随着科学技术的进步,互联网成了便捷通信的主要媒介。通信双方通过各种媒体以安全有效的方式访问网络,其中信息隐写术和数字水印是保障信息安全的常用手段。实现大容量信息隐藏,对于信息安全传输和知识产权保护,有着重要的理论研究价值和现实应用价值。数字图像作为常用的媒体,二十多年来,在数字图像信息隐藏方面已经取得了很多前沿的研究成果,但是,多样式的秘密信息研究,以及大容量和高品质之间的矛盾有待进一步解决。为了实现数字图像大容量信息嵌入、加密域大容量可逆图像信息隐藏、大容量强鲁棒水印的目标,本文主要开展以下内容研究:1.数据流预处理的加密域大容量可逆图像信息隐藏研究。针对加密图像冗余空间有限,以及接收者不能实现图像完全重构的问题,提出了数据流预处理的加密域大容量可逆图像信息隐藏算法。在加密域图像信息隐藏中,图像所有者采用Arnold变换和数独变换对原始载体图像进行加密,保留了原始载体图像的冗余空间;云管理者（数据嵌入者）利用DES加密算法对信息进行了压缩预处理,平均压缩了1.5倍,然后采用最高有效位算法将压缩后的信息嵌入载密图像;接收者采用异或运算提取出秘密信息,秘密信息经过S盒逆变换得到原始秘密消息,同时根据误差值完全恢复载体图像。实验表明,不仅能够实现大容量可逆信息隐藏,而且还能完全重构载体图像,是一种可以广泛应用的加密域信息隐藏方法。2.基于扫描文档的加密域大容量可逆图像信息隐藏研究。针对多媒体信息具有冗余性,影响大容量有效信息的嵌入问题,在上述算法的基础上,分析秘密信息是扫描文档形式,提出了基于扫描文档的加密域大容量可逆图像信息隐藏算法。图像所有者对原始载体图像进行加密;数据嵌入者采用半色调和四叉树技术,提取文档的内容信息,并将其通过DES加密算法压缩预处理,然后采用最高有效位算法将信息嵌入到载密图像;接收者采用异或运算提取出秘密信息。根据提取的秘密信息恢复文档内容,同时根据误差值完全恢复载体图像。实验表明,不仅能够实现扫描文档大容量可逆信息隐藏,而且还能完全重构载体图像,是一种可以广泛应用的加密域信息隐藏方法。3.信息预处理的LSB匹配算法研究。针对LSB匹配算法随着嵌入容量的增大,保真度下降的问题,设计新的映射函数,提出信息预处理的LSB匹配算法。将扫描文档秘密信息采用半色调和四叉树技术预处理,引入黄金分割点,在改变像素较小的情况下,将更多的预处理信息嵌入到最低有效位。经过预处理的扫描文档平均缩小了8.11倍,在隐藏阶段设计引入黄金分割率的映射函数,实现秘密信息的嵌入。接收者根据映射函数很快地提取出秘密信息。实验表明,引入了黄金分割率的LSB匹配算法,不仅图像失真小,而且嵌入容量提升。4.秘密信息非线性替代的可逆数据嵌入方法研究。针对差值扩展算法的不可见性较好,但是嵌入容量不高的问题,提出秘密信息非线性替代的可逆数据嵌入方法。采用半色调和四叉树技术对秘密信息进行预处理,同时将原始载体图像分割成3×3互不重叠的子块。所有子块偶数行和偶数列的像素初始化为可嵌入像素,其他像素为相关像素。计算子块的相邻插值像素和方向插值像素,然后分别将插值像素与可嵌入像素、相关像素的预测误差值和阈值比较,实现预处理信息的嵌入或直方图的调整。通过将秘密信息进行非线性替代,秘密信息的嵌入量大大提高,而且图像的品质得到了很好的保证。实验表明,该方法在大容量秘密信息的通信领域有很好的推广前景。5.大容量强鲁棒的水印算法研究。充分利用离散小波变换和最佳离散余弦变换,根据水印的不同特征,提出了两种方法:基于小波变换和最佳离散余弦变换的大容量强鲁棒水印算法（DWT-ODCT）,以及基于水印预处理的小波变换和最佳离散余弦变换的大容量强鲁棒水印算法（P-DWT-ODCT）。水印图像预处理采用半色调和四叉树技术进行预处理,将内容的位置信息提取出来作为实际的嵌入值。载体图像进行DWT变换,对高频子图进行8×8分割和最佳DCT变换操作;信息嵌入到DCT变换矩阵失真最小的位置。在提取水印时,通过系数矩阵最佳位置数据对的比较规则,准确提取出水印内容的位置信息,进而恢复水印图片。实验表明,该研究不仅能够提高水印的有效嵌入量和鲁棒性,而且在剪切、噪声、JPEG压缩和过滤等常规攻击中具备较强的抗攻击能力。本文针对数字图像信息隐藏的容量和图像品质问题,提出了上述解决方案,能够在数据流和扫描文档两种常用的秘密信息形式下,实现大容量高品质的图像信息隐藏。理论分析和实验验证了本文所提方法的有效性。