專利名稱：頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種信息技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別是一種頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
信息隱藏技術(shù)是信息安全領(lǐng)域的一個(gè)重要方面，主要包括隱匿技術(shù)和水印技術(shù)兩個(gè)方面的內(nèi)容。隱匿技術(shù)一般用于安全通信中，即把要傳遞的重要信息隱藏到載體中，使其不易被察覺。由于隱匿技術(shù)也同樣可以被不法分子用于通過Internet傳遞秘密信息、組織恐怖襲擊等，因此隱寫分析技術(shù)的研究變得越來越重要，隱寫分析技術(shù)指能夠檢測(cè)、攻擊和提取出隱藏信息的技術(shù)。隱匿技術(shù)的載體可以是文本、圖像、音頻、視頻等，因?yàn)樵诨ヂ?lián)網(wǎng)中主要是通過圖像實(shí)現(xiàn)隱秘通信，所以現(xiàn)有的很多研究都是針對(duì)以圖像為載體的情況。對(duì)圖像來說，隱匿技術(shù)一般可分為兩種基于空間域的隱藏和基于頻率域的隱藏?？臻g域的隱藏主要用于BMP(位圖文件格式)、GIF(圖像交換格式)格式的圖像，一般采用LSB(最不重要比特位))嵌入法。頻率域隱藏主要用于JPG(聯(lián)合圖像專家組)格式的圖像，指將重要信息隱藏在圖像的頻率域，如DFT(離散傅立葉變換)、DCT(離散余弦變換)或DWT(離散小波變換)等。
經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?87805，名稱為“Detecting LSB Steganography in Color and Gray-scale Images”(彩色和灰度圖像LSB隱寫的可靠檢測(cè))。該技術(shù)自述為針對(duì)空間域圖像的隱寫檢測(cè)，利用從圖像的空域相關(guān)中導(dǎo)出的敏感對(duì)統(tǒng)計(jì)量來檢測(cè)秘密消息的存在性。定義一個(gè)鑒別函數(shù)f來描述圖像的空間相關(guān)性，LSB嵌入使得圖像不平滑，從而增加鑒別函數(shù)的取值。LSB嵌入過程用一個(gè)置換函數(shù)來描述F1，同時(shí)定義一個(gè)置換函數(shù)的對(duì)偶概念F-1。根據(jù)置換函數(shù)改變像素組的鑒別函數(shù)值的方式定義了三種類型的像素組常規(guī)類R，異常類S和不變類U。若把圖像分解成若干個(gè)像素組，對(duì)未隱藏圖像，常規(guī)類像素組的數(shù)量將遠(yuǎn)大于異常類的像素組的數(shù)量。LSB嵌入后使得R和S之間的差異隨著嵌入消息的長(zhǎng)度的增加而趨近于0，從而可檢測(cè)圖像是否包含隱寫信息。但該技術(shù)只針對(duì)空間域隱藏圖像，不能用于頻率域隱寫檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中DCT頻率域隱藏技術(shù)的不足，提供一種頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法，使其能有效、可靠的檢測(cè)多種隱匿技術(shù)的頻率域隱寫圖像。本發(fā)明對(duì)頻率域隱寫圖像的檢測(cè)具有通用性，且算法簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，檢測(cè)正確率高。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明依據(jù)圖像的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行隱寫檢測(cè)，將圖像變換到DCT域，通過分析其頻率域系數(shù)差分直方圖的能量分布情況，判斷圖像是否含有隱藏信息。具體為首先將空間域圖像變換到DCT域；其次求出DCT域中水平方向相鄰點(diǎn)系數(shù)的差分直方圖；然后求得差分直方圖的幅度頻譜并對(duì)其分析，根據(jù)幅度頻譜能量最低點(diǎn)、最高點(diǎn)的數(shù)目和位置進(jìn)行隱寫檢測(cè)，未隱寫DCT域圖像，DCT差分直方圖頻譜從低頻到中頻部分有一個(gè)下降趨勢(shì)，而隱寫圖像頻譜在相應(yīng)位置呈上升趨勢(shì)。
所述的將空間域圖像變換到DCT域，具體是對(duì)原始圖像做離散余弦變換(DCT)。變換時(shí)將象素點(diǎn)分成M×N的DCT塊，每塊按DCT變換公式1計(jì)算DCT系數(shù)，其中f(m，n)是象素點(diǎn)的值，F(xiàn)(s，t)為變換得到的DCT系數(shù)，c(0)=1/2,]]>其他情況下c(s)、c(t)為1。
