lec基于调色板的隐写术
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使用索引矩阵！！
21
一个直接的解决思路
先对调色板进行排序，使得相邻的颜色 尽可能的相像；
再使用LSB进行嵌入； 为了避免怀疑，可以再把调色板还原，
这步是可选的。
22
隐写方法三： EZstego方法
1. 采用某种距离准则，对调色板进行排序，使调 色板中的两个相邻颜色向量具有相似的颜色感 觉（实现时的相对难点）;
可以采用不同容量的嵌入，如 30%,50%,70%,100%
一个示意代码：
[im,map]=imread('garfield3.gif'); [l1,l2]=size(im); r=uint8(round(rand(l1,l2))); im2=bitand(im,254); em=bitor(im2,r); subplot(1,2,1);imshow(im,map);title('原始图像'); subplot(1,2,2);imshow(em,map);title('伪装图像');
17
基于调色板排序的思想
先定义颜色的顺序； 再定义调色板的顺序； 把所有的调色板按照从小到大的顺序排
列成一张表； 在[data,map]中隐藏的信息就是该map
在表中的索引。
18
程序演示
[data,map]=imread('garf21.bmp'); msg=7777; [newdata,newmap]=SortPalletHiding(data
第4讲 基于调色板图像的隐写术
任德斌
四川大学电子信息学院
主要内容
索引图像介绍 基于索引图像的主要隐藏算法
对调色板排序 EZstego方法 颜色的量化索引调制
2
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（索引）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。
秘密信息 如原始调色板的颜色数是32，嵌入后
就变为256 如果GIF载体图像的调色板的颜色数是
256，该怎么办？
35
S-TOOL方法的缺点
大量降低图像的颜色总数, 也可能同时大 幅降低了图像质量。
不安全。对图像的调色板色彩亮度 (luminance) 做简单的排序分析, 被嵌入秘 密消息的图像的调色板色彩会形成 32 个 群集
缺点：
直方图攻击 该算法对调色板中所有颜色保证了整体最优，
却忽视了局部最优的情况，即没有保证替换 前后的两个颜色在调色板颜色序列中的空间 位置最近 可能引起图像质量的较大改变
27
隐写方法四：Fridrich算法
特点：不需要对调色板进行排序
输入: 索引矩阵 I, 调色板 C = {c1, c2, . . . , cL}, 消息 m 输出:索引矩阵 J
10
实验结果
11
原因
由于调色板并不要求有任何的排序，故 调色板中相邻位置对应的颜色不一定具有视 觉的相似性。因此，简单的修改图像数据的 LSB，可能会导致颜色的跳跃变化。
12
方法一：修改调色板的LSB
对调色板中的颜色向量的LSB修改。 对颜色向量ci的轻微改变(最低比特位)可 以不引起HVS的察觉。 隐藏容量很小：
tol是一个（0,1）区间的实数，转换后的 图像色彩数量不大于(floor(1/tol)+1)^3 。
n是一个[0, 65535]的整数，直接表示转换 后的索引图的色彩数量。
8
一个直接的想法
能否对索引矩阵直接使用LSB？为什么？ 做实验
9
实验
直接把秘密信息嵌入到gif图像索引数 据的LSB，并观察效果。
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。
GIF格式采用无损压缩技术，普遍适用于图表， 按钮等只需少量颜色的图像。
3
[B,map]=imread('lena-ind.bmp');
索引图像
4
调色板的概念
调色板是包含不同颜色的颜色表，每种颜 色以红、绿、蓝三种颜色的组合来表示；图像 的每一个像素对应一个数字，而该数字对应调 色板中的一种颜色。
2. 进行LSB替换; 3. 最后把调色板进行还原。
EZstego软件采用该方法 有很多不同的排序方法
亮度排序 将颜色根据它们在色彩空间中的欧几里德
距离进行wk.baidu.com序（ EZstego软件 ）：
d R2 G2 B2
23
EZsteg-调色板排序
使得sum(distance(c(i),c(i+1)))最小
,map,msg); figure;imshow(data,map);title('the ori'); figure;imshow(newdata,newmap);title('th
e stego'); msg2=ExtractFromSortPallet(newmap)
19
对调色板排序隐藏的特点
28
Fridrich算法的特点
实现简单，效率更高，特别是对提取算 法
