信息隐藏(隐写术)
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– 非常脆弱，重新存储会丢失其中隐藏的秘密信息(许多图像处理软件会按 照颜色值对调色板排序)。 – 此外，该算法在一幅GIF图像中最多可嵌入log2(256!)/8=210字节的信息， 所以信息容量有限; – 并且调色板中“无序”的颜色序列很容易引起怀疑。 – Fridrich指出许多软件生成的调色板是按照亮度、使用频率等要素排列， GifShuffle将调色板中颜色打乱会使其毫无隐蔽性可言。
2019/1/27 9
二值图像中的信息隐藏(方法1)
• 嵌入
–把一个二值图像分成 L(m)个矩形图像区域 Bi ，如果其 中黑色象素的个数大于一半，则表示嵌入0；如果白色 象素的个数大于一半，则表示嵌入1 –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，为了达到希望的象素关系，则需要修改一些象 素的颜色 –修改应遵循一定的规则，原则是不引起感观察觉 –修改应在黑白区域的边缘进行
2019/1/27
14
• 嵌入：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
–根据游程长度的奇偶性提取出秘密信息
2019/1/27
15
例：游程修改嵌入法
游程的奇偶代表 秘密信息1或0 游程 为5
信息隐藏（隐写术）
主讲教师：余艳玮
ywyu@ustc.edu.cn
复习
• 隐写术的基本原理
– 概念 – 系统模型 – 性能指标 – 与数字水印技术的比较 – 常用工具 – 应用
2019/1/27
2
1 信息隐藏概述 2 隐写术的基本原理 3 隐写术 4 隐写分析技术
2019/1/27
3
• 隐写术
2019/1/27
10
• 需注意的细节
–应考虑有一定的冗余度。确定有效区域 –确定两个阈值 R1 50% 和 R0 50%，以及一个健壮性参 数 。 –隐藏0时，该块的黑色象素的个数应属于[R1 , R1 ] ；隐 藏1时，该块的黑色象素的个数应属于 [R0 , R0 ] –如果为了适应所嵌入的比特，目标块必须修改太多的 象素，就把该块设为无效 –标识无效块：将无效块中的象素进行少量的修改，使 得其中黑色象素的百分比大于 R1 3 ，或者小于 R0 3
2019/1/27
12
• 应用
– 工程图纸，地图等
• 需注意的问题
– 在边缘处修改（如何标识边缘？）
2019/1/27
13
二值图像中的信息隐藏(方法2)
• 另一种方法：利用游程编码的方法 • 例
a0
a1
a2
a3
a4
编码：< a0 ,3>, < a1,5>, < a2,4>, < a3,2>, < a4,1>
– 修改调色板 – 改变图像数据
2019/1/27
ห้องสมุดไป่ตู้
20
3.2.1 基于调色板的密写
• 调色板图象的调色板中最多可包含256种颜色 • (1) 通过调整调色板中颜色序列嵌入信息 • GifShuffle软件利用不同的颜色排列顺序，最多可在调色板中隐藏 log2(256!)比特。 • 优点：不会修改图像 • 缺点：
• 文本行、文本字符移位法：文本微调算法
– 行间距移位 – 字间距移位
2019/1/27
18
3.2 有限调色板图像隐写术
• 根据信息嵌入位置的不同，可将调色板图 象的密写分为两类:
– 基于调色板的密写 – 基于图象内容的密写
2019/1/27
19
有限调色板图像格式和存储表示
• 基于调色板的图像使用特定颜色空间的一个颜色 子集为图像上色，它包括两个部分:调色板和实际 的图像数据。实际的图像数据保存每个像素的调 色板索引而非颜色值。 • 有限调色板类图像中最常用的有GIF(Graphics Interchange Format)图像和索引类BMP图像。
R0 3
0
[ R0 , R0 ] [ R1 , R1 ]
0.5
R1 3
1
2019/1/27
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• 提取
–判断每一个图像块黑色象素的百分比，如果大 于 R1 3 ，或者小于R0 3 ，则跳过这样的无效 块 –如果在 [R1 , R1 ] 或者 [R0 , R0 ] 的范围内，则正 确提取出秘密信息0或1
+
0110 ||
游程 为6
2019/1/27
16
二值图像中的信息隐藏(方法3)
例：分块嵌入法
8*8小块内黑 色点总个数的 奇偶代表秘密 信息0或1
17个 黑点
+
0110 ||
