毕业设计（论文）-基于DCT的文本信息隐藏设计.doc

基于DCT的文本信息隐藏设计信息技术的飞速发展推动着人类社会步入信息化时代，人们认识世界、了解事物、交换信息的方式也越来越多，从最初的文字，声音等表达方式到通过光、声、电等信号方式更加准确、便捷的传输信息，这些都为信息的传播和利用提供了极大的便利，但是这也使得人们面临着信息安全问题的巨大挑战。如何保证信息安全的传输，成为了人们面临的一个重要问题。传统的方法是对消息进行加密，但是随着计算机技术的发展，人们对加密算法进行破译已经不再是不可能的事情，因此，寻找解决信息安全传输问题的方案已经是信息时代人们面临的重要问题之一。信息隐藏技术提供了解决这一问题的方案。本文简要的介绍了信息隐藏技术的概念、特点、方法、意义以及发展历史等。并且运用Matlab进行编程，做了一个基于离散余弦变换（DCT）的文本信息隐藏设计，它主要包括了文本信息的隐藏和提取。在嵌入秘密信息的过程中将DCT系数分块，结合图像的特性进行分类然后得到秘密信息嵌入的位置。最后通过这个设计讨论了信息隐藏技术中的系数和性能。目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 信息隐藏技术的研究背景11.2 信息隐藏的发展历程21.3 信息隐藏技术国内外研究现状31.4 本文组织结构3第二章 信息隐藏技术52.1 信息隐藏的基本概念及基本原理52.2 信息隐藏的分类52.3 信息隐藏的特点62.4 信息隐藏的应用72.4.1 信息隐藏的应用领域72.4.2 信息隐藏的应用要求82.5 本章小结8第三章 离散余弦变换93.1离散余弦变换原理93.2 DCT与信息隐藏技术103.2.1 信息的嵌入过程113.2.2 信息的提取过程113.3 本章小结12第四章 基于DCT的文本信息隐藏设计134.1 Matlab软件简介134.2 具体实现方法134.3 信息的嵌入和提取算法144.3.1 信息的嵌入144.3.2 信息的提取164.4 实验结果174.5 本章小结18第五章 参数分析195.1 设计中的数据说明195.2 alpha与隐藏不可见性的关系215.3 安全性分析235.4 alpha与隐藏鲁棒性的关系245.5 本章小结25结论26参考文献27致谢28基于DCT的文本信息隐藏设计第一章 绪论网络的推广和普及给人们的生活带来了极大的便利，多媒体信息的传输更加的快捷，人们获得各种数字化的产品，但是人们在享受着这些便利的同时，也对信息传递时的安全性提出了更高的要求，如何去保证信息在安全传递的同时又不会别窃取和篡改等等的攻击已经成为现代网络技术发展所需要解决的重要问题。最常见也是最古老的方法就是加密，但是随着各项相关技术的发展，人们已经可以破译了，所以说传统的加密方法已经不能满足人们对信息化的要求了，就在人们寻找新的方法时，信息隐藏技术出现了，成为解决这一问题的重要方法。1.1 信息隐藏技术的研究背景二十世纪就是年代，网络和通信技术飞速发展，世界各地的信息传递变得更加的便捷和频繁。多媒体技术的应用和各种信息处理技术的发展，使得人们的生活和数字时代紧密的结合在一起。特别是在互联网技术的发展和普及以后，图像、视频、语音以及数字产品的制作、发布和共享都变得十分的常见。他们被广泛的应用在人们的生活之中，并且在经济、文化、政治、军事等方面都发挥了十分重要的作用。现在是一个全球信息网络化和经济一体化的时代，只有掌握了足够多的信息才能运筹帷幄。但是在这个开放的网络体系下，存在着很多的安全隐患，例如，如何有效的保护互联网上用户的个人信息等问题。因此，人们在享受信息全球化便利的同时，还要考虑如何去保护企业、政府、军队等的机密文件的安全问题。信息的全球化和信息安全之间的矛盾日益的突出，引发了人们对于网络安全问题的深思。以前人们通过加密的机制保护信息，但是加密数据时利用的不可见性暴露了秘密信息的存在，而且随着计算机技术的飞速发展，加密的机制在计算机超强的计算能力下也逐渐暴露出了它的缺陷。这使得传统的加密机制不能满足人们的使用要求，它的安全问题变得日益的突出钮心忻. 