第九章——信息隐藏教学材料.ppt

单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版标题样式v数字图像处理第九章 信息隐藏学 校：贺 州 学 院系 别：计算机科学与工程班 级：10级计算机应用本第九章 信息隐藏主要内容：彩色图像的信息隐藏2.二值图像的信息隐藏3.灰度图像的信息隐藏1.信息加密一、数据压缩二、连续图像1.相似图像2.索引图像3.v 随着多媒体技术、信息存储技术和网络的发展,数字图像已成为人们获取信息的重要手段网络上传输的数字图像是纷繁芜杂的,它们有可能涉及军事机密（情报）、商业秘密（银行等）或者个人隐私（视频，短信等）, 如何保护这些图像的安全已经成为各界广为关注的问题v基于不同的目的信息隐藏分为两大类：v 一是为了隐藏我们的信息不被别人知道或者防伪（数字水印），也就是信息加密v 二是为了图像压缩，使图像节省占用存储空间，或提高网络的传输速度（图像、视频传输）前 言v秘密信息： 指私有信息，不被他人共享的信息，可以是图像、文字、音频、视频v载体图像： 用来隐藏秘密信息的图像v秘密图像： 将秘密信息隐藏到载体图像后的图像信息加密一、一个或多个秘密信息隐藏到一个载体图像加密算法信息加密与解密的基本过程一个或多个秘密信息隐藏到一个载体图像网络传输解密算法迭代信息隐藏灰度图像1. 1灰度图像： 将黑白两种颜色分为若干过渡级颜色，最大值为白色，最小值为黑色，也称二维图像。

位平面： 为了方便图像研究，将图像中每个像素的灰度值二进制化，对于每个二进制位称为一个位平面位深: 规定图像灰度级最大值的二进制数的位数灰度图像 位平面 位深1. 11 1 1 1 1 1 1 1255876543211 1 1 1 1 1 1 1低位高位灰度图像 位平面置零 1. 1N=8; %嵌入位置（位平面）的选择img_objective=zeros(nrow,ncol);for i=1:nrow for j=1:ncol img_bin=dec2bin(img_source(i,j) , 8); img_bin(N)=0; %位平面置零 img_dec=bin2dec(img_bin); img_objective (i,j)=img_dec; endend灰度图像 位平面值的大小1. 111111111127=128低位高位灰度图像 基于位平面的信息隐藏 数字水印 1. 1 数字水印技术是图像信息隐藏的一个分支，它是将秘密信息隐藏于图像的低位平面，当图像被篡改后，图像中的秘密信息也将受到破坏，从秘密信息的破坏位置看，可以断定源图像哪里被篡改灰度图像 基于位平面的信息隐藏 加密算法 1. 1N=8; %嵌入位置（位平面）的选择img_objective =zeros(nrow,ncol);for i=1:nrow for j=1:ncol img_bin=dec2bin(img_source(i,j),8); if img_bw(i,j)=1 %判断水印第（i，j）点是否为1 img_bin(N)=1; %源图像第8位平面置为1 else img_bin(N)=0; %源图像第8位平面置为0 end %源图像第(i,j)像素点嵌入完毕 img_dec=bin2dec(img_bin); img_objective (i,j)=img_dec; endend灰度图像 基于位平面的信息隐藏 解密算法 1. 1N=8; %嵌入位置（位平面）的选择img_objective=zeros(nrow , ncol);for i=1:nrow for j=1:ncol img_objective(i,j)=mod(source(i,j),2); endend灰度图像 基于位平面的信息隐藏特点1. 1 特 点： 基于位平面的信息隐藏，是在修改图像位平面上的值后，保证对图像的质量影响不大，即在的视觉上不容易发现图像有变化或改动,起到更好的隐藏效果。

这种方法的信息隐藏，图像的像素次序不变，图像的直方图会有较小的变化，图像的像素个数不变v 图像置乱是数字图像的一种加密方法,它使得合法使用者可以自由控制算法的选择、参数的选择以及使用随机数技术, 这就加大了攻击者非法破译的难度空间域的图像置乱是利用某种算法将一幅图像各像素的次序打乱,但像素的总个数不变,直方图不变,使一幅图像变得“面目全非”灰度图像 图像置乱1. 11. 1灰度图像 图像置乱 基于基于采样技术采样技术的图像的图像置置乱乱平1. 1灰度图像 图像置乱 基于基于采样技术采样技术的图像变换的图像变换w1=a;ww1=reshape(w1,2,2,128,128);for kk=1:1ww2=zeros(128,128,2,2);for i=1:128 for j=1:128 for k=1:2 for l=1:2 ww2(i,j,k,l)=ww1(k,l,i,j); end end endend ww1=reshape(ww2,2,2,128,128);endw1 = reshape(ww1,256,256) ;figure;imshow(w1, )1. 1灰度图像 图像置乱 基于基于采样技术采样技术的图像变换的图像变换加密算法1. 1灰度图像 图像置乱 基于基于采样技术采样技术的图像变换的图像变换置乱1次置乱2次置乱3次ww1=reshape(w1,128,128,2,2);for kk=1:1 ww2=zeros(2,2,128,128); for i=1:128 for j=1:128 for k=1:2 for l=1:2 ww2(k,l,i,j)=ww1(i,j,k,l); endend endend ww1=reshape(ww2,128,128,2,2);endw1 = reshape(ww1,256,256) ;figure;imshow(w1, )1. 1灰度图像 图像置乱 基于基于采样技术采样技术的图像变换的图像变换解密算法v 几何变换法直观、分散度较好且易于实现。

