图像信息隐藏算法研究
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摘要
数字图像信息隐藏技术是近年信息隐藏技术中的热点研究课题,以数字图像作为载体的信息隐藏与传统加密方法不尽相同,利用图像所具有的迷惑性产生的信息隐藏更能经受起恶意者的攻击。
本文研究了数字图像信息隐藏的三种算法,所做工作、技术难点与创新如下:
1.改进LSB的数字图像隐藏算法
基于传统LSB算法的基础上,提出了一种新的LSB算法。基本思想为:在嵌入位置上做两次随机,其一是在整个载体图像中的隐藏的像素位置随机,保证秘密信息尽可能遍及整个载体图像;其二,在每一个字节的最低4位隐藏位置随机;在隐藏容量上,载体图像的每个字节隐藏两位秘密信息,载体图像和秘密信息的大小之比约为4比1。提取秘密信息时,由事先生成的随机序列从隐藏了秘密信息的载体图像中的对应位置提取二进制序列即可。
2.图像置乱技术和离散余弦变换技术相结合的信息隐藏算法
算法的关键问题包括图像的置乱技术和和秘密信息的隐藏技术,也即先把秘密信息加密后再隐藏。图像的置乱技术是基于约瑟夫环算法,思想为:先对秘密图像的每行做约瑟夫环变换,再对列做约瑟夫环变换,最终达到置乱的目的。在参数的选择上,每行和每列的报数上限用两个随机值,报数的起始位置可以固定,也可以随机。
秘密信息隐藏采用变换域的隐藏技术,分为三步:先对载体图像分块,每块的大小为8×8;然后对每块做DCT变换,系数矩阵按“Z”形排列;最后在系数矩阵中分析2个字节的中频系数,具体取值为:JPEG亮度表中,值相同或相差为1的系数。根据秘密信息的二进制序列是0或1来确定连续两个中频系数的先后关系,然后再做逆DCT变换,将置乱后的秘密信息隐藏到相应的系数中。秘密信息的提取和隐藏过程刚好相反。
3.改进的图像压缩技术的信息隐藏算法
行程编码(RLE)是比较经典的压缩编码算法,其原理是通过存储像素的个数和像素的值来达到压缩的目的。针对RLE在PCX图像文件数据编码的基础上,提出了一种改进的基于RLE的信息隐藏算法。通过实验证明,对图像数据小于而且只有一个192的数据前加入0xC1和任意数据标识前加入0xC1 00图像的质量不会发生变化。基于此,依次取出两位秘密信息的二进制流,可能的组合为00、01、10、11,而载体图像中的数据组合可能为:oxXX(XX≤192)、oxC1XX(XX＞192)、oxC1XX(XX＞=192)、oxC1XX(2≤n≤63),然后分析秘密信息的组合和载体图像组合之间的关系,将秘密信息隐藏在载体图像中。
Technology of digital image information hiding is a hot research topic in recently years.It is different between information hiding base on digital image and traditional encryption algorithm. Images with the confusing will not be attacked than other vectors.
The paper discusses three algorithms of digital image information hiding.The groundwork, technological difficult point and innovation that this paper does are as follows:
1.The LSB digital image information hiding algorithm
Researching a new technology base on traditional LSB algorithms:it gives two random in hiding location,one is the pixel location of the vector image,and the other is each byte minimum four bit of the vector image hiding location.In the hiding capacity,each byte of the vector image will be hided two bits.And it is four times secret information.The secret information will be distilled from the vector image by advancing two random data.
2.The information hiding algorithm of digital image scrambling technology
The key issue of algorithm includes digital image scrambling technology and secret information hiding.That is to say the secret is scrambled at first,and then it is hided.The image scrambling technology algorithm is based on Josephus.Each row of the secret image on the first will be transformed by Josephus,and each column will be transformed by Josephus too.The target of image scrambling has been achieved.The limited passwords of each row and each column are random data,reported the number of initial position can be fixed,or random.
The secret information will be hided by transform domain technology,it includes three-step: Firstly,the vector images will be blocked,the size of each block is 8×8.Secondly,each block will be transformed by DCT,and the coefficient matrix will be arranged according to "Z".Finally, the 2 byte intermediate frequency will be analyzed,two consecutive intermediate frequencies will be fixed by o and 1 of secret information,and then the block will be transformed by inverse DCT. At the end algorithm,the secret information of scrambling image has hided in the vector image finally.
3.The information hiding algorithm of digital image compression technology
The run-length encoded(RLE) is a classic coding algorithm;its principle is the number of pixels through the storage and the value of pixels to achieve the purpose of compression.For example,if 888885433333352222144444 is a part of one image pixels,after RLE encoded into: 58151463421154.The PCX image data is coded based on RLE,the algorithm analysis feature of the pixels after compression,finding secret information binary sequence and the relationship between their features。At the end,the secret information will be hided in PCX image.