信息隐藏与数字水印M. 北京邮电大学出版社, 2006: 6-81.。信息隐藏技术作为一种解决网络信息安全问题的方案受到了信息安全界人士的广泛关注。信息隐藏技术，即将秘密信息隐藏在公开的非秘密数字载体之中进行传递，观察者或者检测系统无法观察到它的存在，载体可以是图像、语音或者视频文件等等。信息隐藏技术利用了图像、语音等载体的数据冗余特性以及人类的知觉器官的不敏感性，将秘密信息以一定的编码、调制或者加密方式隐藏在数字载体中王丽娜, 张焕国. 信息隐藏技术与应用M. 武汉大学出版社, 2003: 145-190.。由于含有隐藏信息的媒体是公开的，而可能的检测者难以从公开的众多信息中判断隐藏信息是否存在，很难截获隐藏信息，从而保证了信息的安全。现在信息隐藏技术已经被应用到了许多的领域，例如医疗、军事等方面。信息隐藏技术是一种新型的信息安全技术，它把一个有意义的信息隐藏到载体信息中得到含有秘密信息的载体，非法获得者不知道这个看似普通的载体中是否隐藏了其他的信息，而且即使知道也难以提取或者去除隐藏的信息。1.2 信息隐藏的发展历程信息隐藏技术是一项古老的技术，可以说有了人类文明开始，人类就有保护秘密信息的想法。古代的时候人们用暗语或者暗号，这都可以被认为是信息隐藏的一种形式。十七世纪中叶的时候，出现了密码学和隐写术这两个词，他们都来自与希腊语。密码学可以理解为是将信息隐藏于其他的信息之中。隐写术是一门非常古老的艺术，它把秘密消息嵌入在看似普通的信息之中进行传送，来阻止第三方检测到信息。古代有很多信息隐藏的典故，例如公元前440年有一个叫Histaieus的奴隶用头发掩盖叛乱信息，以及十七世纪的无形墨水，19世纪的微缩胶片这都证明人们一直想将信息隐藏起来。我国古代的藏头诗也是信息隐藏的一个应用。例如在我国四大名著中的水浒传第61回中，吴用诱使卢俊义将离合诗提于墙上，使卢俊义遭到官府迫害逼上梁山。他所提的诗如下王伟祥, 刘玉君. 基于信道编码的信息隐藏技术研究J. 电视技术. 2006(3): 8-10.： 卢花潭上有扁舟， 俊杰黄昏独自游。 义到尽头原有命， 反弓逃难必无忧。把每一句诗的第一个字连起来就是“卢俊义反”。古典的信息隐藏可以归结为：把保密信息放在一个指定的位置，然后填一些其他无关的信息，让它表现出和真实信息看起来没有任何关系的形式，从而达到迷惑他人的目的，这也就是现代信息隐藏技术的前身。而现在随着计算机技术、信息处理技术以及因特网技术的发展，对信息安全也提出了新的更高的要求。相关技术的不断发展，已经使得信息隐藏技术逐渐成了一门独立的学科，它的研究范围也不断的在扩大，影响力也逐渐的在提升。现在信息隐藏技术作为一个广泛应用的研究课题，横跨了多媒体技术、图像信息处理、密码学、模拟识别等多个学科领域，吸引了众多的学者投入到这项课题的研究中J.Harmsen, Pearlman. W.Steganalysis of additive noise modelable information hidingA. Santa Clara: SPIE, 2003: 21-24.。1.3 信息隐藏技术国内外研究现状信息时代的到来使得越来越多的学者投身到对信息隐藏技术的研究之中。1996年5月，国际上在剑桥大学召开了第一届信息隐藏研讨会，吸引了许多的学术组织。这次会议主要对信息隐藏的学科分支和部分的英文术语进行了规范和统一，推动了信息隐藏技术和理论的研究，它的成功举办标志着信息隐藏学的正式诞生。在此后的几年里，陆陆续续的召开了多次会议。1998年在美国的波特兰召开了第二届信息隐藏研讨会，1999年在德国召开了第三次信息隐藏研讨会。研究的内容逐渐由空域信息的隐藏转向频率域 的信息隐藏，从以数字水印为主的研究逐渐转向数据压缩等全面的理论和应用研究。1999年12月，我国顺利的召开了第一届全国信息隐藏学术研讨会，这次大会的召开引起了多所研究机构、大学以及安全部门等等的密切关注。2000年召开了全国第二届信息隐藏学术研讨会，2001年召开了全国第三届信息隐藏学术研讨会。