18个 黑点
2019/1/27
17
二值图像中的信息隐藏(其他)
• 文字特征修改法
– 计算每个笔画的平均宽度 – 改变笔画粗细嵌入秘密信息
8
1011010110 1010101010 0101000101 1011011010 1010010101
2019/1/27
2。二值图像中的信息隐藏
• 二值图像：由黑白象素的分布构成图像
– 例如：传真、文字识别等
• 怎样隐藏？
–利用图像区域中黑色象素的个数对秘密信息进 行编码 – 利用游程编码对秘密信息进行编码 –利用图像分块中黑色点总个数的奇偶代表秘密 信息0或1
基于文件格式的隐写术 替换技术：位平面、颜色通道 LSB 基于关系的技术
对亮度分量修改 对颜色分量修改
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(3) 基于关系的技术
• 利用像素间的关系 • 块内或块间的统计特征量 • 利用邻域像素与中心像素间的关系
• 关系：
– 大小 – 逻辑 – 奇偶性
2019/1/27 7
1。利用奇偶校验位的方法
– 空域隐写术
• 原始类图像隐写术
– 基于文件格式的隐写术 – 替换技术：位平面、颜色通道 » LSB
– 基于关系的技术 • 有限调色板图像隐写术 – 变换域隐写术 • JPEG图像隐写术
2019/1/27 4
• 选择工作域
• 如何选择隐藏位置？ • 如何修改图像以嵌入水印
2019/1/27
5
3.1 原始类图像隐写术
• 把载体划分成几个不相重叠的区域，在 一个载体区域中存储一比特信息 • 嵌入：选择 L(m)个不重叠区域，计算出 每一区域i的所有最低比特的奇偶校验 位bi(i=1,2, … ,m)。区域i隐藏一个信 息比特bi。若bi与mi不同，那么就改变 该区域i中某个像素的最低比特，从而 使得bi=mi。 • 提取：用同样的方法划分载体区域，计 算出奇偶校验位，构成秘密信息
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二值图像中的信息隐藏(方法1)
• 嵌入
–把一个二值图像分成 L(m)个矩形图像区域 Bi ，如果其 中黑色象素的个数大于一半，则表示嵌入0；如果白色 象素的个数大于一半，则表示嵌入1 –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，为了达到希望的象素关系，则需要修改一些象 素的颜色 –修改应遵循一定的规则，原则是不引起感观察觉 –修改应在黑白区域的边缘进行
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• 嵌入：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
–根据游程长度的奇偶性提取出秘密信息
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例：游程修改嵌入法
游程的奇偶代表 秘密信息1或0 游程 为5
信息隐藏（隐写术）
主讲教师：余艳玮
ywyu@ustc.edu.cn
复习
• 隐写术的基本原理
– 概念 – 系统模型 – 性能指标 – 与数字水印技术的比较 – 常用工具 – 应用
2019/1/27
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1 信息隐藏概述 2 隐写术的基本原理 3 隐写术 4 隐写分析技术
2019/1/27
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• 隐写术
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• 需注意的细节
–应考虑有一定的冗余度。确定有效区域 –确定两个阈值 R1 50% 和 R0 50%，以及一个健壮性参 数 。 –隐藏0时，该块的黑色象素的个数应属于[R1 , R1 ] ；隐 藏1时，该块的黑色象素的个数应属于 [R0 , R0 ] –如果为了适应所嵌入的比特，目标块必须修改太多的 象素，就把该块设为无效 –标识无效块：将无效块中的象素进行少量的修改，使 得其中黑色象素的百分比大于 R1 3 ，或者小于 R0 3
2019/1/27
12
• 应用
– 工程图纸，地图等
• 需注意的问题
– 在边缘处修改（如何标识边缘？）
2019/1/27
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二值图像中的信息隐藏(方法2)
