基于图像编码的无载体信息隐藏算法研究与实现

摘要

在大数据飞速发展的今天，信息安全关系着国家的政治、经济、军事等重要战略资源。信息隐藏技术是一种解决信息安全问题的有效措施，然而，由于传统的信息隐藏技术自身的局限性，无载体信息隐藏技术作为一种新型的信息隐藏技术应运而生。无载体信息隐藏技术区别于其他信息隐藏技术的主要特点是构建载体信息和隐秘信息之间的映射关系，而不对载体信息本身做任何的修改。由于数字图像具有信息量大、冗余度高、易传输等特点，通常选用以图像为载体，基于图像的无载体信息隐藏技术在信息隐藏领域中得到广泛的应用。
　　本文在现有的图像信息隐藏的算法基础上进行深入探讨，提出了一种新的算法和方案。主要工作内容如下:
　　(1)分析了现有的图像信息隐藏算法，选择了图像编码技术、纠错码技术、图像拼接技术作为本文基本的相关技术;重点介绍了目前现有的图像信息隐藏相关技术研究方法，总结出一种思想——映射，然后根据这个思想进行下一步研究。
　　(2)提出了一种基于DWT(Discrete Wavelet Transform)和信息熵联合编码的无载体信息隐藏算法，实现了单幅图像可以隐藏7bit(binary system)的信息量;结合图像编码技术和图像拼接技术，实现了单幅图像可以隐藏32bit的信息量;同时融入纠错码技术，实现秘密信息传输的可靠性。为了提高通信的安全性，采用提取各分块图像信息熵的方法对图像进行编码来实现无载体信息隐藏;为了提高信息传输时的容量，以拼接作为切入点对载密图像进行合理地重组;为了提高信息传输时的鲁棒性，融入纠错码技术对隐秘消息进行预处理。
　　(3)从无载体信息隐藏算法性能的角度分析，本文算法具有较好的安全性、鲁棒性较强、容量相对较大的特点。从安全性方面来讲，由于无载体信息隐藏算法采用的是映射思想而非嵌入思想，在不改变图像任何信息的同时通过构建图像与秘密信息之间的映射关系，因此，无载体信息隐藏具有非常好的安全性;从容量方面来讲，采用图像拼接技术，利用多幅图像的位置信息，对含密载体图像合理地拼接，来提高单幅图的容量;从鲁棒性方面来讲，引入纠错码技术，对秘密信息预处理，用秘密信息传输时的有效性来换取秘密信息传输时可靠性的提高。本文算法是在MATLAB R2013a环境下进行了一系列性能测试，实验结果表明，该算法在抗JPEG压缩、抗椒盐噪声、抗高斯噪声等攻击下均具有良好的表现，在容量较小的隐密通信中具有更高的使用价值。
　　(4)从无载体信息隐藏系统功能的角度分析，当秘密信息的信息量小于等于98bit时，均能完成单次的秘密通信，并且能保证相同的秘密信息在不同时间和不同地点，所获取的隐密图像呈现形式不同。当秘密信息的信息量大于98bit时，则分批次传输。本文系统功能是在opencv3.0环境下实现的，实验数据表明，该系统可以应用在秘密级别较高、小容量范围等领域，如文档密钥等。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 本文的研究内容

1．4 论文结构安排

第2章 基于图像编码的无载体信息隐藏的算法设计与实现

2．1 基于图像编码的无载体信息隐藏算法的设计

2．2 基于纠错码技术的秘密信息预处理算法

2．3 基于图像信息熵编码的信息隐藏算法

2．3．1 信息熵的定义

2．3．2 信息熵的特性

2．3．3 基于信息熵的信息隐藏算法

2．4 基于图像拼接技术的大容量数据隐藏算法

2．5 基于图像编码的无载体信息隐藏的提取算法

2．6 小结

第3章 无载体信息隐藏算法的性能测试

3．1 安全性

3．1．1 视觉检测

3．1．2 统计检测

3．2 容量

3．3 鲁棒性

3．3．1 JPEG压缩攻击

3．3．2 抗噪声攻击

3．3．3 抗滤波器攻击

3．4 容量与鲁棒性的联合测试

3．4．1 JPEG压缩攻击

3．4．2 抗噪声攻击

3．4．3 抗滤波器攻击

3．5 容量与安全性的联合测试

3．6 小结

第4章 无载体信息隐藏系统的功能测试

4．1 系统的功能

4．2 测试过程

4．3 测试数据分析

4．4 测试结论

4．5 小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