基于彩色图像的大容量信息隐藏算法

摘要

信息隐藏技术是指将隐秘信息藏在其他载体中，透过载体的传输进行隐秘信息的传递。随着计算机和通信网技术的发展与普及，信息隐藏技术受到越来越多的关注，但多被应用于数据保密、版权保护、防伪和防篡改等安全领域。本文认为，信息隐藏技术可以成为一种有效的通信方式，利用其融合了多种媒介的特点，实现以较小的信息量同时传输多种媒介，增加通信方式的多样性。 基于上述观点，本文对彩色图像中嵌入语音信息的方案进行了研究，重点研究了向彩色图像中嵌入语音的大容量信息隐藏算法设计。 本文的主要工作特色如下： (1)针对目前DCT域大容量信息隐藏算法较少的现状，提出了一种在彩色BMP图像内实现大容量信息隐藏技术的算法。该算法采用DCT域，将抖动调制DM算法扩展为非线性多比特抖动调制NLMB-DM算法，从而在彩色BMP图像内实现高达6.5bpp的嵌入率，同时得到的图像质量很高，峰值信噪比PSNR值保持在45以上，提取信息的质量也很高，误比特率较小。 (2)在NLMB-DM算法基础上，提出了两种在彩色BMP图像内实现自适应大容量信息隐藏的算法，分别借鉴了合理抖动调制RDM的思想和Watson视觉感知模型。实验证明，这两种算法可以实现更大的嵌入容量，并且由于其随图像特征自适应嵌入的特点，得到的图像质量更好。 (3)为了在彩色JPEG图像隐藏信息，提出了一种可以抵抗JPEG压缩的抖动调制信息隐藏算法。该算法提出了在JPEG量化之前进行抖动调制的条件，即信息隐藏采用的量化步长△<,q>与JPEG压缩采用的量化步长△<,J>需满足△<,J>/2<△<,q><△<,J>的关系，嵌入信息才能够正确提取。通过与其他算法比较，证明该算法具有较大的嵌入容量，嵌入率达0.23bpp，同时有效提高了不可感知性能。 (4)提出了一种使用AES加密算法和纠错编码的安全方案。采用高级加密标准AES对嵌入信息进行加密，保护秘密信息：采用Hamming循环码对AES加密结果进行纠错编码，防止信息提取错误导致AES解密错误。通过测试，证明该安全方案可以有效保护秘密信息，同时保证通信双方可以正确提取信息。 (5)实现了一个向彩色图像中嵌入语音信息的简单系统，进一步证明了向彩色图像中嵌入语音的方案的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1信息隐藏系统概述

1.2本研究的背景和意义

1.2.1研究背景

1.2.2研究意义

1.3本论文的主要特色

1.4本论文的内容安排

第二章以彩色BMP图像为载体的信息隐藏算法

2.1引言

2.2基本原理和主要算法

2.2.1基本原理

2.2.2主要算法

2.2.3国内外研究现状

2.3 DCT域的非线性多比特抖动调制算法

2.3.1离散余弦变换

2.3.2抖动调制

2.3.3非线性多比特抖动调制算法

2.3.4非线性多比特合理抖动调制算法

2.3.5基于Watson感知模型的非线性多比特合理抖动调制算法

2.4对Lai-Chang算法的改进

2.4.1 Lai-Chang算法

2.4.2算法缺陷与改进

2.5图像质量评价

2.6实验结果与讨论

2.6.1NLMB-DM算法的性能

2.6.2NLMB-RDM算法的性能

2.6.3NLMB-WRDM算法的性能

2.6.4三种算法与原始Lai-Chang算法的比较

2.6.5改进Lai-Chang算法的性能

2.7本章小结

第三章以彩色JPEG图像为载体的信息隐藏算法

3.1引言

3.2JPEG编解码过程

3.3主要算法和国内外研究现状

3.3.1主要算法简介

3.3.2国内外研究现状

3.4基于抖动调制的JPEG信息隐藏算法

3.5实验结果与讨论

3.5.1本章算法的嵌入容量

3.5.2本章算法与增广矩阵算法的比较

3.6本章小结

第四章信息隐藏系统的安全方案

4.1引言

4.2高级加密标准AES

4.3纠错编码之Hamming循环码

4.4嵌入信息的安全方案设计

4.4.1 AES加密

4.4.2纠错编码

4.5实验结果与讨论

4.6本章小结

第五章彩色图像中嵌入语音信息的系统实现

5.1引言

5.2系统框架

5.3系统实现

5.3.1图像文件的打开与保存

5.3.2语音文件的编码与播放

5.3.3语音数据的嵌入与提取

5.4实验结果与讨论

5.5本章小结

第六章总结与展望

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