• 另一种方法：利用游程编码的方法 • 例
a0
a1
a2
a3
a4
编码：< a0 ,3>, < a1,5>, < a2,4>, < a3,2>, < a4,1>
– 修改调色板 – 改变图像数据
2019/1/27
ห้องสมุดไป่ตู้
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3.2.1 基于调色板的密写
• 调色板图象的调色板中最多可包含256种颜色 • (1) 通过调整调色板中颜色序列嵌入信息 • GifShuffle软件利用不同的颜色排列顺序，最多可在调色板中隐藏 log2(256!)比特。 • 优点：不会修改图像 • 缺点：
• 文本行、文本字符移位法：文本微调算法
– 行间距移位 – 字间距移位
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3.2 有限调色板图像隐写术
• 根据信息嵌入位置的不同，可将调色板图 象的密写分为两类:
– 基于调色板的密写 – 基于图象内容的密写
2019/1/27
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有限调色板图像格式和存储表示
• 基于调色板的图像使用特定颜色空间的一个颜色 子集为图像上色，它包括两个部分:调色板和实际 的图像数据。实际的图像数据保存每个像素的调 色板索引而非颜色值。 • 有限调色板类图像中最常用的有GIF(Graphics Interchange Format)图像和索引类BMP图像。
R0 3
0
[ R0 , R0 ] [ R1 , R1 ]
0.5
R1 3
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• 提取
–判断每一个图像块黑色象素的百分比，如果大 于 R1 3 ，或者小于R0 3 ，则跳过这样的无效 块 –如果在 [R1 , R1 ] 或者 [R0 , R0 ] 的范围内，则正 确提取出秘密信息0或1
+
0110 ||
游程 为6
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二值图像中的信息隐藏(方法3)
例：分块嵌入法
8*8小块内黑 色点总个数的 奇偶代表秘密 信息0或1
17个 黑点
+
0110 ||
18个 黑点
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二值图像中的信息隐藏(其他)
• 文字特征修改法
– 计算每个笔画的平均宽度 – 改变笔画粗细嵌入秘密信息
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2。二值图像中的信息隐藏
• 二值图像：由黑白象素的分布构成图像
– 例如：传真、文字识别等
• 怎样隐藏？
–利用图像区域中黑色象素的个数对秘密信息进 行编码 – 利用游程编码对秘密信息进行编码 –利用图像分块中黑色点总个数的奇偶代表秘密 信息0或1
基于文件格式的隐写术 替换技术：位平面、颜色通道 LSB 基于关系的技术
对亮度分量修改 对颜色分量修改
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(3) 基于关系的技术
• 利用像素间的关系 • 块内或块间的统计特征量 • 利用邻域像素与中心像素间的关系
• 关系：
– 大小 – 逻辑 – 奇偶性
2019/1/27 7
1。利用奇偶校验位的方法
– 空域隐写术
• 原始类图像隐写术
– 基于文件格式的隐写术 – 替换技术：位平面、颜色通道 » LSB
– 基于关系的技术 • 有限调色板图像隐写术 – 变换域隐写术 • JPEG图像隐写术
2019/1/27 4
• 选择工作域
• 如何选择隐藏位置？ • 如何修改图像以嵌入水印
2019/1/27
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3.1 原始类图像隐写术
• 把载体划分成几个不相重叠的区域，在 一个载体区域中存储一比特信息 • 嵌入：选择 L(m)个不重叠区域，计算出 每一区域i的所有最低比特的奇偶校验 位bi(i=1,2, … ,m)。区域i隐藏一个信 息比特bi。若bi与mi不同，那么就改变 该区域i中某个像素的最低比特，从而 使得bi=mi。 • 提取：用同样的方法划分载体区域，计 算出奇偶校验位，构成秘密信息