另外，在2000年国家863计划智能计算机专家组，北京邮电大学信息安全中心和中国科学院自动化研究所一起成功的举办了数字水印技术研讨会，给国内研究信息隐藏技术的工作者提供了很好的交流机会李忠源, 郭全成, 任亚萍. 图像中的信息隐含及水印技术J. 电子学报. 2001, 28(4): 1353-1360.。现在信息隐藏技术已经发展成为了一个多领域、多学科、多技术交叉的课题，对它的研究存在着很大的科学、学术和商业价值，但是这项技术还存在着很多难点，还没有形成完整的理论体系，虽然说现阶段的信息隐藏技术已经取得了一定的成果，但是相对于信息隐藏技术总体来说，研究还处于初步阶段，还有很多问题有需要解决。但是随着对这项技术的深入研究，它的潜在价值会慢慢的体现出来，尤其是在数字水印和隐秘通信等方面，它都是密码技术所无法替代的。1.4 本文组织结构本文分为五章，下面对每一张的内容进行简要的介绍。第1章 绪论主要是介绍目前信息隐藏技术的研究背景、意义和国内外现状，并且简要的介绍了一下本文所作的具体工作。第2章 是信息隐藏技术的综述，简单的介绍了信息隐藏技术的概念、分类、特点和应用的领域以及应用时的要求。第3章 介绍了离散余弦变换的原理，以及离散余弦变换在信息隐藏技术方面的应用。第4章 进行了基于DCT的文本信息隐藏的设计，并且展示了设计的最后结果。第5章 对这个设计的性能以及一些参数进行分析，说明了设计中的一些不足。第二章 信息隐藏技术2.1 信息隐藏的基本概念及基本原理信息隐藏的实现主要来自于多媒体数据的数据冗余，从听觉、视觉科学和信号处理的角度来看，信息隐藏可以看作是在强背景下叠加一个弱信号的信息，即将秘密信息伪装隐藏在公开的数字载体之中。秘密信息可以是文字、密码、声音或图像，而数字载体可以是任意的文本、数字图像、音频和视频文件等等。信息隐藏技术是现代信息技术条件下一种更有效更可靠的信息安全技术 夏光升, 陈明奇, 杨义先. 基于DCT变换的图像伪装技术J. 电子与信息学报. 2001, 23(12): 1316-1320.。信息隐藏技术的原理如图2-1所示章毓晋. 数字图像处理M. 清华大学出版社, 2000: 50-102.。图2-1 信息隐藏的原理框图为了提高隐藏信息的安全性以及可靠性，秘密信息在隐藏前一般都要经过预处理，例如加密、加扰、置乱等。在这个过程之中，隐藏算法以及相应的提取算法和密钥控制着整个隐藏的过程，这使得检测和提取过程仅有知道算法和密钥的人知道。图像是一种常见的媒体形式之一，由于图像具有较大的数据冗余性，人眼也具有一定的视觉冗余性，利用这些特征可以有效地进行秘密信息的隐藏。信息隐藏算法的实现可以有两种方法：空域方法和变换域方法杨丽平, 严毅. 隐显密码学M. 电子工业出版社, 2003: 208-220.。2.2 信息隐藏的分类随着信息隐藏技术的发展，信息隐藏已经逐渐的成为一门独立的学科，它的研究范围在不断的扩大，根据不同的分类原则它主要有以下几类：（1） 按密钥分类 若嵌入和提取信息时采用相同的密钥，则称其为对称隐藏算法，否则称为公钥隐藏算法；（2） 按载体类型分类 基于文本、图像、声音以及视频的信息隐藏技术；（3） 按嵌入域分类 可分为空域法和变换域法。空域法也就是替换方法，就是使用待隐藏的信息来替换载体信息中冗余的部分，变换域的方法是把待隐藏信息嵌入到载体的变换空间中；（4） 按提取要求分类 盲隐藏和非盲隐藏。盲隐藏是指提取隐藏信息时不需要利用原始载体，否则为非盲隐藏。显然使用原始的数据使得检测和提取信息更加的便利，但是在数据监控、跟踪或者其他的场合，我们是很难获得原始的载体的。因此现在主要采用的是盲隐藏技术；（5） 按保护对象分类 隐写术和水印技术。隐写术主要用在保密通信中，它要保护的是被隐藏的信息，水印技术主要是用在版权保护和真伪鉴别等方面，它最终保护的是载体。图2-2信息隐藏技术的分类图2-2列出了信息隐藏技术的具体分类汪小帆, 戴跃伟. 信息隐藏技术方法与应用M. 机械工业出版社, 2001: 8-20.。随着信息隐藏技术的发展，它的应用领域也越来越大，根据应用领域的不同，大致可分为隐蔽信道、信息伪装、匿名通信和版权标识。