近二十年来,随着数字媒体在生产、存储和通信等方面技术的迅猛发展和互联网的快速普及,数码图片、电子文档、电子音视频等数字媒体已经渐渐地替代传统媒体,成为人们分享和传递信息的主要载体。它们被广泛地存储在各种电子设备上,通过网络来进行传播,给人们的生活带来了极大的便利。然而,传统媒体的数字化和便利的网络传输,同时也给数据的安全性和完整性带来了严峻的考验,譬如盗版媒体的泛滥,信息的非法窃取和篡改等等。可逆信息隐藏(Reversible Data Hiding)技术,是目前解决数据安全问题最有前景的手段之一。它通过一种视觉隐蔽的方法,把一些有用的秘密信息(譬如版权信息)嵌入到公开发布的数字媒体中,从而达到数据取证或授权认证的目的。可逆信息隐藏是一种特殊的信息隐藏(Data Hiding)技术,它除了要保证嵌入信息的隐秘性和可提取性以外,同时需要完全无损地恢复原始载体。这一特性在一些特殊的场合显得尤为重要,譬如医疗图像标注、军事图像和法庭取证方面。这些场合下原始载体图像不允许有任何修改,图像像素的微小的变化就可能导致诊断结果出错或者法律诉讼失败。其次,可逆信息隐藏在完成图像内容真实性与完整性认证的同时,还能完全恢复载体图像,这也引起了不同应用场景下越来越多的关注。论文从可逆信息隐藏的信息论理论模型出发,讨论了不同应用场景下可逆信息隐藏的率失真问题。论文主要研究工作和创新成果可以归纳为以下几点：1.提出并构造了一种快速求解算法来求解平方失真度量下的可逆信息隐藏信息论模型,推导了模型的拉格朗日对偶优化问题论文针对平方失真度量下的可逆信息隐藏理论模型,推导了相应的拉格朗日对偶优化问题,并提出了快速求解算法来计算模型最优解。论文所提出的可逆信息隐藏率失真模型快速求解算法不仅在求解速度上约5至10倍优于已有的求解算法,而且更适用于实际应用场景下的嵌入率约束性问题和失真度约束性问题,对实际应用场景下的可逆信息隐藏具有更直接的指导价值。2.提出了基于无损熵编解码的递归编码构造,实现了最优的直方图修改来逼近平方失真度量下可逆信息隐藏率失真模型的容量界论文针对平方失真度量下的可逆信息隐藏率失真模型,在快速求解模型最优解之后,利用无损熵编解码算法提出了递归编码构造。论文所提出的递归编码构造方法被证明在载体序列足够长的情况下,能够无穷逼近可逆信息隐藏率失真模型的理论容量界。在一般的自然图像载体序列上,相比于经典的可逆信息隐藏方法,递归编码构造在同等嵌入容量下平均有1.0dB到2.0dB的嵌入性能提升。3.提出了率失真模型快速求解算法和递归编码构造的扩展算法,使其适应于更一般的失真度量标准下的可逆信息隐藏应用场景论文基于可逆信息隐藏率失真模型,进一步扩展了快速求解算法和递归编码构造,使其适应于更一般的失真度量标准下的可逆信息隐藏应用场景。论文所提出的率失真模型快速求解算法和递归编码构造扩展算法,能应用于任意失真度量标准下的可逆信息隐藏问题,譬如针对二值图像的可逆信息隐藏,或者针对二维甚至四维信号的可逆信息隐藏等,使得可逆信息隐藏的率失真理论模型更具有更一般性的应用价值。4.提出了基于率失真模型的可逆信息隐藏预测方法的最优评价准则,在一定程度上建立了可逆信息隐藏和无损数据压缩之间的桥梁论文基于可逆信息隐藏率失真模型的递归编码构造,提出了可逆信息隐藏预测方法的最优评价准则,在一定程度上建立了可逆信息隐藏和无损数据压缩之间的桥梁。论文提出了一种最小化码率的可逆信息隐藏预测方法,使得可逆信息隐藏的前端预测部分和后端嵌入编码部分能从本质上更好地融合为一体,达到更好的整体嵌入性能。结合论文提出的最优递归编码构造,相比于传统的可逆信息隐藏预测方法,在一般的自然图像载体序列上,论文提出的最小化码率预测方法在同等嵌入容量下平均有1.5dB到2.0dB的嵌入性能提升。论文的最后对全文的研究工作进行了总结,并对未来的研究方向做出了展望。