做法是,对像素个数为N N 的图像F ,首先进行某种可能改变图像结构的变换, 如放缩或错切变换,接着将落在图像区域外的像素重新移回图像内,如进行取模运算,得到图像F以取模形式的非线性变换为例, 用公式表示为: P= ( A P) modN ,其中:v P = ( x , y) T , P= ( x, y) T 分别为原图和变换后图像的像素位置1. 1灰度图像 图像置乱 基于基于几何变换几何变换的置乱技术的置乱技术v变换矩阵vA = a b c dv满足关系: ad = bc 1| a , b , c , d Z , Z 为整数集合 ;vmod 为取模运算由上式可以得到许多满足要求的变换,例如A = 1 1 1 2v就是著名的Arnold 变换 1. 1灰度图像 图像置乱 基于基于几何变换几何变换的置乱技术的置乱技术v 其它置乱技术：1. 基于幻方变换的置乱技术 2. 基于Hilbert 变换的置乱技术3. 基于生命游戏的图像置乱技术1. 1灰度图像 图像置乱 其它置乱技术其它置乱技术 RGB图像的三个分量绿色分量蓝色分量彩色图像信息隐藏1. 2R=A( : , : , 1 ); G=A( : , : , 2 ); B=A( : , : , 3 );红色分量一幅RGB图像就是彩色的一个数组，其中每一个彩色像素点都是在特定的空间位置的彩色图像相对应的红、绿、蓝三个分量。

RGB图像也可以看做是三幅灰度图像的水平叠加，当它们合并的时候就产生一幅彩色图像彩色图像信息隐藏1. 2v彩色图像的位深： 是三个图像分量相对应像素的位深之和uint8彩色图像的位深为24彩色图像信息隐藏1. 2彩色图像三个分量的组合B=cat(3 , R , G , B);彩色图像信息隐藏1. 2v二值图像：图像中只有黑白（0,1或0,255）两种颜色，其灰度值没有中间过渡的图像，通常叫做逻辑图像v二值图像一般用来描述文字或者图形，其优点是占用空间较少，缺点是当表示人物、风景的图像时，二值图像只能描述其轮廓，不能描述细节二值图像1. 3二值图像1. 3 可以根据二值图像中黑白像素数量的比较来隐藏信息 可以采用游程编码方法在二值图像中隐藏信息怎样隐藏？嵌 入: 把一个二值图像分成 个矩形图像区域 ，如果其中黑色象素的个数大于一半，则表示嵌入0；如果白色象素的个数大于一半，则表示嵌入1 当需要嵌入的比特与所选区域的黑白象素的比例不一致时，为了达到希望的像素关系，则需要修改一些像素的颜色 修改应遵循一定的规则，原则是不引起感观察觉修改应在黑白区域的边缘进行 二值图像 像素数量的比较1. 3二值图像 提取秘密信息1. 3v提取秘密信息v 提取方需知道隐藏的秘密信息的数量，使用隐藏的秘密信息的数量值来对载体图像进行分块。

二值图像 游程编码1. 3v“游程编码”又称“运行长度编码”或“行程编码”，是一种统计编码，该编码属于无损压缩编码v对二值图像有效行程编码的基本原理：用一个符号值或串长代替具有相同值的连续符号二值图像 游程编码法方式1. 3v利用游程编码的方法v例 编码：, , , , 1 ：表示白色像素 0 ：表示黑色像素二值图像 游程编码信息隐藏1. 3v信息嵌入：修改二值图像的游程长度 如果秘密信息位是0，则修改该游程长度为偶数； 如果为1，则修改游程长度为奇数； 如果秘密信息的取值与游程长度的奇偶性相匹配，则不改变游程长度在隐藏信息时，改变游程的奇偶性事通过对下一个像素的像素值进行修改二值图像 游程修改嵌入法1. 3例：游程为5游程为6提取根据游程长度的奇偶性提取出秘密信息二值图像 其它隐藏算法1. 3v将二值图像分块，根据块中黑白像素的奇偶个数确定隐藏的信息是0还是1v将二值图像分块，使用一个与图像块大小相同的密钥二值图像块，与每一个图像块按像素进行“与”运算，“与”运算的结果可以确定是否在该块中嵌入数据，或嵌入怎样的数据再见！v前言：压缩数据二、连续图像2.1索引图像2.2相似图像2.3行列对换的图像置乱0行列对换的图像置乱0二值图像1.1。