也不能实现颜色替换的局部最优，其实 现效果不一定比Ezstego算法更好
可能引起图像质量的较大改变
29
隐写方法五：最佳奇偶分配密写（OPA）
将调色板中的颜色划分为两个子集，分别 代表0，1比特
实现方法：
计算所有不同颜色Ci和Cj的距离dij，并按照 从大到小的顺序进行排序，最近的两种颜色 用有向线段连接（构成一个有向图）
1
0
42
秘密消息: 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0
索引数据
10 1
0
1
00 1
011
1
10
0
秘密消息
CW1, CW2, CW4, CW5 CW6, CW7
CW11, CW3 CW15, CW10 CW12, CW9
如某像素值为1，则表示该颜色为调色板的 编号为1的颜色。调色板的单元个数是与图像 的颜色数相对应的，256色图像的调色板就有 256个单元。不同的图像有不同的调色板。
5
索引图像
索引图像是一种把像素值直接作为RGB调色 板下标的图像。一幅索引图包含一个数据矩阵 data和一个调色板矩阵map， map矩阵总是一 个m×3的双精度类型矩阵（m表示颜色数目）。 map矩阵的每一行指定一个颜色的红、绿、蓝 颜色分量。索引图像可以把像素值直接映射为 调色板数值，每一个像素的颜色使用data的数 值作为map的下标来获得：数值1表示map的第 一行，数值2表示map的第二行，依此类推。
for m 的每个位b 选择I中的一个点 I(x,y)
if I(x,y) mod 2 ≠b 寻找 ci ∈C 满足 i mod 2 == b 且 ci 和 I(x,y)对应的颜色最接近 I(x,y) = i
实现时，对每个 颜色ci ，应该先 找到和它颜色最 接近的cj，且j和i 的奇偶性相反
end
end
一条边上的颜色属于不同的子集，即对于不 同的秘密消息。
特点： Ci离Cj最近，但Cj离Ci不一定最近
30
OPA算法的优缺点
真正实现颜色替换的局部最优，失真最 小。
缺点：颜色的替换是不对称的。
31
隐写方法六： Hide&Seek方法
思想：复制调色板的颜色 把颜色通过复制增加一倍，最后进行某种方
CW0, CW8, CW13, CW14
未使用
索引数据
未使用的索引数据
41
第四步：根据量化表来隐藏消息
秘密消息: 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0
10 1
0
1
00 1
011
1
10
0
索引数据
秘密消息
CW1, CW2, CW4, CW5 CW6, CW7
CW11, CW3 CW15, CW10 CW12, CW9
调色板
…
索引数据
38
第一步：把颜色配对
CODEBOOK
CW0 CW1 CW2 CW3 CW4 CW5 CW6 CW7 CW8 CW9 CW10 CW11 CW12 CW13 CW14 CW15
39
第二步：把部分颜色进行量化
d(CW0, CW8) > TH d(CW13, CW14) > TH
CW0, CW8, CW13, CW14
24
EzStego的排序算法
25
EZstego的嵌入方法举例
对调色板排序，然后相邻的颜色进行配 对，最后根据消息进行选择。
如秘密消息为 10110
索引矩阵的前面 几个系数为
3，7，6，2，0 问嵌入后的值为 多少？
26
EZsteg的特点
优点：不改变调色板中的颜色值或顺序， 并且没有增加图像的信息长度
显然不能！ B=A+1; imshow(B,map2);
16
基于调色板排序的例子(续)
图像[A,map]中能嵌入几位信息？ map可以有多少种排序？ 不同的排序代表什么含义？这取决于不
同的算法。
[A2,map2]=SortPalletHiding(A,map,1); imshow(A2,map2); msg2=ExtractFromSortPallet(map2); [A3,map3]=SortPalletHiding(A,map,11);
6
索引图像举例
map=[1,0,0;0,1,0;0,0,1]; A=ones(64); imshow(A,map) imshow(A+1,map) imshow(A+2,map)
7
RGB图像转化为索引图像
函数rgb2ind的主要用法： [data,map]=rgb2ind(rgbimage,tol) 或 [data,map]=rgb2ind(rgbimage,n)
14
索引图像举例
map=[1,0,0;0,1,0;0,0,1]; A=ones(64); imshow(A,map) imshow(A+1,map) imshow(A+2,map)
15
基于调色板排序的例子
要保持图像不变，能不能只把调色板的 顺序进行变换？
map2=map; map2(1,:)=map(2,:); map2(2,:)=map(1,:); imshow(A,map2);
); imview(stego,map2); MyHideSeekExtract(stego,map2,16)
