信息隐藏期末复习
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信息隐藏定义：利用载体中存在的冗余信息来隐藏秘密对象，以实现保密通信或者实现数字签名和认证。
也就是说将秘密信息嵌入到多媒体数字信号本身所存在的冗余中，而且不影响载体信号的感觉效果和使用价值。
信息隐藏的特性：
1、不可感知性
2、不可检测性
3、容量
4、鲁棒性
5、安全性
6、复杂性
数字水印：是不可觉察地将秘密信息嵌入载体信号来传送秘密数据。
信息隐藏的应用：秘密通信、版权保护、认证和篡改检测、盗版追踪、信息标注
隐写分析：对表面正常的图像、音频、视频等媒体信号进行检测，判断其中是否有嵌入秘密信息，甚至只是指出媒体中存在秘密信息的可能性。
隐写术攻击：图片
信息隐藏基本原理：将欲嵌入的秘密信息进行预处理，然后根据相应的嵌入算法把秘密信息嵌入到多媒体中，从而达到把信息隐藏的目的。
隐写术：将秘密信息嵌入到载体中，使伪装载体在人类视觉以及计算机分析时，秘密信息不被发现，并且源载体与伪装载体之间差异很较小。
数字水印：指被嵌入多媒体，而且能证明版权归属或者跟踪侵权行为的信息。
数字水印特性与术语（图片）：不可感知性、鲁棒性、安全性、密钥唯一性、嵌入的有效性、虚警率、宿主信号、水印、有效载荷、水印访问单元、容量、水印方案、嵌入密钥、盲方案（盲水印- 都不需要、半盲- 需要密钥，不需要原载体）
混沌：指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动，一个确定性理论描述的系统，其行为却表现为不确定性、不可重复和不可预测。
图像融合算法：将同一个对象的两个或者多个图像合成在一幅图像中，以便它比原来的任何一幅更容易让人们所理解。
DWT 算法：
1、对图像进行多分辨率小波变换，生成图像的重要小波树
2、对原始水印图像进行混沌置乱
3、通过计算领域相关性将水印嵌入重要小波树系数中
4、将修改后的子带进行逆小波变换，得到含水印图像
实验一 HTML信息隐藏
实验原理：HTML是设计网页的基本语言。
由普通文本文件加各种标记组成。
目前商品化得HTML隐藏技术是通过在HTML文件回车换行符前加入不可显示标记的符号来实现。
本实验主要通过HTML语法特点来隐藏信息，常见方法有：
（1）利用浏览器在解析HTML程序时会忽略掉行尾或HTML结束标记后的空白符号，但不会影响浏览器的显示结果的特点来隐藏信息。
在网页结束标记<html>后每
行的行尾插入空格或Tab键隐藏信息，例如插入一个空格代表0，一个Tab代表
1.。
（2）修改标记名称字符的大小写来隐藏信息。
例如用html代表1，HTML代表0. （3）修改属性值字符串的大小写。
（4）用属性值用单引号、双引号、或者不用引号表达相同涵义的特点来隐藏，
（5）用单标记表示两种等价格式的特点来隐藏信息。
比如标记<BR>、</BR>表示相同的涵义。
实验二BMP图像信息隐藏
实验原理：针对文件结构的信息隐藏方法需要详细掌握文件的格式，利用文件结构块之间的关系或者根据块数据和块大小之间的关系来隐藏信息。
BMP文件由文件头、信息头、调色板去和数据区四个部分组成。
24位BMP图像由文件头、信息头、数据区三部分构成。
有四种方法可以再24位真彩色BMP图像中隐藏信息。
（1）在图像文件尾部添加任意长度的数据，秘密信息存放在文件尾部可以减少修改文件头的数据量。
（2）在调色板或者位图信息头和实际数据之间隐藏数据，如果将秘密数据放在文件头与图像数据之间，则至少需要修改文件头中文件长度】数据起始偏移地址这
两个域的值2.
