基于选择嵌入域的图像隐写研究

摘要

隐写术是一类实现隐蔽通信的技术，它将秘密信息嵌入到载体信号中，通过公开信道传送而不引起怀疑，从而隐蔽通信的事实。针对隐写术这一隐蔽通信手段，隐写分析技术也相应发展起来，隐写分析利用各种检测手段，揭示载体信号中秘密信息的存在性。隐写和隐写分析构成了“矛”与“盾”的关系，两者相互制约，相互促进。本文以图像隐写和隐写分析为研究内容，主要通过提出三类基于选择嵌入域的隐写方法，提高了相关隐写的隐蔽性，通过分析和实验，验证了基于钥控选择嵌入域以及自适应选择嵌入域的方法能够有效提高隐写的安全性。论文研究工作主要内容如下：
　　 1.基于钥控小波变换的图像隐写方法。总结了现有钥控变换的不足，对参数化小波变换进行改造，增加了钥控小波变换的密钥量，提出了基于钥控小波变换的图像隐写方法(KW图像隐写方法)。该图像隐写方法解决了传统的图像隐写方法在固定的域中嵌入秘密信息，导致易被隐写分析方法检测的问题，同时获得了其它一些有益的性质：由于在攻击者猜测的域中，嵌入信号具有扩散性，KW隐写方法不利于隐写分析对隐写特征的检测。分析和实验表明，它能够更好地抵御基于检测对值、梯度能量、直方图与小波统计特征等常用统计量的隐写分析，增强了隐写的隐蔽性。
　　 2.基于钥控NDCT变换的图像隐写方法。基于量化索引调制(QIM)的隐写技术正日益受到隐写分析的威胁。将通常在DCT域隐写的做法改为在非均匀DCT域进行，将参数作为密钥，提出了一种NDCT-QIM图像隐写方法。由于在攻击者猜测的域中，嵌入信号具有扩散性，NDCT-QIM方法不利于隐写分析对隐写特征的检测，分析和实验表明，它能够更好地抵御基于梯度能量、直方图与小波统计特征等常用统计量的隐写分析，增强了QIM隐写的隐蔽性。
　　 3.自适应选择嵌入域的隐写方法。隐写分析技术的发展使传统隐写的安全越来越难以得到保障，设计具有更高安全性的隐写方法成为近年的研究热点。基于非均匀DCT变换，提出了一种自适应选择嵌入域的图像隐写方案ADS隐写方法，实现了在多个变换域中选择扰动最小的域进行嵌入。分析表明它能够在隐写分析可能使用的域上减小嵌入带来的扰动，从而更好地对抗隐写分析。实验结果证实了现有主要的隐写分析对它均难以实施有效地检测。
　　 4.对基于选择嵌入域图像隐写的比较和分析。使用三种经典的通用隐写分析方法——基于高阶小波统计的隐写分析方法、基于直方图的隐写分析和基于小波特征函数的统计矩的隐写分析方法和本文提出的基于特征函数和JPEG量化因子的隐写分析方法对KW、NDCT-QIM、ADS隐写进行检测实验，并和Jsteg、OutGuess、JPHS、F5等传统隐写方法进行比较，以测试和比较它们的隐蔽性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2隐写术概述

1.2.1 隐写术模型

1.2.2隐写术的分类

1.2.3 隐写性能的衡量

1.2.4隐写术与数字水印的区别

1.3隐写分析技术概述

1.3.1 隐写分析的概念

1.3.2隐写分析的分类

1.3.3 隐写分析性能的衡量

1.4主要研究内容

1.5论文组织结构

第2章 国内外研究现状

2.1 引言

2.2图像隐写研究回顾

2.2.1空间域隐写

2.2.2变换域隐写

2.3 图像隐写分析研究回顾

2.3.1专用隐写分析

2.3.2通用隐写分析

2.4隐写安全评测研究回顾

2.4.1 直接检验法

2.4.2 KL距离法

2.4.3 MMD估计法

2.5 小结

第3章基于钥控小波变换的图像隐写方法的研究

3.1 引言

3.2钥控变换的研究现状

3.2.1 非均匀离散傅里叶变换

3.2.2钥控正交变换

3.2.3参数化小波变换

3.3钥控小波变换的构造

3.4基于钥控小波变换的图像隐写算法

3.5算法性质分析

3.5.1嵌入信号的扩散

3.5.2加性噪声效应

3.5.3隐蔽效果分析

3.6实验结果

3.6.1 有效钥控参数数量的估计

3.6.2 隐写图像的PSNR

3.6.3 小波域之问的扩散性

3.6.4隐写特征的削弱

3.7小结

第4章基于NDCT变换的图像隐写方法的研究

4.1 引言

4.2 QIM原理和典型QIM隐写分析

4.2.1 QIM原理

4.2.2典型QIM隐写分析

4.3 NDCT的构造

4.4基于NDCT的QIM隐写方案

4.5算法性质分析

4.5.1嵌入信号的扩散性

4.5.2隐蔽效果分析

4.6实验结果

4.6.1 隐写图像的PSNR

4.6.2 NDCT域的扩散性

4.6.3对直方图的影响

4.6.4隐写特征的削弱

4.7小结

第5章 自适应选择嵌入域的隐写方法的研究

5.1 引言

5.2相关研究工作

5.2.1 自适应选择载体图像的隐写方法

5.2.2 自适应选择嵌入系数的隐写方法

5.3 自适应选择嵌入域的隐写算法

5.4算法性质分析

5.4.1对减少嵌入扰动的分析

5.4.2安全性分析

5.5 实验结果

5.5.1 隐写图像的PSNR

5.5.2嵌入扰动的扩散性

5.5.3对QIM特征的影响

5.5.4隐写分析方法的检测

5.6小结

第6章对基于选择嵌入域图像隐写的进一步比较和分析

6.1 引言

6.2经典隐写方法回顾

6.2.1 Jsteg隐写算法

6.2.2 OutGuess隐写算法

6.2.3 JPHS隐写算法

6.2.4 F5隐写算法

6.3用于评测的隐写分析方法

6.3.1 基于高阶小波统计的隐写分析方法

6.3.2基于直方图的隐写分析方法

6.3.3基于小波特征函数的统计矩的隐写分析方法

6.4基于特征函数和JPEG量化因子的隐写分析

6.4.1 JPEG量化模型

6.4.2 JPEG隐写模型

6.4.3 小波域的JPEG隐写模型

6.4.4直方图特征函数的分析及其与质量因子的关系

6.4.5隐写分析方法

6.5 实验结果

6.6 小结

第7章 结论

7.1 论文总结

7.2后续研究方向

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果