.//1年7月天津通信技术EK%?.//1第1期<AB=CA=!DEEF=A!B<AD=)<&!G=DHDIJ="?1信息隐藏技术及其应用刘峰张鹏6天津大学电子信息工程学院，天津7///8.；天津港保税区，天津7//9:;）摘要：随着数字化和网络化的飞速发展，数字信息隐藏技术成为当前信息科学领域研究的热点，而其中数字水印是当前研究最为活跃的一个分支。因此对信息隐藏系统的基本模型、基本特性、算法实现、应用领域及研究动态进行了介绍。关键词：信息；隐藏；数字；水印；版权保护中图分类号：<=>12?>1文献标识码：@文章编号：1//;0899.（.//1）/10///10/9!前言的拦截者来说，如果面对的是一堆奇异的乱码，可信息隐藏，或称信息伪装，是将秘密信息伪装能更会激起他破译的欲望，而如果面对的是一幅精隐藏在非机密的信息之中，实现隐蔽通信或隐蔽标美的油画，则会因为受到麻痹而难以怀疑其中藏有识的技术。信息伪装学是一门有趣、古老的学问，从另外的信息。既使对精美的油画发生了怀疑，但由中国古代文人的藏头诗，到德国间谍的密写信，到于信息隐藏的方式有千变万化，在没有先知信息的现在的隐蔽信道通信，都无不闪烁着人类智慧的火条件下也难进行破解。花。今天，数字化技术、计算机技术和多媒体技术的本文就如下信息隐藏系统的基本模型、基本特飞速发展，又为信息伪装学赋于了新的生命，为应性、技术实现、应用领域和研究动态进行介绍。用信息伪装技术和信息伪装科学的发展开辟了崭"信息隐藏系统的基本模型415新的领域。因此，数字信息隐藏技术已成为近二三图1所示是信息隐藏系统的基本模型。年来信息科学领域研究的一个热点。被隐藏的秘密信息可以是文字、密码、图像、图形或声音，而作为密钥密钥宿主的公开信息可以是一般的文本文件、数字图!"#$%!"#$%,像、数字视频和数字音频等等。)*$+"&’(编码器解码器&’(,数字化和网络化技术的迅速发展，一方面为实现信息高速无失真的传播和灵活的编辑、修改提供注：!"#$%为宿主数据；&’(位隐蔽信息；了便利的手段，同时也对数字化产品的版权保护和)*$+"为嵌入隐蔽信息的宿主数据；编码器用于嵌入隐蔽信息；多媒体数据库的安全管理提出了严峻的挑战，因为解码器用于提取隐蔽信息。在“数字世界”中进行盗版、伪造和窜改已变得十分图!信息隐藏系统基本模型容易。作为信息隐藏领域的一个重要分支——数字系统的输入端!"#$%表示未经处理的原始宿水印，为知识产权保护和多媒体防伪提供了一种有主数据，&’(是通过编码器需要嵌入宿主中的隐效的手段3并拥有很大、潜在的应用市场。蔽信息。&’(经编码器后，在编码结果)*$+"中隐信息隐藏和密码学都用于秘密通信，但两者有藏了隐蔽信息，然后再经解码器从)*$+"中提取嵌明显的区别。密码技术是通过特殊的编码将要传递入的数据&’(,3并输出宿主数据!"#$%,。当然，的秘密信息转变成密码的形式，以对通信双方之外&’(,应该与&’(相等，!"#$%,在一般的情况下，的第三者隐藏其信息的内容，而信息隐藏则是对第也应与!"#$%相同3但因这里主要进行的是隐蔽通信，三者完全隐藏了秘密信息的存在。如从破解的角度而对于!"#$%,只不过是一个包装，所以对!"#$%,并来看，要做到信息隐藏则更为困难。因为，对于信息无很大的兴趣。系统中的编、解码器都需要密钥进收稿日期-.///
