不同小波基的图像信息隐藏算法的抗攻击性Word版

不同小波基图像信息隐藏算法的抗攻击性

0 引言

图像信息隐藏技术作为一个新兴的研究领域，横跨数字信号处理、图像处理、语音处理、模式识别、数字通信、多媒体技术、密码学等多个学科。它把一个有意义的信息通过某种嵌入算法隐藏到载体信息中，从而得到隐密载体，非法者不知道这个载体信息中是否隐藏了其它的信息，而且即使知道，也难以提取或去除隐藏的信息。隐密载体通过信道到达接收方后，接收方通过检测器利用密钥从中恢复或检测出隐藏的秘密信息。小波分析是图像信息隐藏中非常重要的一个图像处理工具，是图像从时域变换到频域的重要手段。在小波变换中，小波基的选择是非常重要的，可以影响算法的稳定性、安全性和鲁棒性等性能。

1 基于空域的图像信息隐藏

朱冰连【1】等人，针对图像空域最低有效位(LSB)隐藏算法隐藏位置不可靠、健壮性差、实用性不强等问题，充分利用彩色静止图像的多通道特性，以及图像最高有效位(MsB)隐藏信息健壮性强的优势，结合人眼视觉特性提出了一种基于MsB的抗裁剪信息隐藏算法。实验证明，此算法不仅对一般的噪声攻击具有较强的健壮性，而且能有效抵抗裁剪攻击。通过对人眼视觉系统的研究，对于三原色R、G、B，人眼对绿色最敏感，对蓝色最不敏感。据此，作者利用人眼视觉系统特性在RGB图像蓝色分量的MsB隐藏信息。在嵌入前一般要对秘密图像进行预处理。图像置乱是对秘密图像预处理最常用的手段。它主要有两个作用：1)改变秘密图像的统计特性，增强秘密图像隐藏后的不可见性；2)起到对秘密图像加密的作用，在对手不知道置乱密钥的情况下，即使提取出嵌入比特也不能正确恢复秘密信息。，本文提出的嵌人算法不仅具有大的信息隐藏容量，而且信息隐藏后的不可见性好，对常见的高斯噪声攻击和一定的裁剪攻击也具有较强的抵抗能力，具有一定的实用价值。但由于算法本身是建立在图像空间域上的，也不可

避免地有着空域隐藏算法的共性：对滤波、JPEG压缩和mosaic攻击等非常敏感。在实际应用中，为进一步增强隐藏信息的健壮性，还可在嵌入前对秘密图像实行纠错编码。

杨全周等人【2】，提出了一种隐藏二值图像的方法，它利用游程编码技术实现对二值图像的无损压缩来减少对掩护载体的像素修改。实验结果表明，相对于传统的LSB隐藏方法。本算法在一定程度上能抵抗Rs检测攻击，其载密图像在视觉上更不容易被察觉，秘密信息的安全性得到了增强。本文利用游程长度编码对待隐藏的二值图像进行压缩，减小了隐藏数据量，降低了空域LSB信息隐藏时对掩护图像载体的修改，增强了含密载体的视觉质量，提高了秘密信息的安全性。但对于类似于传真文件的二值文本图像，简单的游程编码不能得到较高的压缩比，需要改进游程编码算法进行压缩，这个问题有待下一步继续研究。

2基于变换域的图像信息隐藏

2.1 基于DCT域的图像信息隐藏

文献【3】是基于DCT域矢量地图水印算法的典型代表，同时也是目前唯一一个将可逆水印方案引入矢量地图中的算法。该方案主要利用矢量地图数据同一多边形的顶点坐标间的高相关性来嵌入水印信息。一般来说，由于矢量地图本身的结构特征，地图中每一个单独对象内的顶点坐标往往高度相关。而且DCT对高度相关的数据有能量聚集作用。矢量地图数据经过离散余弦变换后，变换数据的能量将被集中到直流分量和低频系数中。该水印方案充分利用这一特征，将每8个顶点组成一个单元，在每个单元中，一个水印位嵌在它的8个顶点的DCT系数中。所采用的嵌入方法是可逆的，所以地图数据在数据提取后没有损失。该个方案是一个多位的盲方案，但这个方案的缺点是矢量地图由水印带来的变形很大。

