信息隐藏 主讲教师：余艳玮 ywyu@ustc.edu.cn 111 2019/2/5 数字媒体包括了图像、文字以及音频、视频等各种形式，以及传播形式和传播内容中采用数字化，即信息的采集、存取、加工和分发的数字化过程。数字媒体已经成为继语言、文字和电子技术之后的最新的信息载体。

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1 信息隐藏 主讲教师：余艳玮 ywyu@ustc.edu.cn 111 2019/2/5
数字媒体包括了图像、文字以及音频、视频等各种形式，以及传播形式和传播内容中采用数字化，即信息的采集、存取、加工和分发的数字化过程。数字媒体已经成为继语言、文字和电子技术之后的最新的信息载体。

2 复习 了解现代密码系统的基本知识 理解专门研究图像加密技术的必要性（图像加密的特殊性） 数据量大：实时处理困难、易给攻击者足够多的密文样本
111 2019/2/5 复习 了解现代密码系统的基本知识 理解专门研究图像加密技术的必要性（图像加密的特殊性） 数据量大：实时处理困难、易给攻击者足够多的密文样本 冗余度高：邻近的像素很可能具有近似的灰度值 加密与压缩的权衡 像素间相关性强：快速置乱非常困难 人类感知的容错性：数字图像信息并不像文本信息那么敏感，它允许一定的失真度，只要将图像失真控制在人的视觉不能觉察时是完全可以接受的，许多情况下，甚至视觉上觉察到一定的失真也是可以的 格式兼容：格式透明 可扩展性：粒度的可伸缩性 媒体包括了图像、文字以及音频、视频等各种形式，以及传播形式和传播内容中采用数字化，即信息的采集、存取、加工和分发的数字化过程。数字媒体已经成为继语言、文字和电子技术之后的最新的信息载体。 2019/2/5

3 掌握常用的图像加密技术的基本思想 Arnold变换 基于矩阵变换/像素置换的图像加密技术 基于秘密分割与秘密共享的图像加密技术
基于现代密码体制的图像加密技术 基于混沌理论的数字图像/视频加密 混沌 基于Logistic混沌序列的数字图像加密 2019/2/5

4 111 2019/2/5 提 纲 1 信息隐藏概述 2 隐写术的基本原理 3 隐写 4 隐写分析技术 2019/2/5

5 111 2019/2/5 1 信息隐藏概述 2 隐写术的基本原理 3 隐写术 4 隐写分析技术 2019/2/5

6 信息隐藏技术提出的背景 领域知识介绍 思想 发展史 主要分支 应用热点 关键突破点 信息隐藏(狭义)的分类、特性要求与应用 2019/2/5

7 1.1 信息隐藏技术提出的背景 如何防止知识产品被非法复制及传播，是目前急需解决的 问题。
(1)随着多媒体技术和INTERNET的迅猛发展，互联网上的 数字媒体应用正在呈爆炸式的增长，越来越多的知识产品以 电子版的方式在网上传播。 (2)对数字媒体的原版进行无限制的编辑、修改、拷贝和传 播，造成数字媒体的知识产权保护和信息安全的问题日益突 出。 目前的加密系统的不足： (1)它明确地提示攻击者哪些是重要信息，容易引起攻击者 的注意。 (2)随着电脑硬件的迅速发展，以及基于网络实现的具有并 行计算能力的破解技术的日益成熟，加密算法的安全性受到 了严重挑战。

8 1.2 领域知识介绍 提到信息安全，人们自然会想到密码 密码术的起源可以追溯到四千多年前的古埃及、古罗马和古希腊 古代： 现代：
密码术：以信息无法被看懂为目的 隐写术：以隐蔽机密信息的存在为目的 现代： 现代密码学 伪装式信息安全：信息隐藏、数字水印 2019/2/5

