多媒体安全课堂笔记。
1、信息安全的两种方式：
- 信息加密：
- 图像加密
- 信息隐藏
S：隐藏信息 C：载体
- 数字隐写：关注S ，为了保护隐藏的信息
- 传递信息
- 存储信息
- 数字水印：关注C ，为了保证载体图片的版权和完整性
- 版权保护
- 认证
- 数字隐写：关注S ，为了保护隐藏的信息
2、信息隐藏
- 利用载体中存在的冗余信息来隐藏秘密对象，以实现保密通信或实现数字签名或认证的目的 信息通信模型： 信源，信宿，信道（电信系统，Internet等） 数字图像处理-BMP图像【Bitmap】 文件头【文件类型，文件大小、偏移字节】|位图信息头【长宽高、颜色位数值】|彩色表信息【目前无用】|位图数据 信息隐藏只能改变 位图数据。 1位：类似素描的黑白图片，只有黑白两种颜色 8位图：一个字节8为表示一个图像，灰色图像，每个像素值为0-255。8位数据，那么图像就由8个位平面组成，一个位平面的每一位只能为0/1，位平面越高，对图像影响越大。
3、数字图像隐写技术
3.1 面向BMP图像的隐写技术
LSB隐写 LSB隐写是一种简单而又有效的信息隐藏技术。特点是容量大…… 每个像素都有一个最低比特位，该方法就是在最低比特位进行替换。每个像素值都有一个最低比特位。该方法修改的图片不能恢复，但是人眼难以识别变化。 方法： 1. 将欲嵌入的秘密信息转化为比特流。二进制 2. 逐行或逐列替换载体图像的最低比特位。 嵌入规则： 1. 如果秘密信息与最低比特位相同，则不改动 2. 如果秘密信息与最低比特位不同，则使用秘密信息值代替最低比特位。 不可能出现256,0只能变1或不变，1只能变0或不变。 衡量方法性能的指标 LSB隐写的嵌入容量与嵌入率： 大小为MXN的8bit灰度图像： 嵌入容量： MxN bit 嵌入率：
\[嵌入率 = \frac{嵌入的数据位的个数}{总的数据位个数}\] \[\frac {M\times N}{M\times N\times 8} = \frac{1}{8}\]PSNR【峰值信噪比】衡量图片质量，对图片的影响大小，这个指标越大，代表对图片的影响越小：
\[\text{PSNR} = -10log\{\frac {1}{255^2MN}\sum_{1}^{M}\sum_{1}^{N} [d(m,n)]^2\}\]$d(m,n)$表示第m行第n列的像素嵌入前后的差值 安全性评估： 容易隐写分析算法破解
3.2 面向JPEG图像的隐写技术
JPEG图像，把原始图像分成一个个8x8的像素块，正向DCI变换，量化，熵编码，压缩的图像数据。
优点速度快，压缩的空间小，简单。
DCT变换：通过DCT，空间表达式可以转换成频谱表达式或频率域。
优点可以节省空间，简单压缩快，容易量化，可逆，
- DCT变换后，图像重要的可视化信息都集中在在了低频区域。
- 使用量化表进行量化。
- 对量化后的DCT系数进行熵编码。对DCT系数进行Z字形排序。霍夫曼编码。
- DCT变换和量化不可逆，每一次都会有损耗。所以选择量化后的DCT系数做编码过程做信息隐写。因为编码过程是可逆的。
Jsteg隐写方法：
- 原始值为-1,0,1的DCT系数不能嵌入，其他正常嵌入。
- 比LSB嵌入位对图像的影响大，很多位置不能嵌入。
F3隐写方法【嵌入率一般在9%左右】
嵌入规则：
- 每个非0的DCT数据用于隐藏1比特秘密信息，为0时DCT系数不负载信息。 0碰到+1/-1,视为无效，但是把它变成0。1碰到-1不变。
3.3 隐写分析技术
针对LSB的隐写分析
（1）$\chi ^2$分布统计
统计所有像素值的个数进行分析。
LSB会使一对数值彼此变换，比如40与41嵌入信息以后只能不变或者互相转换，这就会是的两者的个数彼此接近，类似一种中和效果。这种现象符合$\chi ^2$分布。
特点：
- 原理简单清晰
- 易于实现，检测效果好。
- 只能检测到高嵌入率。
- 只能检测特定的LSB
- 对部分伪随机嵌入无效。
(2)F3隐写分析
3.4 安全的隐写技术
直方图补偿隐写方法 嵌入容量和安全性成反比，牺牲容量，换取安全性。 通过在隐写后的图像中进行额外的操作，将隐写引起的直方图失真补偿回来。通过修改未迁入秘密新的像素位来进行补偿，让像素值统计分布于嵌入之前相同。 需要预留多少位置用于修改补偿的计算公式：
\[(1-a)f_{2i+1}\geq \frac{a}{2}(f_{2i}-f_{2i+1})\]$f_i$表示原始图像像素数目，a表示秘密信息嵌入率
基于随机翻转的安全隐写方法
修改LSB方法