高保真JPEG可逆信息隐藏研究

JPEG (Joint Photographic Experts Group) is one of the most widely used compressed image formats. Inventing some new reversible data hiding (RDH) methods for verifying JPEG image’s originality and integrity in transmission and storage process is an issue worthy of concern. In this project, according to the compression and coding characteristics of JPEG file, a study will be conducted on the theory and methods about the high fidelity JPEG RDH. This project includes four aspects: 1) construction criteria and normalization methods for high dimensional histogram in discrete cosine transform (DCT) domain, and the theory and methods about the high fidelity JPEG RDH based on high dimensional histogram will be studied; 2) the general framework of applying matrix embedding technique to RDH, and the theory and methods about the high fidelity JPEG RDH based on matrix embedding will be studied; 3) for images with complex texture, high fidelity JPEG RDH methods will be studied via using the correlation between the different color channels; 4) new JPEG RDH methods which can preserve or even lessen the storage space of the carrier image will be studied to against the storage space or bandwidth limitation. Through this project, some theoretical and methodological contributions will be made to the field of JPEG RDH. A lot of security problems about the massive JPEG files that may exist in the process of transmission and storage can be resolved. The research findings of this project can also be extended for some other compressed multimedia files such as video and audio.

JPEG是目前应用最为广泛的压缩格式图像，运用可逆信息隐藏技术，对其在传输和存储过程中的原始性和完整性进行认证是当前信息隐藏领域的热点问题之一。本项目拟根据JPEG文件压缩编码特点，对高保真JPEG可逆信息隐藏理论及方法进行研究。具体包括：1、研究DCT域高维直方图构造准则及规范化方法，以及基于高维直方图的高保真可逆信息隐藏理论及方法；2、研究将矩阵嵌入技术运用到可逆信息隐藏的一般性框架，以及基于矩阵嵌入技术的高保真可逆信息隐藏理论及方法；3、针对纹理复杂的图像研究基于彩色通道之间相关性的JPEG可逆信息隐藏方法；4、针对存储空间和带宽限制研究存储空间严格保持(甚至减少)的JPEG可逆信息隐藏新方法等。通过本项目研究，为JPEG可逆信息隐藏做出理论和方法上的贡献，解决海量JPEG文件在传输和存储过程中存在的安全问题，同时本项目的研究成果也可以扩展用于视音频等压缩格式的多媒体文件。

JPEG(joint photographic experts group)可逆信息隐藏通过将认证信息嵌入到原始载体，完成对该文件的原始性和完整性认证。不同于传统空域可逆信息隐藏只需要考虑信息嵌入对视觉质量的影响，在JPEG图像中进行可逆信息隐藏操作需要同时考虑视觉质量和存储空间两个方面的因素。基于此，本项目对视觉质量和存储空间保持的高保真JPEG可逆信息隐藏理论和方法进行了研究。主要在如下几个方面取得了进展：.1)提出了一系列新的高维直方图以及多直方图构建方案，并在此基础上提出了一系列新的基于高维直方图和多直方图的高保真JPEG可逆信息隐藏方法。同时我们还从理论上证明了我们方法在视觉质量和存储空间保持方面所具备的优越性能。.2)首次将矩阵嵌入技术引入到了可逆信息隐藏领域，解决了应用于传统隐写的矩阵嵌入技术存在的不可逆问题（即引入矩阵嵌入后可有效降低对原始载体的改变，但无法恢复原始载体的问题），并在此基础上提出了基于矩阵嵌入的高保真JPEG可逆信息隐藏方法。.3)在传统频率优先和子块优先的自适应嵌入策略的基础上，首次提出了系数优先的自适应嵌入策略。在此基础上，我们提出了一系列可运用于纹理复杂图像的高保真JPEG可逆信息隐藏方法。.4)针对最优Huffman编码的JPEG图像提出了一系列存储空间保持策略，如优先选择低频系数或对应量化步长小的系数用于平移和扩展等，并在此提出了一系列可运用于存储空间和带宽受限条件下的高保真JPEG可逆信息隐藏方法。.项目实施过程中，项目研究承担方、合作方以及国内外同行就JPEG可逆信息隐藏领域存在的一系列问题进行了深入探讨，并就一些最新的思想进行了沟通和交流，合作发表了一系列论文，为JPEG可逆信息隐藏做出理论和方法上的贡献。这对于海量JPEG文件在存储和传输过程中的原始性和完整性认证具有重要意义。同时本项目的研究成果也可以扩展用于视音频等压缩格式的多媒体文件。