9 伪装式信息安全 共同点：对信息的保存和传输提供某种安全保障。 区别:
111 2019/2/5 伪装式信息安全 共同点：对信息的保存和传输提供某种安全保障。 区别: 密码：仅仅隐藏了信息的内容； 伪装： 不但隐藏了信息的内容，而且隐藏了信息的存在。 信息隐藏技术提供了一种有别于加密的安全模式，其安全性来自于对第三方感知上的麻痹性。 将密码学与伪装式信息安全相结合，就可以更好地保证信息本身的安全和信息传递过程的安全 2019/2/5

10 主要内容 广义信息隐藏 具体应用： 原理、正向、反向 在某种载体中嵌入数据 信息隐藏（隐写） 数字水印 伪装式隐蔽通信
用于数字产品的版权保护（数字版权管理DRM） 原理、正向、反向 2019/2/5

11 信息隐藏的定义 + = 所谓的信息隐藏(Information Hiding)，顾名思义就是将秘密信息秘密地隐藏于另一非机密的文件内容之中。其形式可为任何一种数字媒体，如图像、声音、视频或一般的文档等。其首要目标是隐藏的技术要好，也就是使加入隐藏信息后的媒体目标的降质尽可能小，使人无法看到或听到隐藏的数据，达到令人难以察觉的目的。 2019/2/5

12 信息隐藏的思想 利用以 数字信号处理理论（图像信号处理、音频信号处理、视频信号处理等） 人类感知理论（视觉理论、听觉理论） 现代通信技术
密码技术 等为代表的伪装式信息隐藏方法来研究信息的保密和安全问题 2019/2/5

13 基本思路 守 攻 尽可能多地将信息隐藏在公开消息之中 尽可能不让对手发现任何破绽
尽可能地发现和破坏对手利用信息隐藏技术隐藏在公开消息中的机密信息 2019/2/5

14 可能吗？ 利用人类感知系统的掩蔽效应 利用计算机处理系统的冗余 利用各种潜信道 技术上是可行的 2019/2/5

15 需要吗？ 信息隐藏 将密码学与信息隐藏相结合，就可以同时保证信息本身的安全和信息传递过程的安全 现代战争——信息战
加密：对秘密信息本身进行保护，但信息的传递过程是暴露的 隐藏：掩盖秘密信息存在的事实 将密码学与信息隐藏相结合，就可以同时保证信息本身的安全和信息传递过程的安全 现代战争——信息战 尤其是国家安全部门需要研究伪装式信息安全的攻与防 2019/2/5

16 需要吗？ 数字水印 数字产品的无失真复制的特点，造成版权保护和管理方面的漏洞 2019/2/5

17 信息隐藏的发展史 信息隐藏学研究的是在信息中隐藏信息，它是一门既古老又年轻的学科。 它的思想可以追溯到远古时代；
在国际上正式提出数字化信息隐藏研究则是在1992年。 2019/2/5

18 信息隐藏的历史 古代的隐写术 技术性的隐写术 语言学中的隐写术 用于版权保护的隐写术 2019/2/5

19 古代的隐写术——技术性的 用头发掩盖信息 使用书记板隐藏信息 将信函隐藏在信使的鞋底、衣服的皱褶中，妇女的头饰和首饰中等
111 2019/2/5 古代的隐写术——技术性的 用头发掩盖信息 将消息写在头皮上，等到头发长出来后，消息被遮盖，这样消息可以在各个部落中传递（公元前440年） 使用书记板隐藏信息 首先去掉书记板上的腊，然后将消息写在木板上，再用腊覆盖，这样处理后的书记板看起来是一个完全空白的 将信函隐藏在信使的鞋底、衣服的皱褶中，妇女的头饰和首饰中等 2019/2/5

20 111 2019/2/5 古代的隐写术——技术性的 在一篇信函中，通过改变其中某些字母笔划的高度，或者在某些字母上面或下面挖出非常小的孔，以标识某些特殊的字母，这些特殊的字母组成秘密信息 采用无形的墨水在特定字母上制作非常小的斑点（17世纪） 微缩胶片（1860年） 信鸽传递 粘贴在无关紧要的杂志等文字材料中的句号或逗号上 2019/2/5