33
还能否进一步的提高基于调色板的隐藏 容量？
能！修改索引数据，且扩大调色板的颜 色数。这就是著名软件S-TOOL采用的方法。
34
隐写方法七： S-TOOL方法
思想：多次复制调色板中的颜色 在一个8位的索引数据上可以嵌入3位
图像质量没有任何降低； 嵌入容量很小，不超过1684位； 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，但画图软件不会)； 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。
20
如何提高嵌入容量
3×N
13
方法二：对调色板排序
用调色板的排序方式对信息进行编码。 在图像的存储中，调色板不需要以任何方式 排序，因此在以调色板保存颜色时，可以选择 对信息进行编码。因为有N!个不同的方式对调 色板进行排序，所以可以用来对一个短信息进 行编码。 GifShuffle软件使用该方法。 对于256色的调色板可以嵌入的消息位数为： 1684
法嵌入，例如LSB，或者按大小进行编码等。 可能需要减少颜色和修改索引矩阵 Hide&Seek软件使用该方法 缺点：
质量可能有较大降低 容易从调色板中发现
32
代码实现演示
[im,map]=imread('garfield3.gif'); ar='随便从课件中拷贝一段'; [stego,map2]=MyHideSeek(im,map,ar,16
36
一个问题
能否对EzStego算法再次进行改进？使得 在对任何图像嵌入后都不引起图像质量 的较大改变？且颜色的替换是对称的。
答案：颜色的量化索引调制
37
方法八：颜色的量化索引调制
原始图像
0 (120,155, 80) 1 (90,135,120) 2 (100,125,150) 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (49,117,25) 14 (50,42,98) 15 (20,65,110)
未使用
CW1 ,CW2 CW4, CW5 CW6, CW7
1
CW11 ,CW3 CW15, CW10 CW12, CW9
0
CW0 CW1 CW2 CW3 CW4 CW5 CW6 CW7 CW8 CW9 CW10 CW11 CW12 CW13 CW14 CW15
40
第三步：确定可隐藏消息的数据位置
原始图像
21
一个直接的解决思路
先对调色板进行排序，使得相邻的颜色 尽可能的相像；
再使用LSB进行嵌入； 为了避免怀疑，可以再把调色板还原，
这步是可选的。
22
隐写方法三： EZstego方法
1. 采用某种距离准则，对调色板进行排序，使调 色板中的两个相邻颜色向量具有相似的颜色感 觉（实现时的相对难点）;
可以采用不同容量的嵌入，如 30%,50%,70%,100%
一个示意代码：
[im,map]=imread('garfield3.gif'); [l1,l2]=size(im); r=uint8(round(rand(l1,l2))); im2=bitand(im,254); em=bitor(im2,r); subplot(1,2,1);imshow(im,map);title('原始图像'); subplot(1,2,2);imshow(em,map);title('伪装图像');
17
基于调色板排序的思想
先定义颜色的顺序； 再定义调色板的顺序； 把所有的调色板按照从小到大的顺序排
列成一张表； 在[data,map]中隐藏的信息就是该map
在表中的索引。
18
程序演示
[data,map]=imread('garf21.bmp'); msg=7777; [newdata,newmap]=SortPalletHiding(data
第4讲 基于调色板图像的隐写术
任德斌
四川大学电子信息学院
主要内容
索引图像介绍 基于索引图像的主要隐藏算法
对调色板排序 EZstego方法 颜色的量化索引调制
2
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（索引）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。
秘密信息 如原始调色板的颜色数是32，嵌入后
就变为256 如果GIF载体图像的调色板的颜色数是
256，该怎么办？
35
S-TOOL方法的缺点
大量降低图像的颜色总数, 也可能同时大 幅降低了图像质量。
不安全。对图像的调色板色彩亮度 (luminance) 做简单的排序分析, 被嵌入秘 密消息的图像的调色板色彩会形成 32 个 群集
缺点：
直方图攻击 该算法对调色板中所有颜色保证了整体最优，
却忽视了局部最优的情况，即没有保证替换 前后的两个颜色在调色板颜色序列中的空间 位置最近 可能引起图像质量的较大改变
27
隐写方法四：Fridrich算法
特点：不需要对调色板进行排序
