖像用頻域表示，通過更改圖像的某些變換域系數來加入待隱藏信息，再利用反變換來生成隱藏有其他信息的圖像的隱藏方式，其特點是隱蔽性好，但是嵌入信息量小、算法復雜、嵌入和提取信息速度較慢[6]。所以，變換域方法一般用于水印信息的嵌入而空間域方法則多用于機密信息的通信。

LSB（Least Significant Bit） 是最典型的空間域算法，利用圖像的最低有效位來嵌入秘密信息。該算法實現簡單，隱藏容量大，有很好的不可感知性，近年來，也出現了針對不同需求的LSB改進算法。文獻[7]是對安全性能上的改進算法，文獻[8]改進了LSB算法的嵌入容量。本文討論的是算法的抗壓縮性能，主要針對圖像壓縮中常見的JPEG和JPEG 2000算法，之前一些研究人員也做過類似的工作，文獻[9]中提出的MSB算法，把原先需要8位表示的256色圖像量化到需要7位來表示的128色圖像，剩余的那位（高位）作為冗余空間來存儲隱藏信息，這種方法解決了壓縮等魯棒問題，但圖像的質量不高，文獻[10]則是把空間域算法和變換域算法相結合，提出頻域LSB定義，文章利用頻域的最低有效位來隱藏信息，這種算法提高了魯棒性能，但其隱藏容量較小。本文在考慮容量的基礎上提出了基于分塊隱藏的LSB算法，該算法利用不同分塊之間錯誤分布的差異，把秘密信息隱藏在抗壓性能表現好的分塊上，從而實現了秘密信息的正確提取，同時，由于嵌入位選擇在不重要的位平面上，隱藏后圖像質量依然很好，算法的不可見性能良好。

1 圖像壓縮前后的塊效應分析

傳統LSB算法是把信息隱藏在載體最低位，采用直接替換或者秘密信息調制的方式進行嵌入，含密圖像一旦經過壓縮解壓，圖像的最低位極易發生變化，也就是說秘密信息將被損壞，圖1給出隱藏在第4位平面時算法經過JPEG 2000壓縮后提取秘密信息圖像情況，可以看出，算法在3倍壓縮時已不能識別出秘密信息。

提取秘密信息圖像情況為保證秘密信息在壓縮后能夠正確的提取，分析圖像壓縮前后的變化有如下結論：

（1）一定壓縮倍數下，像素點的誤差大都分布在0值的兩側，圖2為Lena圖像經過Q=85的JPEG壓縮（壓縮倍數為5.82）時的誤差分布曲線。圖中可以計算出錯誤值在[-3，3]內的像素點個數達到總像素點的83%，即大部分像素點的誤差值較小。

（2）圖像壓縮前后存在不同的錯誤效果，即同一幅圖像，不同塊中的錯誤情況各有不同，圖3為在Q=85的JPEG壓縮后，不同8×8分塊中的錯誤個數，可以看出，有的分塊在壓縮后錯誤少，甚至沒有錯誤，有的錯誤個數則較多。

2 提出的算法

3 實驗結果及討論

由以上實驗結果可知，本文算法在灰度載體圖像上可嵌入多種不同大小的秘密信息圖像，算法可依據秘密信息的大小調整嵌入參數，含密圖像在經過JPEG和JPEG 2000壓縮后，秘密信息可以較好的恢復。

4 結 語

空域算法是目前廣泛用于隱蔽通信中的隱藏算法，LSB更是空域算法中最為常見的算法，其主要不足就是算法的魯棒性差。因為圖像本身含有大量冗余，所以圖像一般經過壓縮后進行傳輸，本文對圖像中最常用的壓縮算法JPEG和JPEG 2000進行分析，發現在壓縮前后圖像的塊差異，根據這一特征，選取在壓縮中變化較小的分塊來隱藏信息，從而使算法對有損壓縮具有一定的抗壓縮性。實驗結果表明，本文算法在保證一定容量的前提下，可以實現圖像在JPEG和JPEG 2000壓縮下較好地提取秘密信息，可應用于隱秘通信。

參考文獻

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[10] 胡東，劉曉云.使用頻域LSB水印算法的魯棒性分析[J].電子科技大學學報，2006（10）：770?773.

作者簡介：魏佳圓 女，1988年出生，陜西西安人，碩士。研究方向為通信與信息處理、信息安全。