21 古代的隐写术——技术性的 使用化学方法的隐写术 在艺术作品中的隐写术
111 2019/2/5 古代的隐写术——技术性的 使用化学方法的隐写术 用笔蘸淀粉水在白纸上写字，然后喷上碘水，则淀粉和碘起化学反应后显出棕色字体 化学的进步促使人们开发更加先进的墨水和显影剂 但随着“万用显影剂”的发明，此方法就无效了。其原理是，根据纸张纤维的变化情况，来确定纸张的哪些部位被水打湿过，这样，所有采用墨水的隐写方法，在“万用显影剂”下都无效了。 在艺术作品中的隐写术 在一些变形夸张的绘画作品中，从正面看是一种景象，侧面看又是另一种景象，这其中就可以隐含作者的一些政治主张或异教思想 2019/2/5

22 111 2019/2/5 古代的隐写术——语言学的 藏头诗 平湖一色万顷秋， 湖光渺渺水长流。 秋月圆圆世间少， 月好四时最宜秋。 国外最著名的例子可能要算Giovanni Boccaccio( )的诗作，据说是“世界上最宏伟的藏头诗”作品。他先创作了三首十四行诗，总共包含大约1500个字母，然后创作另一首诗，使连续三行押韵诗句的第一个字母恰好对应十四行诗的各字母。 2019/2/5

23 111 2019/2/5 古代的隐写术——语言学的 乐谱 第二次世界大战期间，一位热情的女钢琴家，常为联军作慰问演出，并通过电台播放自己谱写的钢琴曲。由于联军在战场上接连遭到失败，反间谍机关开始怀疑到这位女钢琴家，可一时又因找不到钢琴家传递情报的手段和途径而迟迟不能决断。原来，这位德国忠实的女间谍，从联军军官那里获得军事情报后，就按照事先规定的密码巧妙地将其编成乐谱，并在电台演奏时一次次公开将重要情报通过悠扬的琴声传递出去。 2019/2/5

24 古代的隐写术——语言学的 卡登格子 中国古代设计的信息隐藏方法中，发送者和接收者各持一张完全相同的、带有许多小孔的纸，这些孔的位置是被随机选定的。发送者将这张带有孔的纸覆盖在一张纸上，将秘密信息写在小孔的位置上，然后移去上面的纸，根据下面的纸上留下的字和空余位置，编写一段普通的文章。接收者只要把带孔的纸覆盖在这段普通文字上，就可以读出留在小孔中的秘密信息 在16世纪早期，意大利数学家Cardan( )也发明了这种方法，这种方法现在被称作卡登格子法 2019/2/5

25 古代的隐写术——用于版权保护 核对校验图 （作品的摘要）
111 2019/2/5 古代的隐写术——用于版权保护 核对校验图 （作品的摘要） Lorrain( )是17世纪一个很有名的风景画家，当时出现了很多对他的画的模仿和冒充，由于当时还没有相关的版权保护的法律，他就使用了一种方法来保护他的画的版权 他自己创作了一本称为《Liber Veritatis》的书，这是一本写生形式的素描集。他创作这本书的目的是为了保护自己的画免遭伪造。事实上，只要在素描和油画作品之间进行一些比较就会发现，前者是专门设计用来作为后者的“核对校验图”，并且任何一个细心的观察者根据这本书仔细对照后就能判定一幅给定的油画是不是赝品 2019/2/5

26 古代的隐写术——用于版权保护 纸张中的水印 高级酒店的信签纸中的水印 纸币中的水印 2019/2/5

27 信息隐藏的现状 随着计算机技术和互联网的发展，信息隐藏受到重视 各种重要信息需要安全的传递 现代战争—信息战
111 2019/2/5 信息隐藏的现状 随着计算机技术和互联网的发展，信息隐藏受到重视 各种重要信息需要安全的传递 政府信息、商务信息、个人隐私等 现代战争—信息战 尤其是国家安全部门需要研究伪装式信息安全的攻防 数字产品的无失真复制，造成版权保护和管理方面的漏洞 技术上存在信息隐藏的可能 2019/2/5