"天津通信技术"II$年行工作，密钥是与编码算法有关的一些参量。亮度的同时，将相应的另一点的亮度降低，以在这一调整过程中隐藏$67-的信息于宿主媒体之中，!信息隐藏系统的基本特性!"#该算法具有较高的不易察觉性，并对有损压缩编码信息隐藏系统具有以下的基本特性：89+:;<和一些带有恶意攻击的处理有抵抗能力。（$）隐蔽性（%）文档结构微调方法!=#这是对信息伪装的基本要求。信息隐藏技术充)2,>>7?等提出了三种在文档图像中隐藏二进分利用了人的视觉、听觉系统的掩盖特性，在图像，制信息的技术，使数字信息能通过对文档结构的轻视频或音频媒体中嵌入隐蔽信息后，并不引起宿主微调整来完成编码。这些轻微的调整包括：垂直移图像或声音主观质量的明显下降，因而不易被察觉。动行距、水平调整字距和调整文字特性（如字体）（"）安全可靠性等。该算法可以抵抗一些标准的文档操作，如照像欲隐藏的信息是被藏在宿主图像或声音的内复制和扫描复制，但该技术也容易被有经验的攻击容之中，而不是文件头等处，因而不会因格式的变换者破坏，而且仅适用于文档图像。而遭到破坏。同时隐藏的信息具有很强的对抗非法"#%变换域算法探测和非法破解的能力。（$）@AB域嵌入算法!C*D#（%）免疫性这种算法是，将图像分割成为EFE的不重迭所谓免疫性是指不因宿主文件经历了某些变的像块，经@AB变换后，对其部分交流系数进行调化或处理而导致隐藏信息丢失的能力。某些变化和整并嵌入隐蔽信息。较早的算法嵌入点选择的是中处理包括：传输过程中的信道噪声干扰、过滤操作、频系数，并考虑到了要减少嵌入信息对图像主观质再取样、再量化，数&模、模&数转换，无损、有损压量的影响和尽量避免有损压缩可能造成的损害。由缩、剪切、位移等等。A1G等人提出的基于扩频通信技术的频率域水印除以上特征外，根据信息隐藏目的的不同，应嵌入算法应该说是对这一技术的重大改进。这一算用系统还会有特殊的技术要求。例如，用于版权保法旨在兼顾了嵌入信息的不可察觉性和鲁棒性，提护的数字水印，特别强调应具有很强的对抗盗版者出了应将水印信息嵌入图像信息中被感知的重要部可能采取的恶意攻击（包括合谋攻击）的能力，即水分。因为这些部分在有损压缩时还会重点保留，因此印应对各种有意的信号处理手段具有很强的鲁棒可以提高水印的鲁棒性。该算法利用一个平均能量性。用于数据库安全防范和防伪的数字水印则非常很低的正态分布的随机数字序列作为水印信息，并强调水印的易碎性，以能敏感地发现对数据文件的选取@AB系数中除@A系数外的部分较低的频率任何窜改和伪造等等。系数进行调制及作为水印信息的嵌入点，所以可抗拒有损编码和对一些会引起失真的信号进行处理。"信息嵌入的算法（"）小波域嵌入算法!E#在数字媒体中嵌入隐蔽信息的算法主要包括这种算法通过多分辨率分析的小波分解，将宿空间域和变换域两类。目前研究报道最多的是以数主信号分解到对数间隔的子频带之中（这些子带与字图像为宿主媒体的信息隐藏技术，特别是数字水人眼的视觉特性很接近，因此便于实现对人眼视觉印技术。下面即列举一些信息嵌入的算法。匹配的处理），然后对宿主图像在每个分辨率等级"#$空间域算法上进行分割，形成互不相交的像块，再对各像块按（$）最低有效位算法（’()）!%#照对视觉效果影响的程度嵌入相应比例的水印信该算法通过调整宿主数据的最低$*"位有效息，最后，对嵌入水印后的小波域图像进行小波反位来隐藏信息，致使所隐藏的信息在视觉和听觉上变换。很难被发现。这种方法有较大的信息隐藏量，但从（%）图像自适应嵌入算法!H#基本原理上看，该算法所隐藏的信息是极为脆弱随着数字水印研究的深入，一些有图像编码背的，因为它无法承受某些无意或有意的信号处理。景的学者利用已有的视觉模型研究的成果，提出了（"）+,-./0123算法!4#图像自适应@AB和图像自适应小波水印的算法。这种法是任选5对图像点，在增加其一点这种技术充分利用了人眼在不同变换域的视觉特