2.3 信息隐藏的特点通常一个典型的信息隐藏系统的设计要依据它不同的应用目的来实现不同的特点，考虑到不同的应用需求，设计时要考虑到它不同的特征。信息隐藏具有许多特征，具体如下 A.Westfeld, A.Pfitzmann. Attacks on steganographic systems A. Dresden, Germany, 1999: 61-76.：（1） 不可感知性 它是信息隐藏系统中最重要的要求，也是必要条件。它指的是嵌入的秘密信息不能使载体介质的品质发生变化，不能影响到载体介质的使用价值，就是说隐藏有秘密信息的载体与原载体在人类感觉系统下是不能区分出来的；（2） 不可检测性 人们在使用信息隐藏技术来进行秘密通信时，即使嵌入的秘密信息人类的感觉系统没有察觉到，但是并不代表计算机也没有分析出来。这是因为介质之间存在着相关的性质，当嵌入行为发生以后，就更改了这些特性，就有可能在通信的过程中暴露出来秘密通信的行为，这就要求嵌入秘密信息时尽量保持原始介质所具有的那些特性，即使被攻击者非法拦截到信息，也不能判断出是否藏有秘密信息。（3） 安全性 嵌入信息以后必须有某种程度的相关信息才能够提取出来原来嵌入的秘密信息。信息隐藏系统的安全性，一定要建立在代表嵌入位置的嵌入密钥上。嵌入密钥是随机数发生器的种子，会产生一串随机数，然后结合信息隐藏算法嵌入秘密信息。所以从隐藏信息的介质中提取秘密信息时，也必须有相同的嵌入密钥才能使信息恢复，其他人无法感知到隐藏的秘密信息的存在，或者即使知道隐藏信息的存在，但是没有正确的密钥也不能将秘密信息提取出来。与此同时，我们也要让隐藏的秘密信息的位置安全，秘密信息隐藏在介质的数据中，不可以让数据丢失或者破坏，所以设计信息隐藏系统的时候，嵌入密钥的产生、存储以及管理都要综合的考虑。（4） 鲁棒性 它是指嵌入水印后的载体信息，经过多重信号处理过程后，数字水印依然能够保持完整性或者仍能够被准确的鉴别，也就是水印的抵抗攻击能力。它是水印系统在设计时所要解决的主要的问题。发送的信息应该具有较强的鲁棒性来保证信息隐藏后即使经过处理，接收方也能恢复出正确秘密信息。（5） 信息嵌入量 它是指载体介质所能隐藏的最大的信息量。一般来说，在保证不可感知性的情况下，嵌入的信息量越大，隐蔽性也就相对的越差，嵌入的行为暴露的风险也就随之越大，也使鲁棒性降低。2.4 信息隐藏的应用2.4.1 信息隐藏的应用领域信息隐藏技术被广泛的应用于多个领域，例如医学部门、广播电视、政府部门、网络、媒体、版权等，这项技术的兴起给信息安全技术注入了新的血液。到目前为止，信息隐藏技术主要应用在以下几个方面：（1） 隐蔽通信 为了保护通信双方的利益，在一些安全级别比较高的场合，比如政府、军队的通信中，不仅仅需要隐藏消息的存在，还需要隐藏通信的存在；在民用方面，人们开始注意关注保护个人隐私。这些原因都是的人们对隐蔽通信技术的需求越来越高。（2） 版权标识 数字水印技术主要应用在版权的保护方面，而且具有重要的应用。它把版权拥有者的版权信息嵌入到作品中来维护作者的版权和购买者的合法权益。版权标识有很大的应用前景，例如数字作品的版权保护、互联网数字媒体的服务付费等方面；（3） 防篡改 隐藏在数字对象里的信息可以是签过名的数字对象或其他内容，这些隐藏的信息可以用来防止或者检测非法的修改。2.4.2 信息隐藏的应用要求信息隐藏技术根据它应用的场合的不同有不同的要求，这里简单的介绍几个要求。（1） 密钥的安全性和信息加密技术是一样的，也就是说信息隐藏技术也是要把对秘密信息的保护转化成针对密钥的保护。（2） 信息隐藏技术的不可感知性要求嵌入秘密信息后的载体不能让人们看出来它的失真，就是说藏有秘密信息的载体和原来的图像应该充分的接近。例如，我们在一副图像中隐藏一段文字，则肉眼应该无法看出载有信息的图像和原始图像有差异，否则就失去了隐藏的意义。（3） 如果外界对隐藏有秘密信息的载体进行一定的扰动，例如进行滤波，也应该能够提取出来秘密信息，也就是要求它的鲁棒性应该尽可能的高。（4） 信息量载体中应该能够隐藏尽可能多的信息。