一种针对图像LSB嵌入隐藏信息的硬件检测器

摘要

本发明公开了一种针对图像LSB嵌入隐藏信息的硬件检测器，它包括地址生成器、存储器和检测引擎，所述地址生成器与存储器之间通过22位宽度的地址总线相连，所述存储器和检测引擎之间通过32位数据总线相连。该检测器将RS隐藏检测算法映射到硬件实现，采用3级流水线结构，从而提高了数据处理速率；该检测器数据总线宽度为32位，可以同时并行处理4个8位图像像素，具有较强的并行处理能力；图像像素值存于存储器中，通过地址生成器产生的内存地址将存于内存中的数据输出到检测器中，地址生成器支持2种扫描方式，本发明具有很强的数据处理能力，数据处理速度远高于现有的软件实现方案。

说明书

技术领域

本发明涉及到信息安全领域图像隐藏信息分析与检测领域和数字集成电路设计领域，特别地，涉及一种针对图像LSB嵌入隐藏信息的硬件检测器。

背景技术

信息隐藏技术的广泛运用给信息安全监控和内容检测提出了严重挑战。随着信息隐藏技术的发展，现在已经有很多算法和免费的工具被开发出来，借助它们可以把信息隐藏在图像、音频、视频、可执行程序、文本等多种媒体中。这使得信息隐藏技术存在不正当使用的危险：它可以被间谍、恐怖组织和犯罪分子等用于现有的通讯系统，使得秘密信息隐藏在不引人注意的媒体中，轻易越过防火墙系统而不被察觉，从而造成对国家或者企业的安全威胁，而网络技术的迅速发展更进一步加大了这种危险。

因此，迫切需要研究相应的隐藏检测技术，这对切断不法信息和反动言论传递、阻止危害国家安全的活动和犯罪取证具有重要的意义。目前，信息隐藏检测系统的速度还不够高，难以满足网络实时检测的要求。研究基于硬件的隐藏检测器，对于对实现面向网络的信息隐藏检测系统具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种针对图像LSB嵌入隐藏信息的硬件检测器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种针对图像LSB嵌入隐藏信息的硬件检测器，它包括地址生成器、存储器和检测引擎，所述地址生成器与存储器之间通过22位宽度的地址总线相连，所述存储器和检测引擎之间通过32位数据总线相连。

进一步地，所述检测器由3级流水线实现，第1级计算置换函数值，第2级计算特征函数值，第3级计算统计数据。

本发明的有益效果是：

(1)采用3级流水线结构，置换函数计算，特征函数计算，统计值计算分别占用1个流水节拍，提高了数据处理能力；

(2)置换函数计算，特征函数计算，数据统计都并行执行，电路可以同时实现4个像素的置换函数计算，3个特征函数值得计算，以及4个统计值的计算，通过并行结构提高系统处理速度；

(3)使用查表方法实现一类置换函数，减少了复杂操作的次数，缩短了流水线的关键路径；

(4)2位编码降低了硬件的复杂度。

附图说明

图1为检测器工作流程图；

图2为检测器系统框图；

图3为地址扫描模式示意图，其中，(a)为行扫描地址产生模式示意图，(b)为2×2扫描地址产生模式示意图；

图4为检测器系统结构详图；

图5为特征函数运算器结构详图；

图6为统计计数器结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

该检测器是RS算法的硬件实现，具有以下技术特点：图像信息存于内存中，由地址生成器根据配置模式产生访存地址，每个周期向检测器传输4个像素数据；输入的像素数据首先经过置换操作，每个像素经过计算生成3个置换函数值，通过掩码向量将每个像素的相应置换函数值传输给特征函数运算器，计算出3个特征函数值，然后通过特征函数值之间的比较，将结果存入统计计数器，最后，根据统计计数器中的结果判断图像中是否藏有信息。

一、工作流程

图1介绍了系统的工作流程，也就是RS算法的工作流程。首先，把图像像素数据分组，然后根据掩码向量M计算像素的置换函数值F_M和F_-M，-M是对M中每个元素取反，M取值可以是1，0，-1，对应三个置换函数值为F₁，F₀，F_-1，得到置换函数值后，将每组像素产生的置换函数值分别送入特征函数运算器计算特征函数值，需要计算3个特征函数值，一个为f_M，用该组像素F_M置换值计算，一个为f_-M用F_-M置换值计算，另一个为f₀，用这一组像素的原值计算，最后，将得到的特征函数值f_M，f_-M分别与f₀比较，根据比较结果，更新统计计数器的值。

