《信號(hào)處理》課件07.4基于視覺特性的隱寫與隱寫分析

一類基于視覺特性的隱寫方法在視覺不敏感區(qū)域嵌入較多秘密信息在視覺較敏感區(qū)域嵌入少量秘密信息BPCS隱寫PVD隱寫12023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印BPCS隱寫B(tài)PCS（bit-planecomplexitysegmentation）位平面復(fù)雜度分割思想將載體數(shù)據(jù)的多個(gè)位平面分成小塊人的視覺對(duì)變化劇烈、復(fù)雜度較高的位平面小塊不敏感秘密信息可以加載在多個(gè)位平面22023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印樣點(diǎn)3210第2比特平面1100第1比特平面1010BPCS方法（嵌入）將載體圖像所有位平面分為小塊，如8×8計(jì)算每個(gè)小塊的復(fù)雜度復(fù)雜度定義：所有相鄰像素對(duì)中取值不同的像素對(duì)數(shù)目。復(fù)雜度最大可能值記為Cmax例如，8×8，復(fù)雜度0－112全0或全1：復(fù)雜度00、1相間棋盤狀：復(fù)雜度11232023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印BPCS方法（嵌入）將復(fù)雜度大于aCmax的位平面小塊用于負(fù)載秘密信息a必須小于0.5將秘密信息組成位平面小塊，如果其復(fù)雜度大于aCmax，則直接替換原位平面小塊如果其復(fù)雜度小于等于aCmax，則需要作共軛處理共軛處理：將秘密信息小塊與棋盤狀小塊作異或共軛處理后復(fù)雜度為Cmax－c記錄下哪些小塊經(jīng)過共軛處理42023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印例設(shè)分塊大小為2*2,每像素值用3比特表示，alpha=0.4。1、Cmax為多少？2、若已知小塊像素（行優(yōu)先排列）為（7,5,4,6），其各個(gè)比特平面的復(fù)雜度為？3、有哪些比特平面適于隱藏信息？2023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印5例解：1、Cmax=4,alpha=0.4,alpha*Cmax=0.4*4=1.62023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印6例解：2~3、像素為7,5即：1111014,6100110三個(gè)比特平面，從底到高分別為：（11）

（10）

（11）（00）

（01）

（11）其復(fù)雜度為2，4,0，因此可以隱藏秘密信息的是最低和次低比特平面2023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印7例設(shè)秘密信息為11和001000則隱藏秘密信息后，上述像素值變?yōu)椋?023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印8例解：則第一塊11復(fù)雜度為2，大于alpha*Cmax10可以直接替換，第二塊要00復(fù)雜度為0，小于alpha*Cmax

00應(yīng)與棋盤小塊10異或，得：1001012023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印9例解：替換后，三個(gè)比特平面，從底到高分別為（11）