2.5 本章小结本章对信息隐藏的基本概念进行了详细的介绍，主要包括信息隐藏技术的基本原理、分类、特点以及在应用时的要求。信息隐藏技术按照不同的分类标准可以分成很多的类别，对于信息隐藏技术，重点介绍了它的安全性和鲁棒性，这也是信息隐藏技术在应用中应该注意的问题。第三章 离散余弦变换对于不同频率的灰度变换，人眼具有不同的敏感性，这说明在图像的变换域中，不同的频率分量或者系数在人的视觉系统中会产生不同的反应。因此，在对覆盖信号做正交变换以后，可以根据人眼的视觉模型把秘密信息有选择的分布到覆盖信号的变换域中，实现秘密信息的隐藏，这种处理的方法叫做变换域算法。在变换域算法中，离散余弦变换（DCT）是最佳的变换，它能够很好的集中信息，能很好的反映出人眼对视觉频率的敏感度影响。3.1离散余弦变换原理离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，简称DCT变换）是一种和傅里叶变换紧密相关的数学运算，在傅里叶级数的展开式中，如果被展开的函数是实偶函数，那么其傅里叶级数中只包括余弦项，再把它离散化可导出余弦变换，因此它被称为离散余弦变换。对一幅图像做离散余弦变换有这样的性质：许多有关于图像的重要信息都集中在DCT变换的小部分系数中，因此，离散余弦变换是有损图像压缩JPEG的核心，同时也是“变换域信息隐藏算法”的主要“变换域”之一。先把一幅图像扩展称为对称函数，如果围绕图像的边界将它折叠成为对称的形式，那么由此种扩展方式得到的变换称为偶离散余弦变换；如果重叠一个元素来折叠成对称元素，则这种扩展方式得到的变换称为奇离散余弦变换柳葆芳, 平西建, 邓宇虹. 基于融合的数据隐藏算法J. 电子学报. 2001, 29(11): 1445-1448.。一个矩阵的二维DCT定义如下： （3-1）和是和MN有关的系数，应满足如下关系： （3-2） 逆DCT变换定义如下： （3-3）DCT逆变换方程可以理解是任意的矩阵A都可以写成个下面的函数的加权组合： （3-4）这些函数都被称为DCT基本函数。DCT系数可以看做是应用于每个函数的权值，二维DCT变换是具有可分离性的，可以分解成双重的一维DCT变换，它的实现较为方便。为了方便DCT运算的程序实现及适应将来进行分块DCT的需要，引入了DCT变换矩阵的概念。变换矩阵由下面的式子给出： （3-5）对于矩阵A，是一个的矩阵，该矩阵的列包含矩阵A列的一维DCT。A的二维DCT可以通过计算来获得。因为是一个实际标准正交矩阵，所以他的逆变换的形式和变换形式一样，因此，B的二维逆矩阵DCT由给出。3.2 DCT与信息隐藏技术DCT变换首先是把图像分成88的像素块，然后进行二维DCT变换，得到88的DCT系数，这些DCT系数从低频到高频按Zig-Zag的次序排列，左上角的第一个值为直流系数，其他的都为交流系数。DCT系数中，左上角部分为直流和低频系数，右下角部分是高频系数，中间区域是中频系数。低频代表图像像素之间慢变换，高频代表图像像素之间快变化。因此，高频部分代表的是图像中的噪声部分，它们容易通过有损压缩或者滤波处理被去除掉。而中低频部分包含了图像的大部分能量，即人们的视觉最重要的信息部分都集中在了图像的中低频部分9。一般图像的压缩和处理为了保持图像的可视性都保留了图像的中低频部分，而低频的部分改变有可能引起图像较大的变动，因此，为了把隐藏的信息和载体图像的视觉重要部分绑定，一般是将隐藏信息嵌入到载体的中频部分，达到既不引起视觉变换也不会被轻易破坏的目的。3.2.1 信息的嵌入过程信息的嵌入过程大概分以下几个过程钮心忻, 杨义先. 文本伪装算法研究J. 电子学报. 2003, 31(3): 402-405.：（1） 对载体图像进行预处理。在嵌入隐藏的秘密信息之前，要先对原始的图像进行以下的变换：将载体图像分成88的像素块，对分割以后的每一个图像子块进行DCT变换，从而得到DCT系数矩阵；对DCT系数按“Z”字形式重新编排，就是把一个88的DCT系数矩阵和一个116的系数矢量相对应。（2） 秘密信息的数据隐藏。秘密信息将以二进制流的形式嵌入到原始图像DCT系数中。（3） 逆DCT变换。