F(s,t)=c(s)c(t)2MNΣm=0M-1Σn=0N-1f(m,n)cos[π(2n+1)t2N]*cos[π(2m+1)s2M]---(1)]]>所述的求DCT域中水平方向相鄰點(diǎn)系數(shù)的差分直方圖，具體是考察該圖像做離散余弦變換(DCT)變換后的DCT系數(shù)，對(duì)水平相鄰點(diǎn)做差分運(yùn)算，建立統(tǒng)計(jì)直方圖，h(n)=Σm=0M-2Σn=0N-1sgn([F(m+1,n)-F(m,n)]==n)---(2)]]>其中F(s，t)為頻率域DCT系數(shù)，M，N為所計(jì)算的圖像塊水平與垂直像素點(diǎn)數(shù)，n為所統(tǒng)計(jì)的相鄰點(diǎn)系數(shù)差分值。
所述的求得差分直方圖的幅度頻譜并對(duì)其分析，具體是對(duì)差分直方圖h[n]做離散傅立葉變換(DFT)變換，得到其幅度頻譜|H[k]|；判斷其幅度頻譜在低頻區(qū)域是否有本地能量最低點(diǎn)，并且從低頻到中頻是否有一上升趨勢(shì)，若符合則該圖像為DCT域隱匿圖像，反之為未隱匿圖像。式(3)為H[k]的表達(dá)式，其中h[n]為DCT系數(shù)差分直方圖，N是DFT的長(zhǎng)度。
H[k]＝DFT(h[n])，k＝0，....，N-1 (3)某些頻率域隱寫方法如OutGuess、F5等具有較好的抗統(tǒng)計(jì)攻擊的特點(diǎn)，頻率域直方圖與原始載體圖像基本一樣，不能作為隱寫檢測(cè)的依據(jù)。而由圖像隱寫所引起的DCT差分直方圖的變化比DCT直方圖的變化更加明顯，并且對(duì)于抗直方圖攻擊的隱匿圖像，其DCT直方圖與原始載體圖像基本一樣，但差分直方圖卻有所不同。所以本發(fā)明將圖像變換到頻率域，通過分析其頻率域系數(shù)差分直方圖的能量分布情況，判斷圖像是否含有隱藏信息，該方法對(duì)頻率域隱寫圖像的檢測(cè)具有通用性，且算法簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，檢測(cè)正確率高。
經(jīng)過性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明了本發(fā)明對(duì)頻率域隱藏有很好的檢測(cè)效果，適用于現(xiàn)有的多種頻率域隱寫檢測(cè)，如JSteg、JPhide、OutGuess和F5等，具有較好的通用性。對(duì)嵌入率大于3％的情況，基本可全部檢測(cè)出來，并且對(duì)未隱藏圖像的誤檢率也非常低，有較高的檢測(cè)正確率。并且該算法物理意義簡(jiǎn)單，由于是對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)量減少，所以可得到較快的檢測(cè)速率。在配置為Intel Pentium4 1.8GHz處理器，256M內(nèi)存的PC機(jī)上，檢測(cè)速度為65K字節(jié)/s，可用于實(shí)時(shí)檢測(cè)。


圖1DCT域圖像通用隱寫檢測(cè)方法流程示意2本發(fā)明實(shí)施圖其中圖2(a)為原圖lena，圖2(b)為lena-hide，圖2(c)為lena DCT差分直方圖，圖2(d)為lena-hideDCT差分直方圖，圖2(e)lena差分直方圖幅度譜、圖2(f)lena-hide差分直方圖。
具體實(shí)施方法結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)一步提供以下具體實(shí)施方法如圖1所示，本發(fā)明檢測(cè)流程首先，對(duì)空間域圖像做DCT變換，求出DCT域中水平方向相鄰點(diǎn)系數(shù)的差分直方圖h[n]；第二，對(duì)差分直方圖h[n]做DFT變換，得到其幅度頻譜|H[k]|；第三，判斷其幅度頻譜在低頻區(qū)域是否有本地能量最低點(diǎn)，并且從低頻到中頻是否有一上升趨勢(shì)，若符合則該圖像為DCT域隱匿圖像，反之為未隱匿圖像。
以512×512×3的標(biāo)準(zhǔn)BMP彩色Lena圖像為例，構(gòu)造一幅有嵌入信息的lena-hide，一幅原圖lena，分別進(jìn)行說明。以下是lena(圖2(a))和lena-hide(圖2(b))按本發(fā)明所述的方法將兩幅圖像變換到DCT域，建立DCT域水平相鄰點(diǎn)差分的直方圖，如圖2(c)lena DCT差分直方圖，圖2(d)lena-hideDCT差分直方圖所示。然后，分析差分直方圖的幅度頻譜根據(jù)式(3)求得H[k]，其中h[n]為DCT系數(shù)差分直方圖，N是DFT的長(zhǎng)度。未隱藏圖像和隱藏圖像H[k]的幅度頻譜如圖2(e)lena差分直方圖幅度譜、圖2(f)lena-hide差分直方圖幅度譜所示。從圖2(e)、圖2(f)可以看出，兩者的DCT差分直方圖的幅度頻譜有很大不同，未隱寫圖像lena的頻譜從低頻到中頻部分有一個(gè)下降趨勢(shì)，而隱寫圖像lena-hide的頻譜在相應(yīng)位置呈上升趨勢(shì)，根據(jù)該特征可以判斷l(xiāng)ena圖像在DCT域沒有隱藏，而lena-hide圖在DCT域進(jìn)行了隱藏。
