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基于彩色静止数字图像的信息隐藏技术研究(五)

本人用Borland C++编写了一个实现上述算法的简单应用程序"e秀 "，如图4.3是一张作为签字信号的原始Lena图像，图4.4左边是没有嵌入隐藏信息的图像，右边是在左图中嵌入了图4.3后的效果，可以发现其相对于左图几乎没有改变。

图4.4加入签字信号前后的图像变化

结论：

由于原始24位BMP图像文件隐藏信息后，其数据部分字节数值最多变化为1，该字节代表的像素最多只变化了1/256，所以，已隐藏信息的BMP图像与未隐藏信息的BMP图像，用肉眼是看不出差别的；

将信息直接嵌入像素RGB值这是不合乎常理的的优点是嵌入信息的容量与所选取的掩护图像的大小成正比；

使用这种方法，一个大小为32 k的24位BMP图像文件，可以隐藏约32 k/8=4k的信息（忽略文件头不能隐藏数据的54个字节），该方法具有较高的信息隐藏率。

5 信息隐藏技术的研究动态和发展现状

在1994年的IEEE国际图像处理会议（ICIP`94），R. G. Schyndel等人第一次明确提出了"数字水印"的概念[4]，从此掀起了现代信息隐藏技术研究的高潮。仅仅过了两年，在ICIP`96上，已经出现了以信息隐藏领域中的水印技术、版权保护（Copyright Protection）和多媒体服务的存取控制（Access Control of Multimedia Services）为主要内容的研讨专题。同年在英国剑桥召开了第一届信息隐藏国际研讨会（First International Workshop on Information Hiding），内容涉及数据隐藏、保密通信、密码学等相关学科领域。在美国，许多著名大学和大公司的研究机构，如麻省理工学院的媒体实验室、明尼苏达大学、普林斯顿大学、南加州大学等，以及NEC公司、IBM公司等，都一直在致力于信息隐藏技术方面的研究，并已取得了大量研究成果。与此同时，大量的数字水印应用软件也应运而生，如HIGHWATER FBI、 Digimarc Corporati量器on、Fraunhofer`s SYSCOP等。目前，应用于数字图像的水印技术已被考虑写于JPEG 2000标准[5]，这必将进一步推动信息隐藏技术的发展。

目前已有的数字水印算法主要包括以下几种：

最低有效位算法（LSB）。rner与n Schyndel等人先后利用该算法将特定标记隐控制器的保养措施藏于数字音频和数字图像内，这是一种典型的空间域数据隐藏算法。由于该算法是通过调整原始数据的最低几位来隐藏信息，使一般用户对于隐藏信息，在视觉和听觉上很难察觉。现在上的一些简单信息伪装软件大多是运用LSB技术和调色板调整等相关技术可以将信息隐藏在24bit图像或256色图像中，如StegoDos、White Noise Sterm、STools等。虽然其有较大的信息隐藏量，但作为数字水印算法，该算法因其基本原理限制，所隐藏的数字水印信息是极为脆弱的，无法经受一些无损和有损的信号处理。

文档结构微调方法。Brassil等人提出了三种在通用文档图像（Postscript）中隐藏特定二进制信息的技术，数字信息通过轻微调整文档中的以下结构来完成编码，包括：垂直移动行距、水平调整字距、调整文字特性（如字体）。该算法可以抵抗一些标准的文档操作，如照相复制和扫描复制，但该技术也极易被经验丰富的攻击者破坏，而且仅适于职业培训文档图像类。

Tanaka等通过研究将内嵌数字水印设计的与量化噪声相似，这是由于通常数字信号中的量化噪声很难被观察者发现。他们通过控制预测量化器的量化等级的选择来嵌入数字水印，引入其中的特写数据对于图像而言近似一种量化噪声；对于抖动图像，则将水印设计成一种抖动矩阵的形式。

Patchwork方法，这是Bander等人提出的一种基于统计的数据水印嵌入方案。Patch在空置时work任意选择N对图像点，在增加一点亮度的同时，相应降低另一点的亮度值。通过这一调整过程完成水印的嵌入。该算法具有玻璃面板不易察觉性，并且对于有损压缩编码（JPEG）和一些恶意攻击处理具有抵抗力。

纹理块映射编码方法，该算法也是Bander等人提出的，它将数字信息隐藏于数字图像的任意纹理部分。该算法对于滤波、压缩和扭转等操作具有抵抗能力，但仅适于具电机转子有大量任意纹理区域的图像，而且尚不能完全自动完成。

频率域数字水印方法。这是一种用类似扩频通信的技术来隐藏数据的方法。该技术将隐藏信息经过一定的频率域调制隐藏于数字媒体的感知最重要的频谱成分中。该技术可以抗击有损压缩编码和其它一些具有信号失真的数据处理过程。

作为一个技术体系，数字水印尚不完善，每个研究人员的介入角度各不相同，所以研究方法和设计策略也各不相同，但都是围绕着实现数字水印的各种基本特性进行设计。同时，随着该技术的推广和应用的深入，一些其他领域的先进技术和算法也将被引入，从而完备和充实数据水印技术。例如在数字图像处理中的小波、分形理论；图像编码中的各种压缩算法；音视频编码技术等等。

数字水印技术是一种横跨信号处理、数字通信、密码学、计算机络等多学科的新兴技术，具有巨大的潜在应用市场，对它的研究具有重要的学术和经济价值。

以数字水印为代表的信息隐藏技术也引起了我国科研人员的浓厚兴趣。为了促进国内信息隐藏技术的研究和应用，我国信息安全领域的三位院士与有关应用研究单位联合发起了我国的信息隐藏学术研讨会，并于1999年12月组织召开了第一届会议。与此同时，国家863计划智能计算机专家组于2000年1月举办了"数字水印技术学术研讨会"。此次研讨会由中科院自动化所模式识别国家重点实验室和北京邮电大学信息安全中心承办，与会者就数字水印技术的发展动态和趋势进行了全面、深入的探讨。

作者/魏为民 武汉大学计算机学院

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