在秘密信息嵌入到载体后，还需要执行下面的步骤：把修改以后的数组按照之前所记录排序次序放到原来所在的116矢量的位置上，并由这个矢量构造新的88的DCT系数矩阵，对新的DCT系数方块进行逆DCT变换，于是得到了加载秘密信息的载体图像。3.2.2 信息的提取过程图3-1信息嵌入和提取流程图信息的提取过程与嵌入过程类似，首先对藏有秘密信息的图像进行88分块，求出来每一块的DCT值，然后利用密钥确定包含秘密信息的方块，与此同时，利用视觉系统的照明掩蔽特性以及纹理掩蔽特性把这些方块分类，并且通过比较大小，判断提取的信息是1还是0。综上所述，信息的嵌入和提取流程图如图3-1所示。3.3 本章小结本章主要介绍了离散余弦变换，包括离散余弦变换的定义、原理，重点介绍了离散余弦变换在信息隐藏技术中的应用，包括信息的嵌入提取过程。重点介绍了二维离散余弦变换的原理，然后将离散余弦变换和信息隐藏技术结合，介绍了信息嵌入和提取的详细步骤。 第四章 基于DCT的文本信息隐藏设计该设计是在Matlab环境下进行的，主要是将秘密信息为.txt格式的文件隐藏到格式为.jpg的载体图像中，程序主要分为两个部分，一个是信息的嵌入部分，另外一个是信息的提取部分，在设计的过程中，我们通过对系数进行调节对实验进行了分析。4.1 Matlab软件简介Matlab是一个功能强大丰富的工具，它主要是由主包、Simulink和功能各异的工具箱组成的，矩阵运算是它的基础，把计算、程序设计、可视化融合在一个简单容易操作的交互式工作环境之中，可以实现符号运算、工程计算、建模和仿真、数据分析以及可视化和工程绘图等功能。使用Matlab语言做信息隐藏的设计主要是因为以下几个原因：（1） 选择的信息隐藏载体是图像，用Matlab来处理图像的信号非常的方便，尤其是在图像的矩阵运算中更是便捷；（2） Matlab中置有数据非常庞大的函数工具箱，在进行信号处理方面的问题时能够快速的完成设计，利用这些内置的函数能够避免对一些信号的基本操作的编程，而把设计的注意力更多的放在信息隐藏算法的实现以及性能的分析上面，提高设计的效率；（3） 与C语言和C+等高级语言相比较，Matlab的语法规则更加的简单，并且更加贴近人们编程的思维方式，对于我们学生来说相对的容易上手王沫然. MATLAB 6.0与科学计算M. 电子工业出版社, 2001: 5-107.。4.2 具体实现方法这个设计中我们以图像Jet.jpeg作为隐藏信息的载体，隐藏信息为message.txt文件，里面含有的信息为“春眠不觉晓，处处闻啼鸟，夜来风雨声，花落知多少。”隐藏信息的载体图像时一个二值图像，对于这种图像，它的像素的取值只有两种，任意的去改变像素的值很容易导致图像的质量改变而被察觉，通常只有改变处于边缘位置的像素值才能不至于引起图像质量的明显下降。根据JPEG的压缩原理，将图像Jet.jpeg进行88分块DCT变换，选择（4,1）和（2,3）这两个系数，如果隐藏的信息位是1，则使（4,1）处的系数值比（2,3）处的系数值大，如果隐藏的信息位是0，则使（4,1）处的系数值比（2,3）处的小，大多少要由阈值a来控制，提取的时候只要判断这两个位置系数的大小，就可以知道嵌入此处的消息位是0还是1。因为（4,1）和（2,3）在jpeg的量化表中的量化值是一致的，所以对图像的改变不会太大王丽娜, 郭迟, 李鹏. 信息隐藏技术试验教程M. 武汉大学出版社, 2004: 86-315.。4.3 信息的嵌入和提取算法4.3.1 信息的嵌入信息嵌入部分流程图如图4-1所示。图4-1 信息嵌入流程图实现图4-1的程序代码如下：T=dctmtx(8);DCTrgb=blkproc(data,8 8,P1*x*P2,T,T);DCTrgb0=DCTrgb;以上程序执行将图像进行88分块，并且对每一个分块进行DCT变换。