28 信息隐藏的研究状况 1992年国际上正式提出信息隐形性研究 1996年国际第一届信息隐藏研讨会
各种大型国际会议中都有信息隐藏和数字水印的专题 国内信息隐藏研讨会每年召开（1999年开始） 2019/2/5

29 文献检索（关键词） Information hiding（信息隐藏） Steganography（隐写术）
Digital watermarking（数字水印） Steganalysis（隐写分析） 2019/2/5

30 历年文献统计 数字水印与信息隐写 2019/2/5 统计源：IEEE、IEE期刊、会议论文

31 历年文献统计 信息隐写与隐写分析 2019/2/5 统计源：IEEE、IEE期刊、会议论文

32 广义信息隐藏的研究 广义信息隐藏：信息隐藏与数字水印 由浅入深、由应用推动理论 算法研究 载体 特性 LSB算法，各种变换域算法
图像、音频、视频、文本、各种数据载体等 特性 鲁棒性、脆弱性、半脆弱性 2019/2/5

33 广义信息隐藏的研究 理论研究 理论研究的热潮（2000年以后） 很多基础问题制约了该领域的深入发展
如：信息隐藏模型、容量、透明度的衡量、对载体影响的衡量等 理论研究的热潮（2000年以后） Moulin等人提出基于信息论的信息隐藏理论框架 认为隐藏过程相当于隐蔽信息的通信过程，用通信模型表示信息隐藏，隐蔽信息作为通信输入，隐蔽载体作为信道，攻击行为也描述为信道，隐蔽密钥和隐蔽载体(如果必要)作为通信的边信息存在；信息检测则认为是一种假设检验模型 2019/2/5

34 广义信息隐藏的研究 理论研究的热潮（2000年以后） Costa dirty paper 模型 Cohen与Lapidoth模型
Somekh-Baruck模型 并行高斯信道模型等 这些模型的共同点都是把信息隐藏类比于一个通信模型，其差别在于对攻击行为及信道的描述或假设不同 信息隐藏的容量被认为是上述通信模型下最大可靠传输率。 2019/2/5

35 现状 研究的学者非常多，遍布：信息安全、密码学、通信、军事通信学、信号与信息处理、应用数学、模式识别与智能系统、计算机应用技术、数字内容、数字媒体设计等领域 每年都有大量的论著在国内外发表，有大量的科研成果产生，有众多学术会议在世界各地召开，有许多专利被申请，有不少产品进入市场，有大批优秀专才走出学校等等 问题：低水平重复多，重大突破少 2019/2/5

36 信息隐藏的主要分支 隐写术－伪装式保密通信 数字水印－数字产品版权保护 隐蔽信道－计算机系统中的一些通道 信息分存－可视密码
111 2019/2/5 信息隐藏的主要分支 隐写术－伪装式保密通信 数字水印－数字产品版权保护 隐蔽信道－计算机系统中的一些通道 信息分存－可视密码 前两者为本书的重点 2019/2/5

37 信息隐藏可以如此简单：利用DOS下copy命令隐藏文本信息
111 2019/2/5 隐写术－伪装式保密通信 利用人类感知系统以及计算机处理系统的冗余 载体可以是任何一种多媒体数据，如音频、视频、图像、甚至文本、数据等 被隐藏的信息也可以是任何形式（全部作为比特流） 主要用于军队和安全部门 注意，在DOS下利用copy合并多媒体文件时，会自动将文本数据添加到真实位图数据之后，但没有修改作为结果的多媒体的任何头信息。（可利用软件跟踪调试，观察）。打开新图片的时候，依据文件头和信息头中的长度信息来显示图像，因此看到的内容与原始图片一模一样。（bmp文件格式正确与否，似乎只是检查结构中的前三个结构) （系统在读取BMP文件的时候，是读取它的第3～6个字节为文件长度，对超出这个长度的部分会忽略） 用copy命令合并两个图像时，新图象大小=2个旧图象大小之和，但是，新图像的显示内容=第一个图像（因为新图象的头信息=第一个图像的头信息。） 类似的，合并rmvb的时候也是同样的问题 信息隐藏可以如此简单：利用DOS下copy命令隐藏文本信息 2019/2/5

