信息隐藏技术课件第三章图像信息隐藏与水印.

【实验环境】
• (1) WindowsXp或Vista操作系 统
• (2) MATLAB7.1科学计算软件 • (3) 二值图像文件
【原理简介】
• 二值图像又称为单色图像或黑白图像， 一般用1或者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的数量的比较来 隐藏信息。方法是把一个二值图像分成 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，则表示嵌 入0；如果白色像素的个数大于一半， 则表示嵌入1，但是当需要嵌入的比特 与所选区域的黑白象素的比例不一致时， 为了达到希望的像素关系，则需要修改 一些像素的颜色。
• 算法选用最低位平面来嵌入秘密信息。 最低位平面对图像的视觉效果影响最轻 微，但很容易受噪声影响和攻击，解决 办法可采用冗余嵌入的方式来增强稳健 性。即在一个区域（多个像素）中嵌入 相同的信息，提取时根据该区域中的所 有像素判断。
【实验步骤】
• (1)隐藏Hale Waihona Puke Baidu法 • (2)计算峰值信噪比
(1)隐藏算法 算法分为三个部分实现： • 隐藏算法 • 提取算法 • 测试脚本
• 2.设计一种算法，用水印信息（二 值图像）的高四位替换载体图像 （灰度图像）的低四位，并提取水 印信息。
3.2 二值图像信息隐藏
• 【实验目的】 • 【实验环境】 • 【原理简介】 • 【实验步骤】 • 【思考题】
【实验目的】
• 了解二值图像的特点，掌握基 于二值图像的信息隐藏原理， 设计并实现两种基于二值图像 的信息隐藏方法。
【思考题】
• 1.二值图像信息隐藏另一种方 法原理如下：将二值图像分块， 使用一个与图像块大小相同的 密钥二值图像块，与每一个图 像块按像素进行“与”运算， “与”运算的结果可以确定是 否在该块中嵌入数据，或嵌入 怎样的数据。设计并实现该算 法。
3.3 Patchwork图像信息隐藏
• 【实验目的】 • 【实验环境】 • 【原理简介】 • 【实验步骤】 • 【思考题】
第三章
图像信息隐藏与水印
3.1 LSB图像信息隐藏
• 【实验目的】 • 【实验环境】 • 【原理简介】 • 【实验步骤】 • 【思考题】
【实验目的】
• 了解信息隐藏中最常用的LSB算 法特点，掌握LSB算法原理，设 计并实现一种基于图像的LSB隐 藏算法；
• 了解如何通过峰值信噪比来对图 像质量进行客观评价，并计算峰 值信噪比。
• 该方法存在一定的缺陷，没有 明确界定哪些像素可以修改以 便于隐藏秘密信息，二值图像 中某些像素的修改可能会引起 二值图像视觉效果上的较大变 化，相应的水印嵌入算法可能 在较大程度破坏图像的质量。
• 为达到较好的隐藏效果，可以 采用游程编码方法在二值图像 中隐藏信息。
• 游程编码的概念在图像压缩的 过程中经常使用，如下图所示 的编码为：<0,3>, <1,5>, <0,4>, <1,2>,<0,1>。其中0 表示白色像素点，1表示黑色 像素点。
【实验步骤】
• 1.嵌入秘密信息 • 2.提取秘密信息
提取秘密信息时，提取方需知 道隐藏的秘密信息的数量，使 用隐藏的秘密信息的数量值来 对载体图像进行分块。 • 3.游程编码方法在二值图像中 隐藏信息
携秘载体在视觉效果上和原始载体 有很大变化，通过不断修改 hidden.txt文本的值来增加隐藏的 信息容量。隐藏的信息越多，图像 的分块就越细，隐藏的效果就越好。
【实验目的】
• 了解Patchwork信息隐藏特点， 掌握基于Patchwork的图像信 息隐藏原理，设计并实现一种 基于Patchwork信息隐藏方法。
• BMP灰度图像的位平面图如右，每 个像素值为8bit二进制值，表示 该点亮度。
• 不同位平面对视觉影响不同，可 用下面系列图像表示。
去除第一位平面的图像和第一位平面
去除第1-7位平面的Lena图像和第1-7位平面
去除第1-4位 平面的图像和 第1-4位平面
• 图像高位平面对图像感官质量起主要作 用，去除图像最低几个位平面并不会造 成画面质量的明显下降。利用这个原理 可用秘密信息（或称水印信息）替代载 体图像低位平面以实现信息嵌入。
方案中修改像素的位置非常固定， 都是修改每个图像块的所有行前面 的像素，这样隐藏信息后的图像在 视觉效果上和原始图像存在较大差 别，违背了信息隐藏不改变视觉效 果的原则。
为改变上述算法，可以采用游 程编码方法在二值图像中隐藏 信息。采用游程编码方式隐藏 的信息量较大，而且隐写后的 载体图像和原始载体图像从视 觉效果上看差别不大，是较好 的一种二值图像信息隐藏方法。
【实验环境】
• (1) Windows XP或Vista操作 系统
• (2) MATLAB7.1科学计算软件 • (3) BMP灰度图像文件
【原理简介】
• 多媒体信息在数字化时，会产 生物理随机噪声，而人的感观 系统对这些随机噪声不敏感。 替换技术就是利用这个原理， 通过使用秘密信息比特替换随 机噪声，从而完成信息隐藏目 标。
游程编码像素分布图
• 秘密信息嵌入的时候修改二值图像的游 程长度，如果秘密信息位是0，则修改 该游程长度为偶数；如果为1，则修改 游程长度为奇数；如果秘密信息的取值 与游程长度的奇偶性相匹配，则不改变 游程长度。提取的时候根据游程长度奇 偶性提取出秘密信息。在隐藏信息的时 候，改变游程的奇偶性是通过对下一个 游程的第一个像素的像素值进行修改， 因此当下一个游程的值为1的时候不能 修改。修改后的游程长度不能隐藏信息， 因此隐藏信息的位置是选取游程长度数 组的偶数位来隐藏。
(2)计算峰值信噪比
• 峰值信噪比定义：
PSNR XY max x, y
p2 x, y 2
px,y px,y
x, y
• 峰值信噪比函数
• 测试脚本
【思考题】
• 1.LSB算法可以替换最低位，也可以 采用随机算法来替换低第四位中的 任何一位，因为图像低四位中的任 意一位的改变不影响图像文件的视 觉效果，自行设计一个LSB隐写算法， 将秘密信息随机嵌入到原始载体每 个像素的低四位中的任意一位。