图像隐写技术综述

Palak R Patel, Yask Patel

帕鲁工程技术学院计算机工程系，印度林达
印度林达帕鲁工程技术学院(PIET)信息技术系助理教授

摘要

随着数字网络、数字图书馆，特别是WWW (World Wide Web)服务的迅速发展，我们可以随时随地在个人电脑和移动电脑上检索各种各样的图像。与此同时，由于数字媒体中的版权保护和授权识别问题日益受到重视，图像安全归档也成为一个重要的研究领域。未来多媒体版权保护需要更复杂的技术。隐写术是指将私人或敏感数据或信息隐藏在看似正常的东西中。隐写术和密码学在保护重要信息方面是相似的。现在的术语“信息隐藏”涉及水印和隐写术。本文概述了图像隐写技术，以及离散余弦变换(DCT)、离散小波变换(DWT)、最小有效位(LSB)、哈希LSB和扩频等技术。

关键字

DCT(离散余弦变换)，DWT(离散小波变换)，LSB(最小有效位)，散列LSB，扩频

介绍

随着数字通信技术的进步以及计算机能力和存储能力的增长，确保个人隐私的困难变得越来越具有挑战性。个人对隐私的重视程度因人而异。人们研究并开发了各种方法来保护个人隐私。加密可能是最明显的，然后是隐写术[2]。加密本身就有噪声，通常可以观察到，而隐写术则不能观察到。隐写术指的是秘密通信的艺术。隐写术的目的是使秘密通信不被发现，也就是说，隐藏秘密信息的存在。它以一种不知不觉的方式修改载体，只是为了不暴露任何东西，无论是嵌入的信息还是嵌入的信息本身。最近互联网的发展使隐写术得到了新的关注。最近，由于商业间谍活动的出现和恐怖主义对国土安全的日益担忧，人们对隐写术的兴趣有所增强。

图像隐写术是将信息隐藏在封面图像中的艺术，是将秘密信息隐藏在另一个信息中的过程。隐写术在希腊语中的意思是“遮盖文字”。不同隐写技术的信息隐藏过程包括识别覆盖介质和冗余位。嵌入过程通过用隐藏信息中的数据替换冗余位来创建隐写介质。在隐藏信息的过程中，必须考虑三个因素，即容量，包括覆盖介质中可以隐藏的信息量。安全性意味着检测隐藏信息和鲁棒性，在对手破坏隐藏信息[6]之前，stego介质可以承受的修改量。

隐写术的主要目的是以一种观察者看不到真实信息的方式安全地进行通信。目前，隐写术主要应用于以数字数据为载体，网络为高速传输通道的计算机上。使用隐写术，秘密信息被嵌入到一段不可疑的信息中，在没有人知道秘密信息存在的情况下发送出去。秘密可以隐藏在各种封面信息中，如文本、图像、音频、视频等。大多数隐写实用程序将信息隐藏在图像中，因为它相对容易实现，图像大多用于隐写的过程中，因为它很难被打破。[3]

本文组织结构如下。在第二节中，我们描述了不同的隐写术方法的概况。在第三节中，我们描述了研究范围。第四节是比较分析。第五节是结论和今后的工作。

不同方法的调查

A.最小有效位替换技术[9]

在LSB隐写术中，封面媒体的数字数据中最不重要的位被用来隐藏信息。最简单的LSB隐写技术是LSB替换。LSB替换隐写术翻转每个数据值的最后一位，以反映需要隐藏的消息。

考虑一个8位灰度的位图图像，其中每个像素存储为一个字节，表示一个灰度值。假设原始图像的前8个像素的灰度值为[4]:

11010010

01001010

10010111

10001100

00010101

01010111

00100110

01000011

为了隐藏二进制值为10000011的字母C，我们将这些像素的lsb替换为以下新的灰度值:

11010011

01001010

10010110

10001100

00010100

01010110

00100111

01000011

注意，平均来说，只有一半的lsb需要更改。封面(即原始)图像和隐写图像之间的差异对人眼来说几乎是不明显的。然而，它的一个主要局限性是数据量小，仅使用LSB就可以嵌入到这类图像中。LSB极易受到攻击。与8位[8]格式相反，实现24位格式的LSB技术难以检测。

