第九章信息隱藏

第九章信息隱藏第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章信息隱藏第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內容：彩色圖像的信息隱藏2.二值圖像的信息隱藏3.灰度圖像的信息隱藏1.信息加密一、數(shù)據(jù)壓縮二、連續(xù)圖像1.相似圖像2.索引圖像3.第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月了解：連續(xù)圖像、相似圖像、索引圖像數(shù)據(jù)壓縮的基本算法。掌握：二值圖像、灰度圖像、彩色圖像的基本置亂信息隱藏算法。重點:掌握灰度圖像基于位平面的信息隱藏算法。學習目標第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著多媒體技術、信息存儲技術和網(wǎng)絡的發(fā)展,數(shù)字圖像已成為人們獲取信息的重要手段。網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)字圖像是紛繁蕪雜的,它們有可能涉及軍事機密（情報）、商業(yè)秘密（銀行等）或者個人隱私（QQ視頻，手機短信等）,如何保護這些圖像的安全已經(jīng)成為各界廣為關注的問題?；诓煌哪康男畔㈦[藏分為兩大類：一是為了隱藏我們的信息不被別人知道或者防偽（數(shù)字水印），也就是信息加密。二是為了圖像壓縮，使圖像節(jié)省占用存儲空間，或提高網(wǎng)絡的傳輸速度（圖像、視頻傳輸）。前言第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月秘密信息：

指私有信息，不被他人共享的信息，可以是圖像、文字、音頻、視頻。載體圖像：

用來隱藏秘密信息的圖像。秘密圖像：

將秘密信息隱藏到載體圖像后的圖像。信息加密一、第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月一個或多個秘密信息隱藏到一個載體圖像加密算法信息加密與解密的基本過程。第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月一個或多個秘密信息隱藏到一個載體圖像網(wǎng)絡傳輸解密算法第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月迭代信息隱藏第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度圖像1.1灰度圖像：

將黑白兩種顏色分為若干過渡級顏色，最大值為白色，最小值為黑色，也稱二維圖像。位平面：為了方便圖像研究，將圖像中每個像素的灰度值二進制化，對于每個二進制位稱為一個位平面。位深:

規(guī)定圖像灰度級最大值的二進制數(shù)的位數(shù)。第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度圖像位平面位深1.1111111112558765432111111111低位高位第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度圖像位平面置零1.1N=8;%嵌入位置（位平面）的選擇img_objective=zeros(nrow,ncol);fori=1:nrowforj=1:ncolimg_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第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度圖像位平面值的大小1.1111111111×27=128低位高位第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度圖像

基于位平面的信息隱藏數(shù)字水印1.1

數(shù)字水印技術是圖像信息隱藏的一個分支，它是將秘密信息隱藏于圖像的低位平面，當圖像被篡改后，圖像中的秘密信息也將受到破壞，從秘密信息的破壞位置看，可以斷定源圖像哪里被篡改。第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度圖像

基于位平面的信息隱藏加密算法1.1N=8;%嵌入位置（位平面）的選擇img_objective=zeros(nrow,ncol);fori=1:nrowforj=1:ncolimg_bin=dec2bin(img_source(i,j),8);ifimg_bw(i,j)==1%判斷水印第（i，j）點是否為1img_bin(N)='1';%源圖像第8位平面置為‘1’elseimg_bin(N)='0';%源圖像第8位平面置為‘0’end%源圖像第(i,j)像素點嵌入完畢

img_dec=bin2dec(img_bin);img_objective(i,j)=img_dec;endend第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度圖像

基于位平面的信息隱藏解密算法1.1N=8;%嵌入位置（位平面）的選擇img_objective=zeros(nrow,ncol);fori=1:nrowforj=1:ncol

img_objective(i,j)=mod(source(i,j),2);

endend第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度圖像基于位平面的信息隱藏特點1.1

特點：基于位平面的信息隱藏，是在修改圖像位平面上的值后，保證對圖像的質量影響不大，即在的視覺上不容易發(fā)現(xiàn)圖像有變化或改動,起到更好的隱藏效果。這種方法的信息隱藏，圖像的像素次序不變，圖像的直方圖會有較小的變化，圖像的像素個數(shù)不變。第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖像置亂是數(shù)字圖像的一種加密方法,它使得合法使用者可以自由控制算法的選擇、參數(shù)的選擇以及使用隨機數(shù)技術,這就加大了攻擊者非法破譯的難度?？臻g域的圖像置亂是利用某種算法將一幅圖像各像素的次序打亂,但像素的總個數(shù)不變,直方圖不變,使一幅圖像變得“面目全非”。灰度圖像圖像置亂1.1第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1灰度圖像