2.2 基于DWT域的图像信息隐藏

刘九风【4】等人，在《Daubechies正交小波基的图像水印性能》一文中对dbN类小波和haar小波在数字水印中的抗攻击性进行了深入比较。文章首先提出一种基于小波变换的水印算法，然后对已含隐藏信息的载体图像进行攻击，通过验算提取结果和比较小波基的抗攻击性。这次攻击测试包含了JPEG压缩攻击、噪声攻击。最后得出结论，在正交小波基中，Haar小波基在图像水印中的抗攻击性较好。本次试验采用了新的图像信息隐藏算法，增强了试验结果稳定性。但是，由于攻击的类型较少，难以全面地研究小波基在其他攻击方面的特性，可信度大打折扣。

顾艳春【5】等人提出基于小波变换和置乱技术的二值水印新算法，该算法是基于小波变换的图像信息隐藏算法，选用Haar小波基。本算法采用小波变换和Arnold置乱技术相结合的模式构造新的算法。对载体图像进行四级小波变换，对信息图像进行Arnold置乱处理，置乱次数为12次。在算法的试验测试中，对已含隐藏信息的载体图像进行了噪声攻击、JPEG压缩攻击、5*5裁剪攻击、滤波攻击和图像增强攻击。试验得出结论，该算法对常见的图像攻击具有较好的鲁棒性。本次试验侧重于对算法的抗攻击性进行测试，未测试不同小波基对算法的影响。

谢永化【6】等人在《基于分割采样的小波域图像信息隐藏算法及性能分析》一文中，对db1小波基在图像信息隐藏算法中的抗攻击进行了充分的探讨。该算法首先对隐藏信息图像进行图像分割采样的置乱，对载体图像进行两级小波变换。最后信息加载时利用加权水印加载方式进行信息隐藏处理。对算法的攻击测试中，采用了噪声攻击、JPEG压缩攻击、平滑滤波攻击和三分之一裁剪攻击。从实验结果看出，算法在抗噪声和裁剪攻击方面有较好的表现。本次试验对db1小波在图像信息隐藏算法中的性能进行了深入分析，但是，并没有从小波基的构成和特性方面对试验结果进行分析，不能从中得出db类小波基和其他小波基在抗攻击方面的特性。

张永红【7】在《基于小波的数字图像隐藏算法》一文中就提到，运用小波变换和和图像融合技术，简化了信息隐藏的算法思想，增强了算法的抗攻击性。该算法首先对秘密图像做空间域上的置乱变换，其次对公开图像进行小波变换，

对于变换的小波系数矩阵选择一个起始位置在(r，c)，大小为N

×N的系数矩阵CI；再次选择适当的参数alpha和n(作为密钥)，利用式(9)对c，和秘密图像肼进行插值，最后利用小波逆变换进行图像重构，从而得到结果图像。经试验证明，该算法在抵御噪声和置乱的攻击方面有突出表现，在实际应用中可以用于一般的商业秘密传输和验证。该算法在基于小波变换的图像信息隐藏方面具有代表性，是现代信息隐藏技术的典型案例。

基于小波变换的图像信息隐藏很容易与其他已经很成熟的算法混合使用，创造出性能更优的算法。文献【8】中就提到一种基于多小波和Contourlet变换的数字图像水印算法。算法主要思路是对原始载体图像进行分块，然后对每个子图像块多小波变换，在变换域中嵌入置乱后的水印图像后，再对变换域中的系数进行离散余弦变换(DCT)变换，提取出数字水印图像的主要特征向量，然后将主要特征向量序列和待嵌入置乱加密的数字水印序列生成一个二值逻辑序列，将生成的二值逻辑序列作为一个密钥。如果需要提取或检测来保护数字产品的版权，通过向第三方注册，利用密钥提取出水印。由文章的实验结果表明，该算法在抵抗滤波攻击和压缩攻击方面性能优越，在抵御几何攻击的方面略显不足。

2.3 基于DFT域的图像信息隐藏

文献【9】是基于DFT的水印方案，通过对矢量地图图元点的提取，形成一个顶点坐标序列。再将序列进行一维DFT变换，实现空域到频域的转化，然后通过对其变换后频域系数的选取，以此来嵌入水印信息。水印的嵌入是通过修改相关频域系数的幅值或相位信息来进行的。水印的检测主要通过对原始水印信息与提取的水印信息的相关系数NC来确定，适当选取检验阀值f，若相关系数NC>t 则说明水印信息的存在，否则地图中不含水印信息。所提出的算法能够抵抗平移、缩放、旋转、顶点重排、改变遍历起点或方向等的攻击。