基于圖像信息隱藏方法綜述

(武漢紡織大學 湖北 武漢 430200)

引言

社交網絡的出現，使人們能夠通過聲音、圖片、視頻以及文字等方式進行交流，如微博、Facebook、instagram。然而，在體驗社交網絡帶來的資源共享、便捷交流的同時，也會出現諸如視頻未經允許進行轉載、圖片未經允許進行商用或者修改二次上傳的侵權行為，這給人們的個人信息、財產安全造成了極大的影響，因此進行信息加密顯得尤為重要。

目前，信息隱藏方法大致分為兩類：基于空域的信息隱藏算法和基于變換域的信息隱藏算法。基于空域信息隱藏的算法中最典型的算法是LSB隱寫術，該算法的優點是載入圖像的信息數據量大，但安全性較差，嵌入圖像的隱藏信息容易被破壞，魯棒性不高；基于變換域信息隱藏算法中最典型的是離散余弦域的信息隱藏算法。該算法的優點是嵌入文件的方式多種多樣，增加了被攻擊的難度，具有較好的魯棒性，安全性也有較大的保障。但該類算法嵌入隱藏信息數據量較小。

一、圖片信息隱藏原理

信息隱藏技術是以數字媒體信號為載體，將秘密信息以一定的編碼，調制以及加密方式嵌入載體中，減少了被攻擊的難度。

信息隱藏的原理如圖一所示：

圖一 信息隱藏原理

(一)基于空域的信息隱藏方法原理

LSB隱寫術是最經典的基于空域信息隱藏方法，由于其可隱藏的數據量大且算法簡單，LSB算法已經成為目前隱蔽通信的主流技術。

以下為兩種LSB信息隱藏方法：

(1)簡單連續嵌入方法

簡單連續嵌入是通過在時空域的LSB或變換域系數的LSB中的某一個范圍內連續嵌入信息。

(2)隨機位選擇嵌入法

隨機位嵌入法是通過一個偽隨機算法，將隱秘消息位隨機的嵌入到整個隱秘載體中去，這樣就增加了被攻擊的難度。

例如在一張載體圖像上隱藏一段秘密信息M。首先要用偽隨機發生器產生元素索引的一個序列I1…Im，并把第k個消息存在索引為IK的元素中，由于未對偽隨機發生器的輸出作任何的限制，序列中的一個索引可能不止出現一次，稱之為“沖突”。若發生這種沖突，多于一位的消息位可能會插入到同一個隱秘載體元素中，從而破壞某些消息位。如果消息與隱秘載體元素的數目相比很小，那么發生碰撞的概率就可以忽略不計。

(二)基于變換域的信息隱藏原理

變換域算法可以根據人眼的視覺模型將秘密信息的能量有選擇地分布于覆蓋信號的變換域中，實現秘密信息的隱藏。

在變換域中，離散余弦變換(DCT)是最好的變換方法，能夠很好的反映出人眼對視覺頻率的敏感度響應。常用的JPEG圖像編碼標準中采用的基本正交變換形式就是離散余弦變換。采用離散余弦變換進行信息隱藏，小波變換的多分辨性與人眼本身的多分辨率生理特征非常吻合，因此是比較基礎、重要的方法。

進行變換域中信息隱藏分為以下幾個步驟：

1.首先對覆蓋的圖片進行正交變換，并且為了提高隱藏的安全性和魯棒性，對圖片進行分塊正交變換，fi(x,y)表示原始覆蓋圖片的第i個子塊，Fi(u,v)表示該子塊的變換域系數。

2.按照規律和算法，將秘密算法嵌入在特定的變換域系數中。

設Fi(u,v)中要嵌入的秘密信息為wi(u,v)，嵌入后對應的變換域系數變為Gi(u,v)，則可以表示為：

Gi(u,v)=Fi(u,v)+au,vwi(u,v)

式中，au,v是一個正實數，表示在變換域系數Fi(u,v)中秘密數據嵌入的深度。

3.對含有秘密信息的變換域系數進行反正交變換，得到隱秘的圖片。

二、圖片信息隱藏的應用

圖片信息隱藏的應用主要分為以下四個方面：秘密通信、版權保護、篡改檢測、不可否認功能。

(一)秘密通信

信息隱藏使用在表面看起來非常普通的信息作為載體來傳輸秘密信息，這些普通的信息可以是圖片、音樂、視頻等文件，秘密信息傳輸到普通的信息在公開的網絡上傳輸，一般用戶無法察覺到有秘密信息的嵌入。只有非法的用戶才能察覺到，但不用正確的算法也無法將秘密信息提取出來。合法的用戶可以檢測出秘密信息的存在，并使用設計好的算法把信息提取出來，從而實現秘密通信。

(二)版權保護

現如今，各種社交網站上可以發表自己的作品，例如攝影作品，自制視頻等，為了防止被二次轉載導致侵權，就需要版權保護。目前用的最多的就是數字水印。數字水印可以保護原作者的權益，并且在不損害原作者的作品前提下，就能夠很好地對媒體作品進行保護。

(三)篡改檢測

縱使有水印進行版權保護，但依然有人對作品進行篡改、偽造。因此，驗證作品的完整性也是一項很重要的工作。當作品的水印被破壞，這樣很容易對作品的完整性進行識別，從而實現對篡改的檢測，篡改檢測一般用于拍攝犯罪現場、交通事故現場、醫學診斷等。

(四)不可否認功能

不可否認功能指的是網絡通信雙方不得否認自己發送或接受信息，這是網絡交易的重要一部分，在電子商務中，需要身份認證和簽名，此時。將自己的身份信息和簽名嵌入到要發送的信息中，對方在接受到信息后再進行認證即可。

三、結束語

計算機網絡的迅速發展，便利了方方面面，但同時也出現了很多非法操作，因此，進行信息隱藏很有必要。在商用或者個人使用都有很大的幫助，于是，基于圖像的信息隱藏技術的應用前景不可估量，隨著技術的不斷發展和成熟，圖像信息隱藏技術將會更大范圍的應用于個人和商用。