（3）修改文件头和信息头中的保留字段隐藏信息。
（4）在图像像素区用图像宽度字节必须是4的倍数的特点，在补足位处隐藏数据。
实验三：LSB图像信息隐藏
设计原理LSB（Least Significant Bits）算法：将秘密信息嵌入到载体图像像素值的最低有效位，也称最不显著位，改变这一位置对载体图像的品质影响最小。
LSB算法的基本原理：
对空域的LSB做替换，用来替换LSB的序列就是需要加入的水印信息、水印的数
字摘要或者由水印生成的伪随机序列。
由于水印信息嵌入的位置是LSB，为了满足水
印的不可见性，允许嵌入的水印强度不可能太高。
然而针对空域的各种处理，如游程
编码前的预处理，会对不显著分量进行一定的压缩，所以LSB算法对这些操作很敏感。
因此LSB算法最初是用于脆弱性水印的。
LSB算法基本步骤：
1 将得到的隐藏有秘密信息的十进制像素值转换为二进制数据；
2 用二进制秘密信息中的每一比特信息替换与之相对应的载体数据的最低有效
位；
3 将得到的含秘密信息的二进制数据转换为十进制像素值，从而获得含秘密信息
的图像。
实验四：二值图像信息隐藏
实验原理：二值图像又称为单色图像或黑白图像，一般用1或0表示黑色或白色像素点，利用二值图像信息隐藏的方法主要是根据二值图像中黑白像素数量的比较来隐藏信息。
把二值图像分为一系列矩形图像区域B,某个图像区域B中黑色像素的个数大于一半则表示0，反之为1.。
实验结论：
采用游程编码方式隐藏的信息量较大，而且隐写后的载体图像和原始图像视觉上差距不大。
是一种很好的二值图像信息隐藏方法。
实验五：Patchwork 图像信息隐藏
实验原理：Patchwork是指，从载体数据中选择一些数据组成两个集合，并通过修改两个集合之间的某种关系来携带水印信息。
Patchwork最大的优点之一就是可以实现盲检测。
Patchwork方法典型算法只能隐藏1bit的信息，只能说明该图像有没有水印，隐藏信息量小，但是鲁棒性较强。
实验六：调色板图像隐写
实验原理：调色板图像含有一个不超过256种颜色的调色板，并对应没用颜色的RGB三种分量的值，图像内容中的每个像素存储的是一个不超过8比特的索引值，其指向调色板中的对应颜色就是图像的真实色彩。
大部分图像用到的颜色数小于256种，因此可以再调色板中隐藏信息。
最简单的隐藏方法是重新排列调色板中的颜色，同时修改索引值。
另外一种修改颜色的蓝色分量来增加一种接近但不完全相同的颜色，这样可以扩展一个调色板。
对于选中的调色板，如果使用原调色板，提取信息为0，如果使用扩展调色板，提取信息为1.
实验七 DCT域图像水印
实验原理：在信号频域中隐藏信息要比在时域中嵌入信息具有更好的鲁棒性。
常用的的变换域方法有离散余弦变换（DCT）、离散小波变换（DWT）和离散傅里叶变换（DFT）。
本实验是一个不需要原始图像的盲水印算法。
核心思想是利用载体中两个特定的DCT系数的相对大小来隐藏信息。
实验八：完全脆弱水印
实验原理：在保证多媒体信息一定感知质量的前提下，将数字、序列号、文字、图像标志等作为数字水印嵌入到多媒体数据中，当多媒体内容受到质疑时，将该水印提取出来，鉴别真伪。
半脆弱水印对一般图像处理有较强的免疫能力，但是能检测到恶意篡改。
完全脆弱水印
要求完全不被修改，完全脆弱水印一般是从空域LSB算法演变而来。
实验十：Stirmark使用指南
实验原理：对水印的性能建立合理的评估方法是数字水印研究的一个重要内容，在对水印性能评价中，需要对其进行一系列的攻击，这些攻击是指一个水印系统在实际中可能会遭受到的攻击。
水印攻击主要从鲁棒性角度考虑，Stirmark可以从多个方面检测水印的鲁棒性。
实验十一：LSB信息掩藏的卡方分析
实验原理：LSB隐写在隐藏大量信息的情况下依然保持良好的视觉效果，但是用有效的统计分析工具可以判断一幅图是含有秘密信息。
目前LSB信息隐藏的主要分析方法有卡方分析、信息量估算法、RS分析法和GPC分析法。