本文研究了数字图像信息隐藏的三种算法,所做工作、技术难点与创新如下:
1.改进LSB的数字图像隐藏算法
基于传统LSB算法的基础上,提出了一种新的LSB算法。基本思想为:在嵌入位置上做两次随机,其一是在整个载体图像中的隐藏的像素位置随机,保证秘密信息尽可能遍及整个载体图像;其二,在每一个字节的最低4位隐藏位置随机;在隐藏容量上,载体图像的每个字节隐藏两位秘密信息,载体图像和秘密信息的大小之比约为4比1。提取秘密信息时,由事先生成的随机序列从隐藏了秘密信息的载体图像中的对应位置提取二进制序列即可。
2.图像置乱技术和离散余弦变换技术相结合的信息隐藏算法
算法的关键问题包括图像的置乱技术和和秘密信息的隐藏技术,也即先把秘密信息加密后再隐藏。图像的置乱技术是基于约瑟夫环算法,思想为:先对秘密图像的每行做约瑟夫环变换,再对列做约瑟夫环变换,最终达到置乱的目的。在参数的选择上,每行和每列的报数上限用两个随机值,报数的起始位置可以固定,也可以随机。
秘密信息隐藏采用变换域的隐藏技术,分为三步:先对载体图像分块,每块的大小为8×8;然后对每块做DCT变换,系数矩阵按“Z”形排列;最后在系数矩阵中分析2个字节的中频系数,具体取值为:JPEG亮度表中,值相同或相差为1的系数。根据秘密信息的二进制序列是0或1来确定连续两个中频系数的先后关系,然后再做逆DCT变换,将置乱后的秘密信息隐藏到相应的系数中。秘密信息的提取和隐藏过程刚好相反。
3.改进的图像压缩技术的信息隐藏算法
行程编码(RLE)是比较经典的压缩编码算法,其原理是通过存储像素的个数和像素的值来达到压缩的目的。针对RLE在PCX图像文件数据编码的基础上,提出了一种改进的基于RLE的信息隐藏算法。通过实验证明,对图像数据小于而且只有一个192的数据前加入0xC1和任意数据标识前加入0xC1 00图像的质量不会发生变化。基于此,依次取出两位秘密信息的二进制流,可能的组合为00、01、10、11,而载体图像中的数据组合可能为:oxXX(XX≤192)、oxC1XX(XX＞192)、oxC1XX(XX＞=192)、oxC1XX(2≤n≤63),然后分析秘密信息的组合和载体图像组合之间的关系,将秘密信息隐藏在载体图像中。
Technology of digital image information hiding is a hot research topic in recently years.It is different between information hiding base on digital image and traditional encryption algorithm. Images with the confusing will not be attacked than other vectors.
The paper discusses three algorithms of digital image information hiding.The groundwork, technological difficult point and innovation that this paper does are as follows:
1.The LSB digital image information hiding algorithm
Researching a new technology base on traditional LSB algorithms:it gives two random in hiding location,one is the pixel location of the vector image,and the other is each byte minimum four bit of the vector image hiding location.In the hiding capacity,each byte of the vector image will be hided two bits.And it is four times secret information.The secret information will be distilled from the vector image by advancing two random data.
2.The information hiding algorithm of digital image scrambling technology
The key issue of algorithm includes digital image scrambling technology and secret information hiding.That is to say the secret is scrambled at first,and then it is hided.The image scrambling technology algorithm is based on Josephus.Each row of the secret image on the first will be transformed by Josephus,and each column will be transformed by Josephus too.The target of image scrambling has been achieved.The limited passwords of each row and each column are random data,reported the number of initial position can be fixed,or random.
The secret information will be hided by transform domain technology,it includes three-step: Firstly,the vector images will be blocked,the size of each block is 8×8.Secondly,each block will be transformed by DCT,and the coefficient matrix will be arranged according to "Z".Finally, the 2 byte intermediate frequency will be analyzed,two consecutive intermediate frequencies will be fixed by o and 1 of secret information,and then the block will be transformed by inverse DCT. At the end algorithm,the secret information of scrambling image has hided in the vector image finally.
3.The information hiding algorithm of digital image compression technology
The run-length encoded(RLE) is a classic coding algorithm;its principle is the number of pixels through the storage and the value of pixels to achieve the purpose of compression.For example,if 888885433333352222144444 is a part of one image pixels,after RLE encoded into: 58151463421154.The PCX image data is coded based on RLE,the algorithm analysis feature of the pixels after compression,finding secret information binary sequence and the relationship between their features。At the end,the secret information will be hided in PCX image.
引文
[1].王炳锡,彭天强.信息隐藏技术.北京:国防工业出版社.2007,1-23.
[2].王丽娜,张焕国.信息隐藏技术与应用.武汉:武汉大学出版社.2003,1-24.