第;期刘峰张鹏M信息隐藏技术及其应用<性，例如，!"#域和小波域的可觉察差分门限别是记录控制和放送控制，从而可以显著地提高（$%!：$&’()%*(+,-./0-!+11-2-3,-#42-’4*056特性，!=!防盗版的能力和限制非法盘片投放市场。数最大限度地挖掘信息嵌入的潜力，同时使水印的嵌字水印不仅可应用于!=!、数字照相机、数字摄像入对各种图像都有一定的适应能力，而提高了水印机等消费类的电子产品之中，而且在付费电视、视信息的抗攻击能力。频点播等网络信息服务业方面也有用武之地。另外，在数字水印用于认证方面，对于数字产!主要应用领域品的防伪、防恶意篡改和数据库安全防范等也都有信息隐藏技术的主要应用可以概括为两种类重要的意义。例如，新闻采访用数字相机拍摄的图型：隐蔽通信和数字水印。利用信息隐藏技术进行安像必须在拍摄时加入水印，以保证图像未被变更。全、隐蔽的通信，在军事、情报、政府机要部门中的重对于历史图像、档案文件和用于法律证据的图像，要性自不必多言，而如今在商业大战中，对商业信息可以通过提取事先嵌入其中的水印来鉴定其真伪。的把握，往往成了商家制胜的法宝，也会是商家受到这类应用会涉及到政府、军事、司法、金融、科技、医致命伤害的锐利武器，所以每天都有大量的商业秘疗、保险等广泛的领域。密信息在通信网中传递。特别是在目前，许多国家出根据以上所述，用于防盗版的数字水印必须具于安全和打击国际犯罪等活动的需要，对在公共信有抗御多种类型攻击的鲁棒性，即必须是所谓的道中进行密码通信进行了限制（有的已形成法律条“韧性水印”，因为非法侵权者总是想法去除水印，文），因此商界纷纷把目光投向了信息隐藏技术。并把对图像的损失降至很小。而用于认证的数字水信息隐藏技术在民用方面最突出的应用是数印必须是“易碎水印”，因为攻击者并不想变更水字水印。数字水印类似钞票水印，是一种将特制的印，而只希望变更图像的内容。不可见（或不可听）的标记隐藏在数字产品之中的技术。数字水印的应用又可分为用于数字多媒体防"研究动态和展望盗版复制、实施版权保护和用于数字信息的内容利用数字化媒体进行信息隐藏是一个崭新的和7或作者等属性的认证等多种不同的情况。研究领域，在应用需求的刺激下得到了迅速的发自89世纪:9年代以来，数字化和网络化的浪展，使其能够横跨数字信号处理、图像处理、语音处潮席卷全球，为知识经济的腾飞插上了翅膀。特别理、模式识别、数字通信、多媒体技术、密码学等多是在数字化信息的全透明性和易操作性方面为方个学科，尽管在目前还没形成完整的理论体系，但便灵活的信息编辑和修改提供了可能，而互联网则由于它是一项与具体应用十分密切的实用技术，随成了数字化产品快捷廉价的传递手段。与此同时，着数字化和网络化的发展，其应用价值会越发突这对我们也是一种新的挑战，即如何解决数字产品出。因此，这是一项在理论和实践上都很重要的研（包括图像、视频、声音、文档、各种电子出版物等）究课题，国外许多著名的研究机构、公司和大学都比较容易地被侵权、盗版和恶意篡改的问题。例如投入了大量的人力和财力。如美国的DE#、?&25&-、在全球新闻界每年约有;7<的数字信息被盗版和"*0&F/+.大学、英国的A-*2G-D.’*3大学、德国侵权，!=!市场至今也未能形成等等。如果防盗版的-3)%&2-F/-2G大学、美国的%H"研究的问题不能得到很好的解决，制片商是不会花巨额所、EID研究所、J#K#I-00实验室等等。有的公司将影视片制成数字光盘的。然而，数字水印技术的已推出了一些数字水印的软件，在推出!=!数字出现，为这一问题的解决提供了有效的手段。特别水印方面，%H"和EID公司等还走上了强强联合的是嵌入字多媒体产品的数字水印可以证明原创作道路。