数字图像信息隐藏技术的研究与应用

来源 :河南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yhymoon0527
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近年来,突飞猛进的信息技术和数字技术席卷各个领域,一日千里迅猛发展的互联网,正在逐渐成为传播信息至关重要的平台与路径。不同类型的信息以网络为载体传播、发表、出版,极大地改变了信息传播方式,提高了信息传播的效率和速度,更加方便了人们的学校、工作和生活。与此同时,各种需要保密的非公开信息也在网络上进行着传播,包括国家安全信息、军事信息、个人隐私信息等。这类信息无法开诚布公、广为人知,相反的,它们有着异乎寻常的重要性和秘密性。在互联网开放的环境中,机密信息的传播伴随着极大地风险与隐患,关系到国家安全、军事安全、经济发展以及个人隐私。因此,网络环境下信息安全保护的课题已上升为亟待钻研分析的重中之重。
  本文以基于数字图像的信息隐藏技术为主要研究对象,以数字图像信息隐藏技术的理论体系为出发点,继而阐述其技术模型、分类特点等各个方面,概要介绍了信息隐藏技术,特别是数字图像信息隐藏的兴起与发展、历史背景和现实基础,并力图对该项技术在当下诸多层面的具体实践应用予以归纳和分析。
  数字图像作为互联网中最常见的一种文件类型,同时也是信息隐藏领域最常用的载体[1]。数字图像往往含有大量的数据冗余,因此,图像本身是很好的嵌秘载体。对于计算机来说,图像是一个由不同强弱分布的数字信号组成的数字集合。这些数字以单独为像素,整体为栅格的形式表征图像,也就是说,像素组成了图像的栅格表示。图像信息隐藏利用了人眼视觉系统(Human visual system,HVS)对于颜色细微变化的不敏感。
  在各种数字图像的信息隐藏技术中,最常见的技术是最低有效位(LeastSignificant Bit,LSB)隐藏方法。本文详细介绍了LSB隐藏方法的具体操作原理、理论提取过程、必要技术特征和总体评价体系。为了增强嵌入机密信息的安全性和鲁棒性,提出了一种结合了信息隐藏技术和信息加密技术的复合型LSB的改进算法。信息隐藏技术和信息加密技术是信息隐藏领域的两种不同原理的技术手段[2]。信息隐藏技术将机密信息嵌入其他公开数字媒介中,而信息加密技术掩盖了机密信息的内容。本文所提出的复合型LSB信息隐藏算法,融合了信息隐藏技术和信息加密技术的优点,两者的有机结合在保证图像质量和机密信息嵌入量,不被人类视觉系统察觉的基础上,大幅提升了算法安全性,增强了鲁棒性,使其能够有效抵抗未被合法授权的第三方检测和攻击。模拟试验后得出的最终结果表明,该算法切实有效,简单直观,具有很好的操作可行性和应用前景。
  近年来,随着网络存储和输送的数据量越来越大,全球的网络带宽都面临着巨大压力。在数字图像方面,未经压缩的位图占据了大量的存储空间,影响网络传输,于是,研究者们将图像压缩列为研究的新热点。图像的压缩方式根据压缩效果的不同大致可以分为两种方式,即失真压缩和无失真压缩。失真压缩,如JPEG(Joint Photographic Experts Group)能够达到相对较高的压缩率,节省更多空间,但同时图像位元也会被改变较多并可能影响到原始图像的质量。JPEG压缩算法采用浮点运算来转换图像,它可以将消除部分舍入误差以达到人眼无法分辨的效果。虽然这种改变人眼不可见,但这些改变对于嵌入其中的机密信息来说,无疑是灾难性的。无失真压缩能够保证原始数据的准确性,所以它是图像信息隐藏的首选载体。本文以基于边缘匹配的矢量量化信息隐藏技术为侧重点,分条缕述该方法的优劣势所在,并于此基础之上,改进一种基于混合基数计数法的无失真图像信息隐藏算法。实验表明,算法在保持了高隐秘性的同时,兼具了嵌入时间较短和信息隐藏容量较大两个优势。
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