圖像置亂

基于采樣技術的圖像置亂平第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1灰度圖像

圖像置亂

基于采樣技術的圖像變換第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月w1=a;ww1=reshape(w1,2,2,128,128);forkk=1:1ww2=zeros(128,128,2,2); fori=1:128 forj=1:128 fork=1:2 forl=1:2 ww2(i,j,k,l)=ww1(k,l,i,j); end end end endww1=reshape(ww2,2,2,128,128);endw1=reshape(ww1,256,256);figure;imshow(w1,[])1.1灰度圖像

圖像置亂

基于采樣技術的圖像變換加密算法第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1灰度圖像

圖像置亂

基于采樣技術的圖像變換置亂1次置亂2次置亂3次第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月ww1=reshape(w1,128,128,2,2);forkk=1:1 ww2=zeros(2,2,128,128); fori=1:128 forj=1:128 fork=1:2 forl=1:2 ww2(k,l,i,j)=ww1(i,j,k,l); end end end end ww1=reshape(ww2,128,128,2,2);endw1=reshape(ww1,256,256);figure;imshow(w1,[])1.1灰度圖像

圖像置亂

基于采樣技術的圖像變換解密算法第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何變換法直觀、分散度較好且易于實現(xiàn)。做法是,對像素個數(shù)為N×N

的圖像F,首先進行某種可能改變圖像結構的變換,如放縮或錯切變換,接著將落在圖像區(qū)域外的像素重新移回圖像內,如進行取模運算,得到圖像F′。以取模形式的非線性變換為例,用公式表示為:P′=(A×P)modN,其中:P=(x,y)T,P′=(x′,y′)T

分別為原圖和變換后圖像的像素位置1.1灰度圖像

圖像置亂

基于幾何變換的置亂技術第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月變換矩陣A=a

bc

d滿足關系:{ad=bc±1|a,b,c,d∈Z,Z為整數(shù)集合};mod為取模運算。由上式可以得到許多滿足要求的變換,例如A=1

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2就是著名的Arnold變換。1.1灰度圖像

圖像置亂

基于幾何變換的置亂技術第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月其它置亂技術：基于幻方變換的置亂技術基于Hilbert變換的置亂技術基于生命游戲的圖像置亂技術1.1灰度圖像

圖像置亂

其它置亂技術第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

RGB圖像的三個分量綠色分量藍色分量彩色圖像信息隱藏1.2R=A(:,:,1);G=A(:,:,2);B=A(:,:,3);紅色分量第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月一幅RGB圖像就是彩色的一個Ｍ×Ｎ×３數(shù)組，其中每一個彩色像素點都是在特定的空間位置的彩色圖像相對應的紅、綠、藍三個分量。RGB圖像也可以看做是三幅灰度圖像的水平疊加，當它們合并的時候就產(chǎn)生一幅彩色圖像。彩色圖像信息隱藏1.2第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月彩色圖像的位深：是三個圖像分量相對應像素的位深之和。uint8彩色圖像的位深為24。彩色圖像信息隱藏1.2第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月彩色圖像三個分量的組合B=cat(3,R,G,B);彩色圖像信息隱藏1.2第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二值圖像：圖像中只有黑白（0,1或0,255）兩種顏色，其灰度值沒有中間過渡的圖像，通常叫做邏輯圖像。二值圖像一般用來描述文字或者圖形，其優(yōu)點是占用空間較少，缺點是當表示人物、風景的圖像時，二值圖像只能描述其輪廓，不能描述細節(jié)。二值圖像1.3第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二值圖像1.3可以根據(jù)二值圖像中黑白像素數(shù)量的比較來隱藏信息。可以采用游程編碼方法在二值圖像中隱藏信息。怎樣隱藏？第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月嵌入:把一個二值圖像分成個矩形圖像區(qū)域，如果其中黑色象素的個數(shù)大于一半，則表示嵌入0；如果白色象素的個數(shù)大于一半，則表示嵌入1。當需要嵌入的比特與所選區(qū)域的黑白象素的比例不一致時，為了達到希望的像素關系，則需要修改一些像素的顏色。修改應遵循一定的規(guī)則，原則是不引起感觀察覺。修改應在黑白區(qū)域的邊緣進行。二值圖像像素數(shù)量的比較1.3第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二值圖像提取秘密信息1.3提取秘密信息提取方需知道隱藏的秘密信息的數(shù)量，使用隱藏的秘密信息的數(shù)量值來對載體圖像進行分塊。第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二值圖像游程編碼1.3“游程編碼”又稱“運行長度編碼”或“行程編碼”，是一種統(tǒng)計編碼，該編碼屬于無損壓縮編碼。對二值圖像有效行程編碼的基本原理：用一個符號值或串長代替具有相同值的連續(xù)符號。第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二值圖像游程編碼法方式1.3利用游程編碼的方法例編碼：<1,3>,<0,5>,<1,4>,<0,2>,<1,1> 1：表示白色像素0：表示黑色像素第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2