[3].王丽娜等.信息隐藏技术实验教程.武汉:武汉大学出版社.2003,194-196.
[4].王育民等,信息隐藏-理论与技术,北京:清华大学出版社.2006,30-38,61-65.
[5].王向阳.多媒体信息处理技术原理.北京:科学出版社.2005,14-42.
[6].王道顺,齐东旭.一种新的数字图像隐藏方案.计算机学报,2000,23(91):949-952.
[7].王君等.一种改进的图像自适应信息隐藏算法.计算机应用研究,2005,5(3):145-147.
[8].古力等.基于混沌随机变换控制的奇偶信息隐藏算法.哈尔滨工业大学学报.2004,36(8):1017-1019.
[9].吕欣等.安全隐写系统的信息理论分析.计算机科学,2006,33(6):140-142.
[10].向德生,熊岳山.基于约瑟夫遍历的数字图像置乱算法.计算机工程与应用.2005,41(10):44-46.
[11].刘芳,贾云得.一种新的Arnold反变换在数字水印中的应用.第十二届全国图像图形学学术会议论文集.北京:中国图象图形学学会,2005,172-175.
[12].刘红翼等.一种基于LSB的数字图像信息隐藏算法.计算机科学,2008,35(1):100-125.
[13].刘春庆等.一种新的二值图像信息隐藏方法.东南大学学报(自然科学版).2003,33(增刊):98-101.
[14].刘年生,郭东辉.基于混沌加密的一种图像信息隐藏传送方法.计算机工程,2006,32(7):135-137.
[15].李扬等.基于图像二级置乱的信息隐藏技术.中国图象图形学报,2006,11(8):1087-1090.
[16].汪孔桥等.一种基于视觉兴趣性的图像质量评价方法.中国图象图形学报.2000,5(4):300-303.
[17].陈波等.信息隐藏综述.计算机与数字工程,2005,14(91):65-68.
[18].张作林.基于DCT变换的信息隐藏技术.计算机工程,2005,31(21):127-129.
[19].钟桦等.数字水印与图像认证-算法及应用.西安:西安电子科技大学出版社.2006,1-2.
[20].姚敏.数字图像处理.北京:机械工业出版社.2006:1-23,39-43.
[21].赵君,王乘.图像格式分析与图像显示实现.计算机与数字工,2004,32(5):1-3.
[22].赵学峰,张贵仓.一种基于图像DCT域的信息隐藏方法.西北师范大学学报(自然科学 版).2004,40(3):18-21.
[23].姜吉涛等.一种基于LSB的数字图像隐藏的改进算法.山东理工大学学报(自然科学版),2006,20(3):66-68.
[24].郭迟等.信息隐藏技术实验教程.武汉:武汉大学出版社.2004:122-138.
[25].柏森,曹长修.一类基于行列式计算思想的图像置乱加密算法.计算机工程与应用,2002.38(8):37-39.
[26].夏光升.信息隐藏技术研究.京邮电大学博士学位论文,2003:8-10.
[27].黄革新,肖竞华.基于BMP图像信息隐藏技术的研究与实现.电脑与信息技术,2004.(5):17-26.
[28]常速,谭运猛等.基于行程压缩编码的信息隐藏算法.计算机工程与应用.2003.17(6):150-152.
[29].蒋雯等.基于位图图像的信息隐藏技术研究.军械工程学院学报.2004,16(6):65-70.
[30].隆坤.基于数字图像的信息隐藏技术研究.天津工业大学硕士学位论文,2006:15-17.
[31].靳战鹏,沈绪榜.基于位平面的LSB图像隐藏算法分析及改进.计算机应用.2005.25(11):2541-2537.
[32].魏为民.基于彩色静止数字图像的信息隐藏技术研究.计算机应用与软件.2002,17(11):50-52.
[33].Chang C C,Lin M H,hu Y C.A fast and Secure Image Hiding Scheme Based on LSB Substitution.International Journal of Pattern,Recogniticonition and Artificial Intelligence 2002,1640):399-416.
[34].FLEET DJ,HEEGER DJ.Embedding Invisible Information in Color Image.Proceedings of IEEE International Conference On Image Processing,1997:532-535.
[35].Rafael C.Gonzalez[美]等著.阮秋琦等译.数字图像处理第二版中文版(冈萨雷斯).北京:电子工业出版社.2004:1-2.
[36].Westfield A,Pfitzmann A.Attacks on steganographic systems.In:Pfitzmann A,ed.Proc.of the 3rd Int'I.Workshop on Information hiding.Lecture Notes on Computer Science 1768,Berlin:Springer Verlag,1999:61-76.
[37].ZHANG Gui-cang,ZHANG Yu-jin.A new image-hiding scheme based on blending in DCT domain.Proceedings of SPIE,2002:141-145.
[2].王丽娜,张焕国.信息隐藏技术与应用.武汉:武汉大学出版社.2003,1-24.
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