数字图像隐写检测关键问题研究

来源 :解放军信息工程大学 | 被引量 : 23次 | 上传用户:danfengtaoyang
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如何实现隐密载体的可靠检测,具有重要的现实意义和理论价值。十几年来,研究者们在隐写检测方面已经取得了许多优秀的研究成果,但仍有许多问题亟待研究和解决。本文主要开展数字图像隐写检测方面的研究,全文共八章,分三部分。主要包括:一、背景知识及国内外研究进展方面。从应用背景和技术背景阐述了隐写与隐写检测的现实意义和理论价值;简要介绍了信息隐藏的基本概念、模型及研究概况;详细阐述了图像隐写检测方面的研究进展。二、图像特定隐写检测研究方面。运用替换隐写所确立的像素对固定更改模式,提出了空域最低两位平面(LTSB)替换隐写和最低多位平面(MLSB)自适应隐写检测方法;基于DCT系数直方图相对熵,给出了频域F5隐写的信息嵌入比率估计算法。其中:1、针对空域LTSB替换隐写,通过分析图像相邻像素对集合在隐写前后的变化,发现了自然图像随隐写变化的统计规律。在此基础上,基于相似三角形原理,给出了空域LTSB替换隐写信息比率估计算法。实验表明,该算法能较为准确地估计LTSB隐写信息比率,克服了现有检测算法在嵌入率较高情况下出现的病态问题。2、针对空域MLSB自适应隐写,提出了基于特定区域和像素对分析的自适应隐写信息比率估计的一般方法;以非平坦区域为特定区域,给出了基于MBPIS(Multiple Bit Planes Image Steganography)自适应隐写的特定区域选取和隐写信息比率估计算法。实验表明,算法能较为准确地估计MBPIS隐写图像中各位平面隐写信息比率。3、针对频域F5隐写,首先,基于校准待检测图像估计原始图像,并计算嵌入率为p的隐写图像系数直方图;然后,基于待检测图像和隐写图像系数直方图的相对熵,得到隐写图像系数更改比率,并将该更改比率视为待检测图像系数更改比率的估计;最后,根据更改比率估计和待检测图像,修正原始图像直方图,并给出隐写信息比率估计算法。实验表明,相比现有典型检测算法,给出的新算法具有更高的估计精度。三、通用盲检测算法及特征比较分析方面。从隐写检测算法设计和隐写盲检测特征比较分析两个方面进行了研究。在算法研究方面,从多域特征的角度,给出了原始图像、PS类图像和隐写图像分类的多种盲检测算法;从时频分析的角度,给出了基于完全小波包分解、基于最优小波包分解的多种盲检测算法。在特征比较分析方面,基于小波系数多种子带,对PDF(概率密度函数)矩、CF(特征函数)矩等特征进行了比较,给出了在不同子带中两类特征优劣的理论依据。其中:1、基于多域特征综合的通用盲检测。首先,提出了一种基于多域特征综合的原始图像与非原始图像、PS类图像与隐写图像、不同隐写类图像间的分类算法架构。其次,设计并实现了基于空域像素、DCT系数和小波子带系数相关统计量为特征的盲检测算法,基于小波域特征联合的PS类图像与隐写图像的分类算法,基于空域相邻像素对偏离度的LSB替换与LSB匹配隐写图像分类算法。实验表明,架构提高了隐写检测的实用性,算法具有更高的检测正确率和通用性。2、基于优化时频分析的隐写通用盲检测。从优化时频分析的角度探讨了特征提取源的构造。基于既无冗余、又无疏漏的完全小波包分解对图像进行时频分析,给出了基于完全小波包分解的盲检测算法;基于图像不同的最优小波包分解结构,自适应地选择训练特征,给出了三种不同的基于最优小波包分解的盲检测算法。实验结果表明,与现有的典型盲检测算法相比,新算法具有更高的正确检测率和更好的通用性。3、特征比较分析。从现有文献关于PDF矩在小波系数对数预测误差子带优于CF矩的实验结论出发,对小波系数预测子带、小波系数预测误差子带、噪声小波系数子带、小波系数对数预测误差子带中CF矩和PDF矩隐写前后的变化趋势进行了分析。给出了基于前三种子带,提取CF绝对矩特征用于隐写检测比PDF绝对矩更优的理论依据;基于特征提取源在隐写前后均服从0均值高斯分布的条件,给出了CF绝对矩总是优于PDF绝对矩的一般结论;针对小波系数对数预测误差子带CF矩和PDF矩的优劣问题,给出了CF矩和PDF矩的表示形式,针对PDF矩是一个Lerch(拉尔赫)超越函数,难以定量分析的困难,基于拉尔赫超越函数可用多项式以任意精度逼近的特点,给出了在有限精度下一阶PDF矩优于CF矩的结论。最后,对全文工作进行了总结,并对下一步的研究方向进行了展望。
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