图像隐写分析关键技术及方法的研究

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信息隐藏技术是信息安全领域一个新的研究热点。图像隐写术是关于将机密信息隐藏于公开的图像从而实现隐蔽通信的技术,隐写分析是隐写术的逆过程,是揭示机密信息存在的技术,隐写术和隐写分析既对立统一又互促互进。图像隐写分析属于交叉边缘学科,涉及计算机网络、图像处理、数理统计、智能信息理论、模式识别、随机过程、信息融合等知识。本文将图像隐写术和图像隐写分析统一研究,分析隐写术宿主信号的选择方案,重点关注图像隐写分析的研究,包括隐写分析分类,隐写分析错误及典型的隐写分析算法。主要完成了以下几个方面的工作:   (1)研究隐写术的一个关键问题即宿主信号选择方案。重点研究了图像DCT域中两种宿主信号选择方案,一种方案直接在图像DCT域系数中选择宿主信号,提出根据选择的DCT块特定的系数绝对值与其邻近系数绝对值均值的相对大小关系将机密信息嵌入在DCT中低频系数中,另外一种方案在图像DCT的细节子带中选择宿主信号,提出一种类似小波排列DCT系数构造DCT域零树,通过互换DCT块中一对中低频系数修改零树的个数,根据DCT块中零树个数的奇偶性嵌入和提取机密信息。   (2)研究隐写分析的一个关键问题即隐写分析特征提取。分析隐写嵌入过程导致的图像特征的变化,归纳总结专用隐写分析和通用隐写分析特征提取原则,从理论上分析了用于特征可分性的几种判据,以及完成特征降维、选择有效特征的主成分分析方法。在专用隐写分析技术研究中,针对空域Gif图像经Gifshuffle隐写会导致相邻调色板值的相关性减弱特点,研究了检测Gifshuffle隐写的专用隐写分析算法CFA,给出GIF图像调色板相关性函数定义,从而可通过测试调色板相关性函数来检测Gifshuffle图像隐写。在通用隐写分析技术研究中,提出了三域特征通用隐写分析方法。由图像的相邻像素进行水平、垂直和对角三向差分构成差分图像,提取三向阈值差分图像的共生矩阵作为隐写分析的特征矢量,提出了一种空域通用隐写分析方法;使用量化分块DCT系数绝对值生成水平、垂直和zigzag三向块内块间差分数组,采用马尔可夫过程模拟差分数组,提取差分数组一步转移概率矩阵构成DCT域隐写分析特征,提出了一种DCT域通用隐写分析方法;基于测试图像及其预测误差图像的原图、三级小波子带,以及第一级小波分解对角子带D1的再一次一级小波分解子带的特征函数,选择每一个子带的特征函数前三阶统计矩特征,用PCA进行降维形成隐写分析的特征向量,提出了一种DWT域通用隐写分析方法。各域特征分类均采用SVM分类器。   (3)研究信息融合理论,提出融合隐写分析方法。针对JPEG图像隐写,提取量化后水平、垂直和zigzag方向的分块DCT系数绝对值差分数组一步转移概率矩阵特征,并对三向特征加权融合后形成融合特征,提出基于马尔可夫模型和特征融合的隐写分析。研究基于统计的融合决策理论,依据最小错误率贝叶斯决策,推导多种基于局部决策后验概率的全局融合决策函数,着重提出组合系统似然函数融合准则,利用组合系统似然函数融合准则对各域局部分类结果进行决策级融合得出最终的分类结果,提出基于最小错误率贝叶斯决策的融合图像隐写分析;基于不同的误判风险不同,在有些实际情况中需要强调降低漏警率,采用决策论的观点,引入损失函数概念,分析了决策条件风险,提出基于最小风险贝叶斯决策的融合图像隐写分析。研究基于不精确推理的融合决策理论,利用D-S证据理论,对局部分类结果进行基本概率分配,并利用D-S组合规则计算组合信任区间,形成最终的决策级融合分类结果。提出基于D-S证据理论的融合图像隐写分析。
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