38 数字水印 信息隐藏在民用领域的应用：数字水印 数字作品的特点：无失真复制、传播，易修改，易发表 数字作品的版权保护需要：
确定、鉴别作者的版权声明 追踪盗版 拷贝保护 2019/2/5

39 用于版权保护的数字水印：将版权所有者的信息，嵌入在要保护的数字多媒体作品中，从而防止其他团体对该作品宣称拥有版权
用于盗版跟踪的数字指纹：同一个作品被不同用户买去，售出时不仅嵌入了版权所有者信息，而且还嵌入了购买者信息，如果市场上发现盗版，可以识别盗版者 用于拷贝保护的数字水印：水印与作品的使用工具相结合（如软硬件播放器等），使得盗版的作品无法使用 2019/2/5

40 隐蔽信道 计算机系统中的隐蔽信道：在多级安全水平的系统环境中，那些根本不是专门设计的也不打算用来传输消息的通信路径称为隐蔽信道
这些信道在为某一程序提供服务时，可以被一个不可信的程序用来向它的控制者泄露信息 计算机系统中存在的安全漏洞也可以被利用作为秘密信道传递信息 协议中的信息隐藏 2019/2/5

41 可视密码 1994年，M.Naor和A.Shamir提出 其思想是把要隐藏的密钥信息通过算法隐藏到两个或多个子密钥图片中
每一张图片上都有随机分布的黑点和白点 把所有的图片叠加在一起，则能恢复出原有的信息 主要特点：恢复秘密图像时不需要任何复杂的计算，直接以人的视觉系统就可以将秘密图像辨识出来 2019/2/5

42 可视密码的原理 原始文字是白底黑字，作为一个二值图像 把每一个象素扩展为2×2（或n×n） B0 B1 2019/2/5

43 B2 B3 B4 2019/2/5

44 例如 第一张图片底色取B1，文字取B2 第二张图片底色取B1，文字取B2 叠加后图片底色取B2，文字取B4(/B3) 2019/2/5

45 2019/2/5

46 目前的应用热点 信息隐藏（隐蔽通信） 信息隐写分析（隐蔽通信的对立面） 数字版权管理（数字水印） 2019/2/5

47 关键突破点 理论研究有待突破 理论研究存在的问题 信息隐藏及各种攻击的数学模型 信息隐藏的容量分析 算法的统一评价 通用隐写分析
理论研究结果与具体载体、具体算法设计之间存在比较大的鸿沟 无法充分验证理论模型的准确性 理论结果始终无法指导算法的设计 怎样的隐藏算法可以达到隐藏容量的理论上界？ 2019/2/5

48 关键突破点 成果应用即将爆发 数字水印已成为各种数字内容的有效保护手段之一 数字版权管理体系 数字水印标准
网络游戏、数字动漫、数字电视、数字电影等 数字版权管理体系 数字水印标准 2019/2/5

49 关键突破点 政策法规不能落后 各国政府对密码算法都有比较严格的管理规定 但信息隐藏算法与数字水印算法的使用目前还没有统一的规范
2019/2/5

50 1.3 信息隐藏技术——分类 按照载体类型分： 按照保护对象分： 基于文本 基于图像 基于视频 基于声音等
隐写术:主要用于保密通信，它所要保护的是隐藏的信息: 水印技术:主要用于版权保护及真伪鉴别等目的，它最终所要保护的是载体。 2019/2/5

51 按照提取要求分： 按照嵌入域分： 盲隐藏：提取隐藏信息时不需要利用原始载体。 非盲隐藏：使用原始的载体数据来检测和提取信息。
111 2019/2/5 按照提取要求分： 盲隐藏：提取隐藏信息时不需要利用原始载体。 非盲隐藏：使用原始的载体数据来检测和提取信息。 按照嵌入域分： 空域替换方法：用待隐藏的信息替换载体信息中的冗余部分。 变换域技术：把待隐藏的信息嵌入到载体的一个变换空间中。 在变换域嵌入水印，可以将嵌入的水印信号能量分散到空间域的所有位置上，有利于保证水印的不可感知性。 2019/2/5

