抗缩放攻击与统计检测的图像隐写算法研究

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数字图像隐写技术通过特定的算法将秘密信息隐藏到载体图像中来实现隐蔽通信。当前主流的自适应隐写算法大多通过失真函数设计与STCs编码相结合的方式将秘密信息嵌入到图像纹理复杂的区域来提升其抗检测性。然而图像在实际传输时,受带宽、软件处理能力等因素制约,往往会遭受压缩、缩放等处理操作,这不仅会造成图像质量的下降和信息的损失,也会致使秘密信息无法被完全正确提取。因此,在保证抗检测性的基础上,研究抗压缩、缩放等攻击的图像隐写算法势在必行。本文主要针对图像传输过程中遭受的缩放处理,提出了三种可同时抗缩放攻击与统计检测的图像隐写算法。论文主要工作如下:1、针对现有图像自适应隐写算法难以抵抗缩放攻击的不足,提出了一种基于缩放不变像素的抗缩放攻击与统计检测的隐写方法。该方法针对图像缩放处理中常用的最邻近插值法,首先分析其缩放原理,利用其通过输出像素坐标寻找原始相关像素,通过距离分配权重,通过原始像素和权重的线性组合得到输出像素灰度值的特点,提取图像缩放后的不变像素;然后结合WOW,S-UNIWARD和Mi POD等经典隐写的失真函数与STCs编码实现信息的嵌入,从而达到抗缩放攻击与抗统计检测的目的。提取载密图像SPAM、max SRM两类图像特征进行了抗检测性能实验,结果表明:提出的方法在多种缩放因子和嵌入率的情况下,均表现出良好的抗缩放攻击性能和抗检测性能。2、针对基于缩放不变像素的隐写方法仅对最邻近插值缩放攻击具有鲁棒性的不足,提出一种基于量化索引调制的抗缩放攻击与统计检测的图像自适应隐写算法。该算法针对空域图像,首先采用基于量化索引调制的嵌入算法提取新的嵌入载体,然后利用空域隐写SUNIWARD构造新载体的失真函数,并应用STCs编码秘密信息实现嵌入,最后根据秘密信息在新载体中的嵌入修改幅度,应用量化索引调制算法在原始载体中实现秘密信息的最终嵌入。实验结果表明:该算法对最邻近插值、双线性插值、双三次插值缩放处理均具有一定的鲁棒性;相比于S-UNIWARD隐写算法,载密图像遭受缩放攻击后,新算法的信息提取错误率明显降低;相比于传统基于量化索引调制的水印算法,新算法的抗检测性能更高。3、针对基于量化索引调制的隐写算法在缩放攻击后秘密信息的正确提取率和抗检测性不高的问题,提出一种基于Zernike矩的抗缩放攻击与统计检测的图像自适应隐写算法。该算法针对空域图像,首先,提取归一化的载体图像Zernike矩的幅值,借鉴抖动调制的算法获得秘密信息的嵌入载体;然后,利用空域隐写S-UNIWARD设计新载体像素的嵌入失真,并应用STCs编码秘密信息实现嵌入;最后,根据秘密信息在新载体中的修改幅度,再次应用基于抖动调制的算法在Zernike矩的幅值中实现秘密信息的最终嵌入,并重构得到载密图像。实验结果表明,该算法不仅能够抵抗缩放攻击,其抗检测性明显高于基于量化索引调制的隐写算法。最后对全文工作进行了总结,指出了本文工作中存在的不足以及下一步的工作方向。
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