学术界于;::>年、;::L年、;:::年分别在英者对作品的版权，并可作为起诉非法侵权者的证国、美国、德国召开了第一、第二、第三届信息隐藏讨据，从而保护了原创者的合法权益。;::>年，在美论会，聚集了来自不同学科和应用领域的学者。从国成立的国际版权保护技术工作组（"?#@A），专会议讨论的内容看，部分学者正在致力于完善这一门下设了一个研究隐藏工作的子工作组技术的理论体系，而更多的学者则着眼于具体的应（!BCA）。按照!BCA的约定，将有两类应用水印用，在努力地拓宽应用的领域。正如前面所述的，信技术的模块加入!=!防拷贝的系统之中，它们分息隐藏系统的几个基本特性之间存在着相互矛盾
S天津通信技术!""C年的一面，例如：隐藏数据量和隐藏信息免疫能力之>KKK=CMMQ9QNJNRGC"NSTC"QU间，不易察觉性和系统鲁棒性之间均是有一定矛盾VW)0H=X=L5&;0+’-’%5=I+$2$%)-3)%’(/)(4=>0G的。因此，必须根据需求的具体特点进行系统的综>0%’(0)%$.0)’(’05’.0>/)2’E(.5’88$02=合的优化设计，来寻求与实际应用最匹配的系统方CMMSJ!RGQNTM"案。随着该项技术推广、应用的不断深入，一些其他S#=D’0+’(’%5=Y’5&0$67’81.(+)%)&$+$02=Y’5&0$5)-领域的先进技术和成果也会不断地被吸收和借鉴(’*.(%=O)88)5&78’%%8>08%$%7%’.1Y’5&;O’+$)到信息隐藏技术中来，如视频、音频编码中关于视Z)<=CMMS觉、听觉特性的利用和压缩算法；数字信号处理中的[\=D()88$-’%5=K-’5%(.0$5/)(4$02)0+$+’0%$1$5)%$.0小波、分形、混沌理论；数字通信中的扩频通信等等。%’5&0$67’8%.+$()2’+.57/’0%5.*;$02=E(.5=.1由于信息隐藏技术，是一个相当开放的研究领>./=CMMS：C!UQTC!QU=域，不同背景的研究人员，从不同的介入点和不同NB=PY=@87，\=PZ=#7=@$++’03)%’(/)(48$0$/)2’8=的应用目的均可进行研究，因此必会带来百花纷呈>KKKY()08=.0>/)2’E(.5’88$02=CMMM9QJCRG[QTNQ的研究成果。相信随着信息时代和知识经济时代的U>=B.]’%5=L’57(’8*(’)+8*’5%(7/3)%’(/)(4$021.(到来，信息隐藏技术在理论体系上会日臻完善，在/7-%$/’+$)=>KKKY()08=.0>/)2’E(.5’88$02=该项技术的应用上也将会拥有十分广泛的市场。CMMU9NJC!RGCNUVTCNQU=参考文献Q=^PX=^$)’%5=I/7-%$(’8.-7%$.03)%’(/)(41.(+$2$%)-$/)2’8=E(.5=.1%&’>KKK>01.(/)%$.’PCD=E1$%F/)00=>01.(/)%$.0&$+$02%’(/$;=>0GH=I0+’(+）=>01.(/(’05’.0>/)2’E(.5’88$02，L)0%)D)(<)()=CMMU9)%$.0@$+$02=D’(-$0：L*($02’(=C"（V）：[VQT[S[CMMN!OMB=>=E.+$-5&74=>/)2’P)+)*%$,’3)%’(/)(4$02=A=L3)’%5=O7-%$/’+$)+)%)P’/<’++$02)0+378$02,$87)-/.+’-8=>KKK\.7(0)’-’5%’+)%’(/)(4$02%’5&$’8=E(.5’’+$%&’I(’)8$0B.//70$5)%$.08=CMMQ9CNJSRG[