B.离散余弦变换(DCT) [10]

DCT域嵌入技术是目前最流行的一种，这主要是因为基于DCT的图像格式广泛应用于公共领域，也是数码相机常用的输出格式。JPEG图像格式的彩色分量采用离散余弦变换(DCT)，将连续8 * 8像素块的图像转换为每个64个DCT系数。像素F(x,y)的8*8块的DCT系数F(u,v)由

式中u=水平空间频率，v=垂直空间频率。

当x=0时C(x)=1/√2，否则C(x)=1。

在DCT域的嵌入是通过改变DCT系数来实现的。例如，通过改变每个系数中最不显著的部分。单个DCT系数的修改会影响所有图像像素。

C.离散小波变换[11]

采用离散小波变换(DWT)将图像从空间域变换到频域。我们在隐写过程中使用小波变换，可以清晰地识别图像中每个像素的高频和律频信息。

为了获得覆盖图像的DWT，使用了一个称为分析滤波对的滤波对。首先，对每一行数据进行低通滤波，得到该行的低频分量。由于LPF是半带滤波器，输出数据需要进行两次子采样，因此输出数据现在只包含原始样本数量的一半。接下来，对同一行数据应用高通滤波器，同样将高通分量分离，并放置在低通分量旁边。对所有行执行此过程。再次对中间数据的每一列进行过滤。由此产生的二维系数数组包含四个波段的数据，每个波段被标记为LL (Low-Low)， HL (High-Low)， LH (Low- High)和HH (High-High)。LL能带可以以同样的方式再次分解，从而产生更多的子带。

D.扩频[7]

在扩频技术中，信息被传播到比发送信息所需的最小带宽更宽的频率带宽上。这可以通过用宽带波形(如白噪声)调整窄带波形来实现。窄带信号传播后，在任何一个频段的能量都很低，因此很难检测到[7]。扩频图像隐写是将信息嵌入噪声中，再与覆盖图像结合生成隐写图像。由于嵌入信号的功率远低于覆盖图像的功率，因此在不接触原始图像[7]的情况下，人眼无法感知嵌入图像，计算机也无法进行分析。

E.哈希最小位(Hash-LSB) [12]

基于哈希最小有效位(H-LSB)的隐写技术，通过哈希函数确定隐藏秘密数据的LSB位置。哈希函数找到每个RGB像素的最小有效位，然后将消息位独立嵌入到这些RGB像素中。然后哈希函数根据RGB像素值中出现的最低有效位返回哈希值。封面图像将被分解或碎片化为RGB格式。然后哈希LSB技术将使用哈希函数给出的值来嵌入或隐藏数据。在这种技术中，秘密信息被转换为二进制形式的二进制位;每次8位分别按3,3,2的顺序嵌入覆盖图像RGB像素值的最低有效位。该方法在红色像素LSB中嵌入3位，在绿色像素LSB中嵌入3位，在蓝色像素LSB中嵌入2位。这8位是按这个顺序插入的，因为蓝色对人眼的色度影响大于红色和绿色。因此分布模式选择2位隐藏在蓝色像素中。 Thus the quality of the image will be not sacrificed.

论文工作范围

研究范围包括:

该项目的范围是限制未经授权的访问，并在消息传输期间提供更好的安全性。

该系统将为大量用户通过邮件和社交网站发送图像的互联网提供很大的帮助。

它在国防和民用方面都有重要作用。

这也将有利于太空技术，卫星发送行星的图像，防止它落入坏人之手。

这将有利于国家的整体安全。

比较分析

结论及未来工作

在本文中，我们进行了不同的隐写方法。并对不同的方法进行了比较分析。从这一分析调查，我们得出结论，所有的方法都有优点和局限性。简要介绍了这些技术的优缺点，以便研究隐写术的人员在设计这些技术及其变体时获得先验知识。下一个计划是开发一种对不同类型的攻击都具有鲁棒性的隐写技术。对于其他数据文件，如音频、视频和文本，也可以增强工作。通过这种方法，我们可以达到最好的完整性、正确性、质量、准确性。

鸣谢

感谢信息技术硕士系主任g.b. Jethva教授，感谢他宝贵的知识和支持，指引我们走上正确的道路。

参考文献

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