（10）

（11）

（10）

（01）

（11）還原為十進(jìn)制值為：75562023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印10BPCS方法（提?。⑤d體數(shù)據(jù)中所有復(fù)雜度大于aCmax的位平面小塊取出，即是秘密信息做過共軛處理的小塊：再作一次共軛，即是秘密信息112023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印BPCS方法一般不采用二進(jìn)制形式劃分位平面，而是采用循環(huán)碼劃分位平面二進(jìn)制劃分位平面：會(huì)有許多小塊復(fù)雜度大于0.5Cmax循環(huán)碼劃分位平面：絕大多數(shù)小塊復(fù)雜度小于0.5Cmax122023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印BPCS方法二進(jìn)制碼和循環(huán)碼的互換B：二進(jìn)制G：循環(huán)碼132023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印BPCS方法142023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印對(duì)BPCS的隱寫分析BPCS隱寫的視覺隱蔽性較好，但會(huì)改變位平面小塊復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)特性思想對(duì)原始圖像所有位平面小塊的復(fù)雜度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將其直方圖記為h(c)，c取值：0－Cmax直方圖特點(diǎn)：直方圖集中于c值較低的一側(cè)（因?yàn)楦呶晃黄矫嫦嚓P(guān)性很強(qiáng)，復(fù)雜度很低）直方圖連續(xù)性較好（因?yàn)閷?duì)不同位平面許多小塊的統(tǒng)計(jì)結(jié)果）152023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印對(duì)BPCS的隱寫分析512×512標(biāo)準(zhǔn)灰度圖像Man按8×8分塊，得到的復(fù)雜度直方圖162023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印對(duì)BPCS的隱寫分析BPCS隱寫是將復(fù)雜度大于aCmax的位平面小塊置換成秘密信息組成的小塊秘密信息組成的小塊隨機(jī)信號(hào)，0/1概率0.5有文獻(xiàn)對(duì)4096000個(gè)秘密信息小塊進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，秘密信息小塊的復(fù)雜度近似正態(tài)分布均值0.5Cmax，標(biāo)準(zhǔn)差0.047Cmax用秘密信息小塊替換后，出現(xiàn)直方圖不連續(xù)的現(xiàn)象172023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印實(shí)驗(yàn)結(jié)果1圖像Man8×8a=0.4嵌入量7.2E5PSNR＝33.5dB在0.4Cmax=45處有明顯不連續(xù)跳躍182023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印實(shí)驗(yàn)結(jié)果219圖像Man8×8a=0.45嵌入量5.2E5PSNR＝36.7dB在0.45Cmax=50處有明顯不連續(xù)跳躍2023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印PVD隱寫PVD（pixel-valuedifferencing）基于圖像中相鄰像素對(duì)差異的隱寫202023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印PVD隱寫算法將載體圖像分成許多不交迭的小塊，每個(gè)小塊由兩個(gè)相鄰像素組成組成方式有很多種，如逐行或逐列zigzag掃描秘密信息被隱藏在每個(gè)小塊的兩個(gè)像素灰度的差值中212023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印PVD隱寫算法像素灰度差值記為d=p(i+1)-p(i)將這個(gè)范圍分成K個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的寬度是2的整數(shù)冪，記為2^n例如分成6個(gè)區(qū)域：[0,7],[8,15],[16,31],[32,63],[64,127],[128,255]如果差值|d|落在某一個(gè)區(qū)域，那么在這個(gè)小塊中嵌入n比特嵌入方法：調(diào)整p(i+1)和（或）p(i)的值，使得它們的差值|d|等于n比特對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制值222023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印PVD隱寫算法根據(jù)PVD算法，設(shè)k值為6，即灰度被劃分為6個(gè)區(qū)間[0,7],[8,15],[16,31],[32,63],[64,127],[128,255]，則像素對(duì)（1，8）和（8，18）分別能隱藏多少比特秘密信息？若秘密信息為111和000，則隱藏像素值對(duì)變?yōu)椋?023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印23PVD隱寫算法根據(jù)PVD算法，設(shè)k值為6，即灰度被劃分為6個(gè)區(qū)間[0,7],[8,15],[16,31],[32,63],[64,127],[128,255]，則解1：值對(duì)1差值|d|=7，落入?yún)^(qū)間[0,7]，區(qū)間寬度為8，因此可以隱藏log2(8)=3比特信息。類似的，值對(duì)2差值|d|=10，落入?yún)^(qū)間[8,15]，區(qū)間寬度為8，因此可以隱藏log2(8)=3比特信息。2023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印24PVD隱寫算法根據(jù)PVD算法，設(shè)k值為6，即灰度被劃分為6個(gè)區(qū)間[0,7],[8,15],[16,31],[32,63],[64,127],[128,255]，則解2：秘密信息為(111)b，因此差值應(yīng)調(diào)整為(7)d，即隱藏秘密信息為，像素值仍為(1,8)秘密信息為(000)b，對(duì)應(yīng)十進(jìn)制值為0，但差值區(qū)間為[8,15]，因此要加上偏置8，差值應(yīng)調(diào)整為(8)d，即隱藏秘密信息為，像素值為(8,16)2023/5/21信息隱藏與數(shù)字水印25對(duì)PVD的隱寫分析考察圖像小塊像素差值的直方圖通常一幅正常圖像的像素差值直方圖應(yīng)該比較平滑，并且隨著