输入: 索引矩阵 I, 调色板 C = {c1, c2, . . . , cL}, 消息 m 输出:索引矩阵 J
10
实验结果
11
原因
由于调色板并不要求有任何的排序，故 调色板中相邻位置对应的颜色不一定具有视 觉的相似性。因此，简单的修改图像数据的 LSB，可能会导致颜色的跳跃变化。
12
方法一：修改调色板的LSB
对调色板中的颜色向量的LSB修改。 对颜色向量ci的轻微改变(最低比特位)可 以不引起HVS的察觉。 隐藏容量很小：
tol是一个（0,1）区间的实数，转换后的 图像色彩数量不大于(floor(1/tol)+1)^3 。
n是一个[0, 65535]的整数，直接表示转换 后的索引图的色彩数量。
8
一个直接的想法
能否对索引矩阵直接使用LSB？为什么？ 做实验
9
实验
直接把秘密信息嵌入到gif图像索引数 据的LSB，并观察效果。
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。
GIF格式采用无损压缩技术，普遍适用于图表， 按钮等只需少量颜色的图像。
3
[B,map]=imread('lena-ind.bmp');
索引图像
4
调色板的概念
调色板是包含不同颜色的颜色表，每种颜 色以红、绿、蓝三种颜色的组合来表示；图像 的每一个像素对应一个数字，而该数字对应调 色板中的一种颜色。
2. 进行LSB替换; 3. 最后把调色板进行还原。
EZstego软件采用该方法 有很多不同的排序方法
亮度排序 将颜色根据它们在色彩空间中的欧几里德
距离进行wk.baidu.com序（ EZstego软件 ）：
d R2 G2 B2
23
EZsteg-调色板排序
使得sum(distance(c(i),c(i+1)))最小
,map,msg); figure;imshow(data,map);title('the ori'); figure;imshow(newdata,newmap);title('th
e stego'); msg2=ExtractFromSortPallet(newmap)
19
对调色板排序隐藏的特点
28
Fridrich算法的特点
实现简单，效率更高，特别是对提取算 法
也不能实现颜色替换的局部最优，其实 现效果不一定比Ezstego算法更好
可能引起图像质量的较大改变
29
隐写方法五：最佳奇偶分配密写（OPA）
将调色板中的颜色划分为两个子集，分别 代表0，1比特
实现方法：
计算所有不同颜色Ci和Cj的距离dij，并按照 从大到小的顺序进行排序，最近的两种颜色 用有向线段连接（构成一个有向图）
1
0
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秘密消息: 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0
索引数据
10 1
0
1
00 1
011
1
10
0
秘密消息
CW1, CW2, CW4, CW5 CW6, CW7
CW11, CW3 CW15, CW10 CW12, CW9
如某像素值为1，则表示该颜色为调色板的 编号为1的颜色。调色板的单元个数是与图像 的颜色数相对应的，256色图像的调色板就有 256个单元。不同的图像有不同的调色板。
5
索引图像
索引图像是一种把像素值直接作为RGB调色 板下标的图像。一幅索引图包含一个数据矩阵 data和一个调色板矩阵map， map矩阵总是一 个m×3的双精度类型矩阵（m表示颜色数目）。 map矩阵的每一行指定一个颜色的红、绿、蓝 颜色分量。索引图像可以把像素值直接映射为 调色板数值，每一个像素的颜色使用data的数 值作为map的下标来获得：数值1表示map的第 一行，数值2表示map的第二行，依此类推。
for m 的每个位b 选择I中的一个点 I(x,y)
if I(x,y) mod 2 ≠b 寻找 ci ∈C 满足 i mod 2 == b 且 ci 和 I(x,y)对应的颜色最接近 I(x,y) = i
实现时，对每个 颜色ci ，应该先 找到和它颜色最 接近的cj，且j和i 的奇偶性相反
end
end
一条边上的颜色属于不同的子集，即对于不 同的秘密消息。
特点： Ci离Cj最近，但Cj离Ci不一定最近
30
OPA算法的优缺点
真正实现颜色替换的局部最优，失真最 小。
缺点：颜色的替换是不对称的。
31
隐写方法六： Hide&Seek方法
思想：复制调色板的颜色 把颜色通过复制增加一倍，最后进行某种方
CW0, CW8, CW13, CW14
未使用
索引数据
未使用的索引数据
41
第四步：根据量化表来隐藏消息
秘密消息: 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0
10 1
0
1
00 1
011
1
10
0
索引数据
秘密消息
CW1, CW2, CW4, CW5 CW6, CW7