52 常用的变换域 二维离散傅立叶变换(2-DFT) 二维离散小波变换(DWT) 二维离散余弦变换(DCT) JPEG2000
111 2019/2/5 常用的变换域 二维离散傅立叶变换(2-DFT) 二维离散小波变换(DWT) JPEG2000 二维离散余弦变换(DCT) JPEG 、 H.261、MPEG DCT ,DWT,DFT都是可逆变换 DCT 离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，简称DCT变换）是一种与傅立叶变换紧密相关的数学运算。在傅立叶级数展开式中，如果被展开的函数是实偶函数，那么其傅立叶级数中只包含余弦项，再将其离散化可导出余弦变换，因此称之为离散余弦变换。 离散余弦变换（DCT）是N.Ahmed等人在1974年提出的正交变换方法。它常被认为是对语音和图像信号进行变换的最佳方法。为了工程上实现的需要，国内外许多学者花费了很大精力去寻找或改进离散余弦变换的快速算法。由于近年来数字信号处理芯片（DSP）的发展，加上专用集成电路设计上的优势，这就牢固地确立离散余弦变换（DCT）在目前图像编码中的重要地位，成为H.261、JPEG、MPEG 等国际上公用的编码标准的重要环节。在视频压缩中，最常用的变换方法是DCT,DCT被认为是性能接近K-L变换的准最佳变换，变换编码的主要特点有： （1）在变换域里视频图像要比空间域里简单。 （2）视频图像的相关性明显下降，信号的能量主要集中在少数几个变换系数上，采用量化和熵编码可有效地压缩其数据。 （3）具有较强的抗干扰能力，传输过程中的误码对图像质量的影响远小于预测编码。通常,对高质量的图像，DMCP要求信道误码率 ，而变换编码仅要求信道误码率 。 DCT等变换有快速算法，能实现实时视频压缩。针对目前采用的帧内编码加运动补偿的视频压缩方法的不足, 我们在Westwater 等人提出三维视频编码的基础上, 将三维变换的结构应用于视频图像压缩, 进一步实现了新的视频图像序列的编码方法。 小波变换特别要求滤波器的正则性，小波分解是完备的、正交的、多分辨率的分解。 1. 基于小波变换的方法能有效地保留原始图像的细节和边缘，它采用变时间窗的方法对图像进行分析，因而在高频时它对时间的定位较准，能捕捉到图像的细节和边缘，在低频时对频率的定位较准，能反映图像的整体特征； 2. 基于小波变换的方法具有很好的时域、频域局部特性，能量集中能力也比傅立叶变换强，因而可以得到更高的压缩比； 3. 基于小波变换的方法具有减少噪声的能力，利用噪声在小波系数中的特点，设置阈值就可以消除图像中的部分噪声而不影响重建图像质量； 4. 基于小波变换的方法采用多尺度分析，因此该方法在图像压缩时，可根据各自的重要程度对不同层次的系数进行不同的处理，非常有利于得到高的压缩比，而在图像重建时，加入的细节越多，重建的图像也就越清晰又很适合于图像的分级传输； 5. 基于小波变换的方法更适合人类视觉系统的特性。可根据视觉特性为各子图像选择合适的编码方法，这使得该方法可以在相同的压缩比下得到比其它变换更好的重建图像质量，或在相同的重建图像质量下得到更高的压缩比； 6. 基于小波变换的方法可根据具体的应用问题选择最适合于解决该问题的小波基，具有很大的选择灵活性，而且该方法也不存在方块效应。    小波变换一方面能很好地消除图像数据中的统计冗余，另一方面其多分辨率的变换特性提供了利用人眼视觉特性的很好机制，而且小波变换后的图像数据能够保持图像在各种分辨率下的粗细结构，为进一步去除图像中其它形式的冗余信息提供了便利。 目前，基于小波变换的视频压缩算法可分为三类： （1）基于空域运动补偿的小波视频压缩（MC-DWT）； （2）基于变换域运动补偿的小波视频编码（DWT-MC）； （3）含运动补偿的三维小波视频编码（MC-3DWC）；    MC-DWT算法在空间域进行运动估计和运动补偿，对残差图像以及帧内编码采用小波变换进行编码。由于运动补偿后的残差图像不同于传统的自然图像，若采用一般图像的小波变换不能显著地提供压缩效率。另一个缺点是预测误差帧中存在明显的块边界。    DWT-MC算法首先对图像进行小波变换，在变换域中进行帧间运动估计和运动补偿，对残差信号再进行编码。由于小波变换不具有空间不变性，这使得在小波域内无法达到精确地估计而导致大量的补偿误差。    三维小波分解所提供的多分辨率数据结构为支持可伸缩编码提供了一个良好条件。这正是计算机网络和无线网络中视频应用所需要的。所谓伸缩性是指改变一个已压缩码流的分辨率或码率以满足在视频压缩时不能预见的要求的能力，伸缩性包括空间分辨率可伸缩、时间分辨率可伸缩、码率/信噪比可伸缩、解码复杂可伸缩等以及它们的融合。 需要认真考虑的方面：    基于内容的方法能作为传统视频编码方法朝向任意形状的图像输入序列的算法扩展而被使用；     对视频序列来说，在运动预测里取得的进步将是完成更高压缩比的至关重要的因素；     从本质上讲，在图像序列中理解内容（或甚至语义）将最有可能在这个领域里取得进步；（这里就是要利用高级计算机视觉技术）     提高纹理编码对先进的图像和视频编码都是必需的；      基于分割图像编码的目标是完成更高压缩比，视为中级计算机视觉图像处理方法，即把图像分成连贯纹理的区域；      基于块的运动补偿预测的目的是在编码之间对图像信号去相关；     学习研究的过程是一个很枯燥的事情，面对着数以百计的文献，不得不从中找到灵感，以期在研究方向中找到一个切实可行的方法，希望自己能够坚持，也愿意与研究视频压缩的朋友们交流，共同进步！ 2019/2/5