temp=0;for i=1:count if msg(i,1)= =0 if DCTrgb(k1(i)+4,k2(i)+1)DCTrgb(k1(i)+3,k2(i)+2) temp=DCTrgb(k1(i)+4,k2(i)+1); DCTrgb(k1(i)+4,k2(i)+1)=DCTrgb(k1(i)+3,k2(i)+2); DCTrgb(k1(i)+3,k2(i)+2)=temp; end else if DCTrgb(k1(i)+4,k2(i)+1)DCTrgb(k1(i)+3,k2(i)+2) DCTrgb(k1(i)+3,k2(i)+2)=DCTrgb(k1(i)+3,k2(i)+2)-alpha; DCTrgb(k1(i)+4,k2(i)+1)=DCTrgb(k1(i)+4,k2(i)+1)-alpha; end end以上的程序完成的是信息的嵌入过程朱婷婷, 赵林. 基于Matlab的二值图像数据隐藏的算法实现J. 南通纺织职业技术学院学报. 2008, 8(1): 25-26.。这个设计中我们选用了（4,1）和（2,3）这两对系数，上面的这个程序说明如果信息位是0，我们就让（4,1）处的系数值大于（2,3）处的系数值，如果隐藏的信息位是1，我们就让（4,1）处的系数值小于（2,3）处的系数值，具体要小于多少是由alpha来控制的。 DCTrgb1=DCTrgb; data=blkproc(DCTrgb,8 8,P1*x*P2,T,T); result=data0; result(:,:,1)=data; imwrite(result,imagegoal);对图像每一块进行DCT的反变换，将图像第一层的隐藏信息写入载体。4.3.2 信息的提取信息提取部分的软件流程图如图4-2所示。图4-2 信息提取流程图实现图4-2的程序代码如下：data0=imread(image);data0=double(data0)/255;data=data0(:,:,1);T=dctmtx(8);DCTcheck=blkproc(data,8 8,P1*x*P2,T,T)以上程序完成的是读入图像，并将图像矩阵转换为double型，因为隐藏时我们是用图像的第一层做的隐藏，所以这里我们也要用第一层作为信息的提取层，然后对它分块作DCT变换，并且再对每一块作DCT变换。frr=fopen(msg,a);for i=1:count if DCTcheck(k1(i)+4,k2(i)+1)=DCTcheck(k1(i)+3,k2(i)+2) fwrite(frr,0,bit1); result(i,1)=0; else fwrite(frr,1,bit1); result(i,1)=1; endend以上程序首先打开存放信息位置的message.txt,然后通过比较（4,1）和（2,3）系数的大小来判断出写入的是信息是1还是0：当（4,1）的系数大于（2,3）的系数时是1，当（4,1）的系数小于（2,3）的系数时是0。4.4 实验结果图4-3为原始图像Jet和藏有隐藏信息message.txt的图像的对比图。 a)原始图像 b)藏有信息的图像图4-3 Jet对比图嵌入隐藏信息后的图像，与原始图像还是有一定的差别的。在隐藏有秘密信息的图像上能有看到较有规律的斑纹。图4-4为隐藏的信息和设计中输入正确的密钥后所提取出的信息对比图，我们可以看到两个信息完全相同，说明设计成功。图4-4 提取出的信息对比图像是分块以后进行的DCT变换，再经过随机选择后嵌入的秘密信息，所以部分图像块做了一次的修改，剩下的保持了原样。从藏有秘密信息的图像上的斑纹可以看到经过随机的块选择后，嵌入块均匀的分不在了图像中Gui-cang.Zhang. A new image hiding scheme based on blending in DCT domainJ. Proceedings of SPIE, 2002, 4875: 141-145.。4.5 本章小结本章做了一个基于DCT的文本信息隐藏设计，介绍了做这个设计中所使用的软件，然后详细的介绍了信息隐藏和提取的过程，包括软件的设计流程图并对部分程序进行了详细的说明，最后列出了实验的结果，包括隐藏的图像和提取的信息，并进行了简要的分析。第五章 参数分析本章我们将在Matlab环境下运行后所得到的一些数据列出来，并且讨论系数alpha对信息隐藏的影响。