卡方分析的步骤：1、设图像灰度值为j的像素数为hj.如果未隐写，则h（2j）和h(2j+1)想差很远，否则会相差很近。
实验十二：LSB信息隐藏的RS分析
实验原理：RS主要是针对采用伪随机LSB嵌入算法进行攻击的一种方式。
不但能检测出是否有水印，还能检测数水印的长度。
RS隐写分析算法主要考虑图像各个位平面之间具有一定的非线性相关性，当用LSB算法后，这种相关性会被破坏。
核心理论是：经过LSBS算法的图像，其最低比特位分布满足随机性，0和1的概率都是二分之一。
1.名词解释。
隐秘信道：指允许进程以危害系统安全策略的方式传输信息的通信信道。
利用计算机系统中
的未使用和保留的空间，利用计算机系统中的隐通道，利用密码协议中的阈下信道。
隐写术：把秘密消息隐藏于其他信息当中，其中消息的存在形式较为隐秘。
隐写术的目的是
在不引起任何怀疑的情况下秘密传送消息，因此它的主要要求是不被检测到和大容量等。
数字水印：数字水印是指嵌在数字产品中的数字信号，可以是图像，文字，符号，数字等一
切可以作为标识和标记的信息；其目的是进行版权保护、所有权证明、指纹（追踪发布多份
拷贝）和完整性保护等。
数字指纹：每个水印都是一系列编码中唯一的一个编码，即水印中的信息可以唯一地确定每
一个数字产品的拷贝，因此，称它们为指纹或标签
脆弱水印：脆弱水印是一种在数字图像作品发生任何形式的改变时都无法检测出来的水印。
可见水印：电视屏幕左上角的电视台的台标是肉眼可以看见的水印，即可见水印。
嵌入域：
盲隐藏：若在提取隐藏信息时不需要利用原始载体，则称为盲隐藏
索引图像：是一种把像素值直接作为RGB 调色板下标的图像。
索引图像可把像素值“直接
映射”为调色板数值。
2.信息隐藏按照保护对象分为几类？它们各自的侧重点是什么？
答：主要分为隐写术和水印技术。
（1）隐写术的目的是在不引起任何怀疑的情况下秘密传送信息，因此他的主要要求是不被
检测到和大容量等；
（2）数字水印是指嵌在数字产品中的数字信号，可以说图像，文字，符号，数字等一切可
以作为标识和标记的信息，其目的是进行版权保护，所有权证明，指纹（追踪发布多份拷贝）和完整性保护等，因此他的要求是鲁棒性和不可感知性等。
3.鲁棒性。
透明性，嵌入量，安全性等常见的用来评价信息隐藏系统的属性，请解释它们的含义。
鲁棒性：之不因图像文件的某种改变而导致隐藏信息丢失的能力。
透明性：也叫隐藏性。
这是信息伪装的基本要求/利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，
经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。
嵌入量：
安全性：指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即他必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会被破坏，隐藏信息应该是安全的，应该经过某种加密后再隐藏，同时隐藏的具体位置也应该是安全的，至少不会因格式变换而遭到破坏
4.信息隐藏的应用领域：
（1）数据保密
（2）数据的不可抵赖性
（3）数字作品的版权保护
（4）防伪
（5）数据的完整性
5.空域隐秘技术：最不重要位替换、伪随机置换、图像降级和隐蔽信道、二进制图像中的信
息隐藏。
6.变换域方法是在载体图像的显著区域隐藏信息。
7.变换域的隐藏方法：使用离散余弦变换（DCT）在图像中嵌入信息；使用小波变换。
8.数字水印技术，是指在数字化的数据内容中嵌入的记号。
被嵌入的记号通常是不可见或不
可察觉的，但是通过一些计算操作可以被检测或被提取。
水印与源数据（如图像、音频、视频数据）紧密结合并隐藏其中，成为不可分离的一部分
9.数字水印与隐写术的区别：