二、系统结构

图2是系统结构框图，可见整个系统由地址生成器，存储器，检测引擎，以及相应的总线构成。地址生成器负责产生访问存储像素数据的存储器地址，它根据预先设定的地址参数(基地址参数B，像素空间参数X，Y，Z和地址生成模式参数M)计算访问寄存器的地址，输出给存储器。存储器输出的数据传送给检测引擎。地址生成器一次产生4个像素的地址，当前根据配置模式，支持行扫描和2×2扫描两种地址产生模式。这两种模式如图3所示。彩色图像像素像素值构成了一个3维空间，图3(a)是行扫描情况下，像素输出模式，图3(b)是2×2扫描情况下，像素输出模式，对于彩色图像，像素扫描顺序依次按照R，G，B进行，灰度图象则是在2维的空间中进行扫描。

三、检测器的设计。

图4是检测器的核心部分(检测引擎)实现框图。由图可见，整个检测器由3级流水线实现。第1级计算置换函数值，第2级计算特征函数值，第3级计算统计数据。在每个时钟周期，4个像素并行输入到置换函数计算逻辑中，每个像素计算出3个置换函数值。生成的置换函数值通过多路选择器，根据掩码向量控制，被传输给特征函数运算器，3个特征函数运算器并行工作，每个运算器接受4个置换函数输入，产生一个特征函数值。特征函数值传递给统计计数器，根据它们之间比较结果，更新相应统计值。

四、置换函数计算

一共有3类置换函数，F₁，F₀，F_-1，它们均以像素作为输入，设x为输入像素点，则有F₁(x)＝x^1，^为异或操作，F₀(x)＝x，F_-1(x)＝F₁(x+1)-1。由于F₁只需要1次异或操作，F₀不进行运算，而F_-1需要1次加法，1次异或和1次减法预算。F₁，F₀，F_-1并行执行，为了平衡流水线，缩短流水线关键路径，F_-1采用查表方法实现。电路中用2个双端口存储器实现2个查找表，每个查找表有256个表项，分别存储0~255一共256个数值，这样，每个时钟周期，以像素作为地址，可以同时进行4个读操作，获得4个像素的F_-1函数值。

五、掩码向量编码

掩码向量用于指示对像素组中像素进行置换操作。例如，一个像素组有四个像素G＝(x₀，x₁，x₂，x₃)，对应的掩码向量为M＝(1，0，0，-1)则对4个像素分别进行F₁(x₀)，F₀(x₁)，F₀(x₂)，F_-1(x₃)置换。RS算法需要对每组向量用M和-M计算2组置换值。电路设计中，采用并行化方法，对每个像素都计算3个置换值，通过用掩码向量中元素控制多路选择器输出，取得相应置换值。电路中对掩码向量元素采用2位编码，元素值1对应二进制编码’00’，元素值0对应二进制编码’10’和’01’，元素-1对应二进制编码’11’。这样，通过一个反向器，就可以由M获得-M值。由图4可见，输入掩码向量M在流水线第1节拍通过寄存器缓冲，第2节拍作为选择信号输入多路选择器，选择相应置换函数值给特征函数运算器。

六、特征函数计算

得到像素组置换值后，将它们输入给特征函数运算器计算特征函数值。在流水线第2个节拍，3个特征函数运算器并行工作，分别根据掩码向量M和-M得到的函数置换值，以及原像素值，计算特征函数值。特征函数计算公式为：$f(x_0,x_1,...,x_{n-1})={\Sigma }_{i=0}^{n-1}|x_{i+1}-x_i|.$图5是计算特征函数值的电路。将4个输入两两求差并取绝对值，然后输入到加法器求和。

七、数据统计

通过特征函数运算，每组像素可以获得3个特征函数值，分别记作f_M，f_-M，f₀。f_M和f_-M分别与f₀进行比较，如果f_M＞f₀，则r_M增加1，如果f_M＜f₀则s_M增加1；如果f_-M＞f₀，则r_-M增加1，如果f_-M＜f0则s_-M增加1。图6是一个统计计数器的结构示意图。由图可见，统计结果存放于寄存器中，比较结果的信号作为多路选择器选择信号，如果比较条件为真，则通过加法器将寄存器数值增加1，否则加上0，保持寄存器值不变。一幅图像所有像素处理结束后，系统会将统计值输出，提供给决策系统做判断。

综上所述，采用本发明的设计方法可以满足对图像LSB嵌入信息的高速检测需求，该检测器采用硬件电路实现RS检测算法，通过操作并行化，流水化，以及查表等方法加速电路的运算速度，提高数据处理能力，从而获得远高于软件实现的性能。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。