權(quán)利要求
1.一種頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法，其特征在于，依據(jù)圖像的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行隱寫檢測(cè)，將圖像變換到DCT域，通過分析其頻率域系數(shù)差分直方圖的能量分布情況，判斷圖像是否含有隱藏信息，具體為首先將空間域圖像變換到DCT域，其次求出DCT域中水平方向相鄰點(diǎn)系數(shù)的差分直方圖，然后求得差分直方圖的幅度頻譜并對(duì)其分析，根據(jù)幅度頻譜能量最低點(diǎn)、最高點(diǎn)的數(shù)目和位置進(jìn)行隱寫檢測(cè)，未隱寫DCT域圖像，DCT差分直方圖頻譜從低頻到中頻部分有一個(gè)下降趨勢(shì)，而隱寫圖像頻譜在相應(yīng)位置呈上升趨勢(shì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法，其特征是，所述的將空間域圖像變換到DCT域，具體是對(duì)原始圖像做離散余弦變換，變換時(shí)將象素點(diǎn)分成M×N的DCT塊，每塊按DCT變換公式計(jì)算DCT系數(shù)，其中f(m，n)是象素點(diǎn)的值，F(xiàn)(s，t)為變換得到的DCT系數(shù)，t與s為0時(shí)c(0)=1/2,]]>t與s不為0的情況下參數(shù)c(s)、c(t)為1，DCT變換公式如下F(s,t)=c(s)c(t)2MNΣm=0M-1Σn=0N-1f(m,n)cos[π(2n+1)t2N]*cos[π(2m+1)s2M].]]>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法，其特征是，所述的求出DCT域中水平方向相鄰點(diǎn)系數(shù)的差分直方圖，具體是根據(jù)該圖像做離散余弦變換變換后的DCT系數(shù)，對(duì)水平相鄰點(diǎn)做差分運(yùn)算，建立統(tǒng)計(jì)直方圖，公式如下h(n)=Σm=0M-2Σn=0N-1sgn([F(m+1,n)-F(m,n)]==n)]]>其中F(s，t)為頻率域DCT系數(shù)，M，N為所計(jì)算的圖像塊水平與垂直像素點(diǎn)數(shù)，n為所統(tǒng)計(jì)的相鄰點(diǎn)系數(shù)差分值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法，其特征是，所述的求得差分直方圖的幅度頻譜并對(duì)其分析，具體是對(duì)差分直方圖h[n]做DFT變換，得到其幅度頻譜H[k]，判斷其幅度頻譜在低頻區(qū)域是否有本地能量最低點(diǎn)，并且從低頻到中頻是否有一上升趨勢(shì)，若符合則該圖像為DCT域隱匿圖像，反之為未隱匿圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法，其特征是，所述的差分直方圖的幅度頻譜H[k]，其表達(dá)式為H[k]＝DFT(h[n])，k＝0，....，N-1其中h[n]為DCT系數(shù)差分直方圖，N是DFT的長(zhǎng)度。
全文摘要
一種信息技術(shù)領(lǐng)域的頻率域隱寫圖像的通用盲檢測(cè)方法，依據(jù)圖像的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行隱寫檢測(cè)，將圖像變換到DCT域，通過分析其頻率域系數(shù)差分直方圖的能量分布情況，判斷圖像是否含有隱藏信息，具體為首先將空間域圖像變換到DCT域；其次求出DCT域中水平方向相鄰點(diǎn)系數(shù)的差分直方圖；然后求得差分直方圖的幅度頻譜并對(duì)其分析，根據(jù)幅度頻譜能量最低點(diǎn)、最高點(diǎn)的數(shù)目和位置進(jìn)行隱寫檢測(cè)，未隱寫DCT域圖像，DCT差分直方圖頻譜從低頻到中頻部分有一個(gè)下降趨勢(shì)，而隱寫圖像頻譜在相應(yīng)位置呈上升趨勢(shì)。本發(fā)明對(duì)頻率域隱寫圖像的檢測(cè)具有通用性，且算法簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，檢測(cè)正確率高。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1713223SQ20051002793
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者陳麗亞, 錢萍, 李建華, 汪張昱, 李翔 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)