（1）隐写术时信息隐藏的一个重要分支，专门研究如何隐藏实际存在的信息；隐藏信息可
以与被保护信息无任何关联。
（2）水印相对与隐写术更强调健壮性；水印并不总需隐藏（可见水印）；隐藏信息与被保护信息间有密切关系。
8.所有嵌入水印的方法都包含两个基本的构造模块：水印嵌入系统和水印恢复系统。
10.数字水印的应用：
（1）用于版权保护的水印
（2）用于盗版跟踪的数字指纹
（3）用于图像认证的水印
（4）商务交易中的票据防伪
（5）隐蔽标识
（6）隐蔽通信及其对抗
（7）数字广播电视分级控制
11.鲁棒性的作用:加入图像中的水印必须能够承受施加于图像的变换操作（如:加入噪声、滤
波、有损压缩、重采样、D/A 或A/D 转换等），不会因变换处理而丢失,水印信息经检验提取
后应清晰可辨。
12.确定水印鲁棒性大小的方法：
（1）首先将图像分为8×8 的块，根据高斯网络分类器决策选出特定的块。
然后利用一个线性DCT 约束或环形DCT 检测域对中频段DCT 系数进行变换，以传输水印信息。
线性约束定
义为Y=FQ。
F 是经过修改的DCT 系数向量；Q 是由水印提供的权重向量。
根据最小二乘
算法改变DCT 系数。
（2）定义了一些包含DCT 频率系数的圆域，然后根据下式对选定的频率进行量化：
||F−||2=min =1 ||F−||2 这里Q，i=1，2，…，H 是由水印提供的系数向量集合。
在水印的恢复过程中，要对所有的块验证其DCT 系数约束和位置约束。
（3）通过对DCT 块进行频率掩蔽，Swanson 等人也提出了一种DCT 域的水印技术。
输入图
像被分为若干方块，对这些方块进行计算，由于掩蔽栅格可提高掩蔽频率附近的信号栅格的
可视阈值，对每一个DCT 块计算它的频率掩蔽。
通过对最大长度的伪随机信号进行DCT 变
换，对可见的掩蔽进行放缩和处理，然后将这一水印加入到相应的DCT 块中，并通过空间
掩蔽来验证水印是否不可见，并控制缩放因子。
（4）在给定敏感指数的局部感知分类器基础上，Tao 和Dickinson 提出了一种自适应的DCT
域水印技术。
将水印嵌入到交流DCT 系数中，根据默认的JPEG 格式压缩表，选择合适的系
数，使量化的单位最小，并按公式对选定的系数作修改。
（5）利用HVS 掩蔽特性的基于DCT 的水印方法。
该水印由M 个符合正态分布的实数随机
序列组成X={x，…，x}。
原始图像I 的N×N 个DCT 系数按Z 字形扫描重新排列为一维向量。
从该向量的起始位置L+1 处，选择M 个系数组成的向量T={t，…，t}，并根据公式将水印嵌入到T 中。
13.W-SVD 的评价：
14.W-SVD 算法的实现：
（1）图像小波分解及低频系数归一化（2）SVD 变换
（3）正交随机矩阵的生成
（4）随机对角矩阵的生成
（5）替换
（6）图像的补充
15.W-SVD 水印检测：
16.W-SVD 各参数的意义：
17.水印的性能分析：
18.算法各参数与水印的不可见性关系：
（1）随着水印强度因子a 的不断增大，水印对原始图像的破坏也越来越大，水印的不可见性降低。
（2）d/n 对水印不可见性影响不大。
（3）随着小波分解尺度的增加，水印更集中在图像能量高的部分，对图像的感知质量造成的影响越来越大。
19.水印攻击：
20.常见的无意攻击：
（1）中值滤波
（2）锐化滤波
（3）马赛克攻击
（4）加噪攻击
（5）图像的旋转、剪切和改变大小
（6）JPEG 压缩
（7）模糊处理
中值滤波与均值滤波的区别：中值滤波的输出是模板下像素的中间值，而均值滤波输出的是模板下像素的平均值。
中值滤波对极限像素值的平滑处理效果比均值滤波好。
马赛克攻击的原理：将一幅图像中的像素按照一定大小的模板与相邻的像素一起取平均值，再将这个值赋给模板下的每一个元素。
图像的剪切有两种方法：
（1）剪取鼠标左键拖动的矩形区域；
（2）给定一组参数，包括剪取图像起始坐标、剪取图像的长度等，再按参数剪取。