5.1 设计中的数据说明下面我们取密钥为1988，控制阈值alpha为0.1进行说明。图5-1和图5-2分别为读取第一层的矩阵和对该层做分块DCT得到的矩阵。图5-1 图像的第一层矩阵图5-2 分块DCT后的矩阵图5-3 隐藏信息后的DCT矩阵图5-3为隐藏信息后的DCT矩阵，其实图5-2是分块DCT后的矩阵，也是隐藏信息前的DCT矩阵，我们发现他们的数值不同的很少，大多集中在中频部分。5.2 alpha与隐藏不可见性的关系上面我们介绍了通过改变阈值alpha的大小来改变（4,1）和（2,3）之间的系数差值的大小，下面我们来看一下不同的阈值alpha对信息的隐藏起到了什么样的效果。 a) 原始图像 b) alpha=0.1时的图像 c) alpha=0.5时的图像 d) alpha=1时的图像 图5-4 alpha不同时的隐藏效果图 图5-4显示了当alpha取值不同时藏有秘密信息的图像的不同效果。a）为原始图像，b）为alpha=0.1时的图像，c）为alpha=0.5时的图像，d）为alpha=1时的图像，我们可以清楚的看到b）图像与原始图像a）最为接近，c）和d）的失真都较为严重，藏有秘密信息的载体图像质量明显的下降。从图5-4的几幅图像我们可以清楚的看出随着系数alpha值的增大，图像的破坏也越大，但是当我们令alpha=0.5或者alpha=1的情况下，还是可以发现两者的图像相差基本不大，这就说明了，单纯的alpha对信息隐藏的不可见性的影响是有限的。这主要是因为我们隐藏信息的数量是有限的，对图像的DCT系数改变的个数也是有限的，并且我们选的点是中频系数，并不包括主要的信息，所以对图像的能量能量的改变也是很有限的曹卫兵, 戴冠中, 慕德俊. 基于文本的信息隐藏技术J. 计算机应用研究. 2003(10): 95-111.。 a) 原始图像 b)alpha=0.1时藏有信息的图像 c) alpha=0.5时藏有信息的图像 d) alpha=1时藏有信息的图像 图5-5 alpha不同时lenna隐藏效果图对于不同的载体，相应的alpha对设计的性能的影响也是不同的。例如，我们对图像lenna进行信息的隐藏，我们隐藏相同message.txt，即和上面隐藏相同的内容。我们得到结果如图5-5所示。从图5-5我们可以出：当阈值alpha相同的时候，对于不同的载体图像，不可见性表现的并不相同，对于图像Jep很容易看出图像有改变，对图像lenna相对没有那么的明显。5.3 安全性分析随机序列的产生，是由密钥key决定的，当key不同的时候，产生的序列也不同，选择的嵌入块也就不同，他人在不知道密钥的情况下，很难准确的计算出来嵌入块坐标，即使猜测出的密钥key很相近也是不行的刘艳. DCT域图像处理和特征提取技术J. 中国图像图形学报. 2003(02): 27-44.。所以，选择使用伪随机序列式DCT算法中的安全保障。在Jet.jpg中藏入message.txt文档，输入的密钥为1988，当我们用不同的密钥进行嵌入和提取时，结果如下：a)原始图像 b)藏有信息的图像图5-5 密钥不正确时的隐藏效果图5-6是输入不同密钥时显示的图像几乎是没有差别的，但是提取出秘密信息却差别很大。图a）是输入正确密钥1988时所提取出来的秘密信息；图b）是输入密钥为1987时所提取出的秘密信息；图c）是输入密钥为1989时所提取出的秘密信息。我们可以发现虽然都与正确密钥仅仅只差一位，但是提取出的秘密信息却差很多。因为只有知道嵌入块才可以提取出秘密信息，所以如果保管好了密钥，嵌入位就很难被他人获得，这样就可以保护嵌入的秘密信息。 a) 密钥为1988时提取出的信息b) 密钥为1987时提取出的信息c) 密钥为1989时提取出的信息图5-6 不同密钥的提取结果5.4 alpha与隐藏鲁棒性的关系alpha是控制量，它是用来保证编码的时候两个像素点之间的距离的，从而来保证解码时候的正确性朱秀昌. 数字图像处理与通信M. 北京邮电大学出版社, 2002: 245-356.。对于Jet