静态图像隐写容量研究

本申请项目以研究图像最大承载能力为应用背景。信息隐藏者设法在载体中嵌入秘密信息，嵌入的信息应保持图像透明性，或者能够有效地逃避隐写分析方法的攻击（也称安全隐写）。保持图像透明性或安全隐写最主要原因是图像的改变量，即容量上限问题。在保持载体透明性的约束条件下，图像最大隐写容量不仅受图像自身的诸多因素制约，如图像大小、复杂度、视觉敏感度等，而且还受编码方式制约。例如不同DCT系数的承载频带和小波子带的承载能力都不一样。此外隐写容量还受嵌入强度制约；以安全隐写为目的的最大隐写容量不仅与图像的一些基本特性相关，而且还与具体隐写分析方法相关。本申请项目拟设计可动态地增加隐写容量、可动态地改变嵌入强度的隐写方法，结合主客观评价指标、常见的隐写分析方法来进行理论分析和实验推导，研究二种约束条件、三种编码方式的图像最大隐写容量估算方法,有效地估算出空域、DCT变换、小波变换三种编码方式的图像最大承载能力。

隐写容量是信息隐藏的4项性能指标之一，目前，相关科研工作者对其他3项指标，即鲁棒性、透明性和计算复杂性进行过大量的研究，但隐写容量方面的研究却很少。对于给定一幅静态图像，如意能够估算该图像的最大隐写容量，那么，将有力地支持隐写技术与隐写分析技术的发展,该研究有力地完善了信息隐藏的理论体系。本项目以研究图像最大承载能力为应用背景，对图像的最大隐写容量估算问题展开的深入研究。具体内容包括：基于小波域的图像最大隐写容量分析、基于空域的图像最大隐写容量分析、基于DCT域的图像最大隐写容量分析、抗3G AMR攻击的音频隐写技术，DCT域静态图像隐写分析等。本项目的开展取得了以下重要成果：首先，根据JPEG2000 压缩标准以及人眼对小波系数改变的敏感程度，借助小波系数的失真代价函数，区分出小波系数的承载秘密信息能力：失真代价函数值越小，该小波系数承载能力就越强;反之,该小波系数承载能力就越弱。当失真代价函数值大于1时，该系数不具有承载信息的能力,即为湿系数。通过最大隐写容量估算实验以及位满嵌入、过位嵌入和湿嵌入等评估实验,验证了所提方法的有效性。接着，在基于失真不可感知的控制模型(简称为MPUI模型)下，我们对空域图像的最大水印容量进行了研究。最大水印容量不仅跟嵌入强度有关，而且跟图像尺寸大小、复杂度、视觉敏感度等因素相关。我们在理论上推导了最大容量与图像大小、嵌入强度的关系模型,并采用多元回归分析方法研究了图像复杂度、视觉敏感度与嵌入率的关系模型。综合这些内外因素，借助于主客观评价体系,本文推算出水印嵌入容量的估算方法，并在实验中验证了该估算方法的有效性。另外，我们对JPEG图像的DCT域隐写容量进行了研究。隐写容量不仅跟图像自身的大小、图像复杂度有关，而且跟具体承载频带、隐写算子和嵌入强度等因素相关。本文在理论上分析了隐写容量与图像大小、承载频带、隐写算子、嵌入强度以及图像复杂度等因素的关系，并设计了谨密的实验方案，实验验证了隐写容量与这些因素关系模型的正确性。与其他方法相比较，我们提出的方法更具理论价值及实际工程意义。本研究合理、充分地利用静态图像内外因素，有效地解决图像最大隐写容量的评估问题。