53 二维离散傅氏变换(2-DFT) 正变换（F(u,v)关于原点共轭对称） 反变换 2019/2/5

54 2DFT特性 幅度谱(频谱)：关于原点对称 相位谱 2019/2/5

55 111 2019/2/5 I= fft2(I)= i i i i J=fftshift(fft2(I))= i i i i 二维快速离散FFT 2019/2/5

56 幅度谱(频谱) : abs(J) = 相位谱: angle(J)= 2019/2/5

57 2DFT特性 线性性 比例性 2019/2/5

58 2DFT特性 空间位移（幅度谱不变） 频率位移 2019/2/5

59 2DFT特性 旋转不变性 (Fourier－Mellin (FM)变换) 平均值（直流分量）
图像的空间域 f(x,y) 和频率域 F(u,v) 可以分别用极坐标表示 f(r,q) 和 F(w,f) 平均值（直流分量） 2019/2/5

60 演示 图像的傅氏变换 幅度谱 相位谱（ F(u,v)重排后，关于原点互为相反数） 平均值（直流分量）: F(0,0)
关于原点对称 图像空间位移后，其幅度谱不变 相位谱（ F(u,v)重排后，关于原点互为相反数） 2019/2/5

61 二维离散小波变换(DWT) 二维的多分辨率分解问题
一级分解：近似部分（LL），水平方向细节部分（HL），垂直方向细节部分（LH），对角线方向细节部分（HH） HL1 LH1 HH1 LL2 HL2 LH2 HH2 2019/2/5