CW11, CW3 CW15, CW10 CW12, CW9
调色板
…
索引数据
38
第一步：把颜色配对
CODEBOOK
CW0 CW1 CW2 CW3 CW4 CW5 CW6 CW7 CW8 CW9 CW10 CW11 CW12 CW13 CW14 CW15
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第二步：把部分颜色进行量化
d(CW0, CW8) > TH d(CW13, CW14) > TH
CW0, CW8, CW13, CW14
24
EzStego的排序算法
25
EZstego的嵌入方法举例
对调色板排序，然后相邻的颜色进行配 对，最后根据消息进行选择。
如秘密消息为 10110
索引矩阵的前面 几个系数为
3，7，6，2，0 问嵌入后的值为 多少？
26
EZsteg的特点
优点：不改变调色板中的颜色值或顺序， 并且没有增加图像的信息长度
显然不能！ B=A+1; imshow(B,map2);
16
基于调色板排序的例子(续)
图像[A,map]中能嵌入几位信息？ map可以有多少种排序？ 不同的排序代表什么含义？这取决于不
同的算法。
[A2,map2]=SortPalletHiding(A,map,1); imshow(A2,map2); msg2=ExtractFromSortPallet(map2); [A3,map3]=SortPalletHiding(A,map,11);
6
索引图像举例
map=[1,0,0;0,1,0;0,0,1]; A=ones(64); imshow(A,map) imshow(A+1,map) imshow(A+2,map)
7
RGB图像转化为索引图像
函数rgb2ind的主要用法： [data,map]=rgb2ind(rgbimage,tol) 或 [data,map]=rgb2ind(rgbimage,n)
14
索引图像举例
map=[1,0,0;0,1,0;0,0,1]; A=ones(64); imshow(A,map) imshow(A+1,map) imshow(A+2,map)
15
基于调色板排序的例子
要保持图像不变，能不能只把调色板的 顺序进行变换？
map2=map; map2(1,:)=map(2,:); map2(2,:)=map(1,:); imshow(A,map2);
); imview(stego,map2); MyHideSeekExtract(stego,map2,16)
33
还能否进一步的提高基于调色板的隐藏 容量？
能！修改索引数据，且扩大调色板的颜 色数。这就是著名软件S-TOOL采用的方法。
34
隐写方法七： S-TOOL方法
思想：多次复制调色板中的颜色 在一个8位的索引数据上可以嵌入3位
图像质量没有任何降低； 嵌入容量很小，不超过1684位； 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，但画图软件不会)； 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。
20
如何提高嵌入容量
3×N
13
方法二：对调色板排序
用调色板的排序方式对信息进行编码。 在图像的存储中，调色板不需要以任何方式 排序，因此在以调色板保存颜色时，可以选择 对信息进行编码。因为有N!个不同的方式对调 色板进行排序，所以可以用来对一个短信息进 行编码。 GifShuffle软件使用该方法。 对于256色的调色板可以嵌入的消息位数为： 1684
法嵌入，例如LSB，或者按大小进行编码等。 可能需要减少颜色和修改索引矩阵 Hide&Seek软件使用该方法 缺点：
质量可能有较大降低 容易从调色板中发现
32
代码实现演示
[im,map]=imread('garfield3.gif'); ar='随便从课件中拷贝一段'; [stego,map2]=MyHideSeek(im,map,ar,16
36
一个问题
能否对EzStego算法再次进行改进？使得 在对任何图像嵌入后都不引起图像质量 的较大改变？且颜色的替换是对称的。
答案：颜色的量化索引调制
37
方法八：颜色的量化索引调制
原始图像
0 (120,155, 80) 1 (90,135,120) 2 (100,125,150) 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (49,117,25) 14 (50,42,98) 15 (20,65,110)
未使用
CW1 ,CW2 CW4, CW5 CW6, CW7
1
CW11 ,CW3 CW15, CW10 CW12, CW9
0
CW0 CW1 CW2 CW3 CW4 CW5 CW6 CW7 CW8 CW9 CW10 CW11 CW12 CW13 CW14 CW15
40
第三步：确定可隐藏消息的数据位置
原始图像