互联网时代，信息数字化和传输网络化成为必然趋势，这给信息传递和利用带来便利的同时，也带来了始料未及的风险。由于互联网传输协议的设计问题，互联网信道并不安全。如何保障信息的安全传输成为互联网时代的重要命题。数字图像是在互联网上最常见的传输媒体，以此为基础的隐秘信息安全保护技术研究有重要的实际意义。　　本文基于数字图像进行多媒体加密与信息隐藏的研究，并将所研究结果应用到一些实际的场景中，给出了数字图像信息安全传输的一系列的方法和算法。主要工作如下:　　一、以数字图像为基础的多媒体加密算法设计。基于传统置乱(Confusion)和扩散(Diffusion)加密框架，引入超混沌系统的随机特性，首先将图像在位面层次分解，并运用分子生物学中DNA编码、互补规则(Complimentary Rule)等思想，设计基于超图像(Hyper-image)的加密算法。此外根据遗传信息传递的中心法则的思想提出了一种基于编码与替换的全新加密框架。　　首先，在位面层次对图像进行DNA编码，利用DNA互补规则实现位面层次的替换，利用混沌随机系统设计随机分组方法，并基于此构造超图像，在超图像层面进行置乱操作;第二，借助位面层次的图像分解与超图像的构造，将图像在原始图像、位面层次的图像、和超图像三个层面上进行充分置乱和替换处理，充分打乱原始图像的结构;第三，提出一种基于类DNA编码和分组替换的加密框架，将图像编码成密码子序列，模拟中心法则中密码子分组表的构造方式，利用混沌系统随机系统构造虚拟密码子分组表，最后根据混沌随机串流编码后形成的控制信息来确定替换策略，并实现编码后成密码子序列图像替换。　　二、以数字图像为基础的多媒体信息隐藏算法设计。针对当前信息隐藏算法的未解决的问题和未触及到的领域，改进传统信息隐藏算法，并提出新算法。　　首先，改进了基于直方图方图移位的可逆信息隐藏算法，提出一种结构化的信息隐藏思路。提出一种整数小波变换算法实现了基于直方图移位的小波变换域设计可逆信息隐藏，通过整数运算保证了变换域信息隐藏算法的可逆性，通过多层整数小波变换策略，提升了信息隐藏的容量。在压缩（比如JPEG压缩、BTC压缩）图像上构造差值直方图，实现压缩图像的可逆信息隐藏。通过引入混沌随机特性，增强算法的安全性。其次，将前面基于编码和替换的思路应用到信息隐藏领域，通过设计特殊的虚拟密码子分组表来约束虚拟密码子序列的替换过程，获得了具有强随机性和大嵌入容量信息隐藏算法，并将算法在BTC压缩图像上进行了迁移，取得了良好效果。　　三、联合加密与信息隐藏算法设计。发现了采样图像置乱和整数小波变换后子带置乱之间的同态特性，并基于此设计了联合加密与信息隐藏算法。在图像的整数小波变换并置乱后的中频和高频子带上嵌入信息，并在整数小波逆变换后，将带有隐藏信息的图像再次进行采样置乱完成联合加密与信息隐藏。由于两次置乱之间的同态特性，在接收端可以直接解密获得与原始图像非常相似的图像，也可以在加密状态下直接提取隐藏信息。当然，如果同时拥有解密密钥和信息隐藏密钥，那么可以解密获取原始图像和隐藏的信息。　　四、数字图像信息隐藏的数字水印应用实例。首先，设计基于医学图像的病人隐私保护框架。将与医学图像相关的病人隐私信息以及病情概况等敏感信息嵌入到医学图像的重要区域(ROI，Region Of Interest)，并将含有隐藏信息的整体图像采用超混沌系统加密。该框架中提出一种能量检测算法用于确定医学图像的ROI，可以通过不同的阈值实现不同精度。第二，设计基于二维码的图像可逆可见水印算法。通过分析二维QR码(QR Code)的特点，将包含O2O信息的二维码作为可见水印嵌入到图像当中，并将改变信息可逆嵌入到原始图像中，实现了可见水印的去除和原始图像的可逆恢复。在可见水印的嵌入过程中充分考虑了二维码的编码与解码过程，在可逆水印的设计中利用了分块、扫描和信息预处理等策略实现了优化。第三，基于构造鲁棒双水印的数字图像版权认证算法。通过构造鲁棒零水印并鲁棒的嵌入到自身来设计完全盲检测的鲁棒水印算法，实现了无认证中心的数字图像全盲版权认证。将原始图像进行三级整数小波变换，并将变换后的低频子带(LL3)二值化形成二值鲁棒零水印。然后利用一种基于奇异值分解(SVD，Singular Value Decomposition)的鲁棒水印方法将构造的鲁棒零水印嵌入到分块SVD系数U矩阵的系数中。为增强鲁棒性和水印安全性，在鲁棒嵌入之前，将二值零水印利用混沌系统置乱分散并加密。