62 演示 Lena图像 一级小波分解 二级小波分解 三级小波分解 2019/2/5

63 二维离散余弦变换(DCT) 正变换 2019/2/5

64 反变换 2019/2/5

65 2DCT变换 2DCT系数 重构 2019/2/5

66 I= dct2(I) = 2019/2/5

67 演示 大小为512*512的Lena图像的2DCT变换 分块大小为512； 分块大小为8； 2019/2/5

68 JPEG压缩(有损) 8*8的2-DCT变换 量化 Zig-Zag扫描
2019/2/5

69 JPEG压缩 (1)2-DCT变换后结果为： 2019/2/5

70 111 2019/2/5 (2)量化： 量化表依据心理视觉阀制作,   对   8bit   的亮度和色度的图象的处理效果不错.     当然我们可以使用任意的量化表.   量化表是定义在   jpeg   的   DQT   标记后.   一般     为   Y   值定义一个,   为   C   值定义一个.               量化表是控制   JPEG   压缩比的关键.   这个步骤除掉了一些高频量,   损失了很高     细节.   但事实上人眼对高空间频率远没有低频敏感.所以处理后的视觉损失很小.     另一个重要原因是所有的图片的点与点之间会有一个色彩过渡的过程.   大量的图象     信息被包含在低空间频率中.   经过量化处理后,   在高空间频率段,   将出现大量连续     的零.   2019/2/5

71 111 2019/2/5 (3)Zig-Zag扫描，并编码 结果变成了： ……后面全部是连续的0，这样一来，连续0的个数变多了。 Huffman编码: DC系数编码 AC系数编码 中低频部分包含了图像的大部分能量，也可以说，对人的视觉最重要的信息部分，都集中在图像的中低频。通常的图像压缩处理，都保留中低频部分。 水印通常嵌入在中频部分。 2019/2/5

72 1.3 信息隐藏技术——特性要求 一般来说，信息隐藏技术具有以下特性:
1)安全性：隐藏的信息内容应是安全的，最好经过某种加密后再隐藏，同时隐藏的具体位置也应是安全的，至少不会因格式变换而遭到破坏。(恶意的分析和攻击） 2)不可感知性：这是信息隐藏的基本要求，经过一系列隐藏处理的载体对象没有明显的降质，隐藏的信息无法人为的从感官上得到。 3)鲁棒性：即使隐秘载体受到一定的扰动，也应仍然能恢复隐藏的信息。 4)嵌入信息量：又称为隐藏容量。载体中要能隐藏尽可能多的信息。 一般而言，在保证不可感知的条件下，隐藏的信息越多，鲁棒性就越差。因此每一个具体的隐藏方案都需要在不可感知性、鲁棒性和信息量之间进行折衷考虑。 2019/2/5

73 111 2019/2/5 1.3、信息隐藏技术——应用 隐秘通信：隐秘通信主要用于信息的安全通信，它所要保护的是嵌入到隐秘载体中的数据本身。与密码技术相结合，可以实现数据的秘密传送和安全保护。这是因为(1)隐藏在多媒体信息冗余空间中的数据具有不可感知性，从而隐秘通信的过程不易为窃听者所得知；(2)数据嵌入算法中带有密码作为控制参数，因此即使嵌入算法公开，其安全性仍能由密码来保证；(3)在嵌入之前一般要对秘密信息作加密处理，当然这个过程也是由密码所控制。这方面的应用目前主要集中在军事用途，但由于嵌入量提高比较困难，其进展不尽如人意。 版权保护 访问控制 多媒体认证 认证：是否被篡改（精确认证 ）；变化显著吗?(选择认证：需界定什么样的篡改属于显著行为）;哪里被篡改了（局部认证）；可以恢复吗？（重建） 2019/2/5

74 相关课程内容 隐藏理论研究 算法 攻击和分析 基础知识 信息隐藏原理 信息隐藏算法 信息隐藏攻击（隐写分析） 广义隐藏 数字水印原理
图象 视频 … 广义隐藏 音频 数据 数字水印原理 数字水印算法 数字水印攻击 图象 视频 … 音频 数据 2019/2/5

75 111 2019/2/5 所需基础知识 数学 数字信号处理 文献检索 科学研究方法 算法编程 2019/2/5

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