一種基于LSB的圖像信息隱藏算法

摘 要： 分析了壓縮算法以及LSB算法對(duì)圖像的影響，發(fā)現(xiàn)壓縮效果存在塊差異，因此，隱藏在圖像中的秘密信息在圖像有損壓縮后，不同分塊中的提取效果也是存在好壞差別，利用這種差別，提出一種圖像信息隱藏新算法，即把秘密信息嵌入在抗壓縮性能較好的分塊上，從而實(shí)現(xiàn)具有一定抗壓縮性能的空域信息隱藏算法。仿真實(shí)驗(yàn)證明：算法不僅嵌入提取簡單，對(duì)JPEG和JPEG 2000具有一定抵抗性，而且算法嵌入容量大，能滿足大圖像中嵌入小圖像的需求。

關(guān)鍵字： 信息隱藏； 圖像； 抗壓縮算法； LSB

中圖分類號(hào)： TN919.8?34； TP918.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）17?0075?03

0 引 言

信息隱藏技術(shù)是將秘密信息隱藏在公開的宿主信號(hào)中，且不影響宿主信號(hào)的感覺效果和使用價(jià)值的一種數(shù)據(jù)保護(hù)手段[1]。數(shù)字圖像由于其冗余空間大，是目前使用最多的信息隱藏載體，信息隱藏算法主要有基于變換域和基于空域的。空間域算法是直接改變圖像元素的值[2?3]，具有算法簡便，信息隱藏容量大，信息嵌入和提取速度快等特點(diǎn)；變換域算法是利用某種數(shù)學(xué)變換[4?5]，將圖像用頻域表示，通過更改圖像的某些變換域系數(shù)來加入待隱藏信息，再利用反變換來生成隱藏有其他信息的圖像的隱藏方式，其特點(diǎn)是隱蔽性好，但是嵌入信息量小、算法復(fù)雜、嵌入和提取信息速度較慢[6]。所以，變換域方法一般用于水印信息的嵌入而空間域方法則多用于機(jī)密信息的通信。

LSB（Least Significant Bit） 是最典型的空間域算法，利用圖像的最低有效位來嵌入秘密信息。該算法實(shí)現(xiàn)簡單，隱藏容量大，有很好的不可感知性，近年來，也出現(xiàn)了針對(duì)不同需求的LSB改進(jìn)算法。文獻(xiàn)[7]是對(duì)安全性能上的改進(jìn)算法，文獻(xiàn)[8]改進(jìn)了LSB算法的嵌入容量。本文討論的是算法的抗壓縮性能，主要針對(duì)圖像壓縮中常見的JPEG和JPEG 2000算法，之前一些研究人員也做過類似的工作，文獻(xiàn)[9]中提出的MSB算法，把原先需要8位表示的256色圖像量化到需要7位來表示的128色圖像，剩余的那位（高位）作為冗余空間來存儲(chǔ)隱藏信息，這種方法解決了壓縮等魯棒問題，但圖像的質(zhì)量不高，文獻(xiàn)[10]則是把空間域算法和變換域算法相結(jié)合，提出頻域LSB定義，文章利用頻域的最低有效位來隱藏信息，這種算法提高了魯棒性能，但其隱藏容量較小。本文在考慮容量的基礎(chǔ)上提出了基于分塊隱藏的LSB算法，該算法利用不同分塊之間錯(cuò)誤分布的差異，把秘密信息隱藏在抗壓性能表現(xiàn)好的分塊上，從而實(shí)現(xiàn)了秘密信息的正確提取，同時(shí)，由于嵌入位選擇在不重要的位平面上，隱藏后圖像質(zhì)量依然很好，算法的不可見性能良好。

1 圖像壓縮前后的塊效應(yīng)分析

傳統(tǒng)LSB算法是把信息隱藏在載體最低位，采用直接替換或者秘密信息調(diào)制的方式進(jìn)行嵌入，含密圖像一旦經(jīng)過壓縮解壓，圖像的最低位極易發(fā)生變化，也就是說秘密信息將被損壞，圖1給出隱藏在第4位平面時(shí)算法經(jīng)過JPEG 2000壓縮后提取秘密信息圖像情況，可以看出，算法在3倍壓縮時(shí)已不能識(shí)別出秘密信息。

提取秘密信息圖像情況為保證秘密信息在壓縮后能夠正確的提取，分析圖像壓縮前后的變化有如下結(jié)論：

（1）一定壓縮倍數(shù)下，像素點(diǎn)的誤差大都分布在0值的兩側(cè)，圖2為Lena圖像經(jīng)過Q=85的JPEG壓縮（壓縮倍數(shù)為5.82）時(shí)的誤差分布曲線。圖中可以計(jì)算出錯(cuò)誤值在[-3，3]內(nèi)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)達(dá)到總像素點(diǎn)的83%，即大部分像素點(diǎn)的誤差值較小。

（2）圖像壓縮前后存在不同的錯(cuò)誤效果，即同一幅圖像，不同塊中的錯(cuò)誤情況各有不同，圖3為在Q=85的JPEG壓縮后，不同8×8分塊中的錯(cuò)誤個(gè)數(shù)，可以看出，有的分塊在壓縮后錯(cuò)誤少，甚至沒有錯(cuò)誤，有的錯(cuò)誤個(gè)數(shù)則較多。

2 提出的算法

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文算法在灰度載體圖像上可嵌入多種不同大小的秘密信息圖像，算法可依據(jù)秘密信息的大小調(diào)整嵌入?yún)?shù)，含密圖像在經(jīng)過JPEG和JPEG 2000壓縮后，秘密信息可以較好的恢復(fù)。

4 結(jié) 語

空域算法是目前廣泛用于隱蔽通信中的隱藏算法，LSB更是空域算法中最為常見的算法，其主要不足就是算法的魯棒性差。因?yàn)閳D像本身含有大量冗余，所以圖像一般經(jīng)過壓縮后進(jìn)行傳輸，本文對(duì)圖像中最常用的壓縮算法JPEG和JPEG 2000進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在壓縮前后圖像的塊差異，根據(jù)這一特征，選取在壓縮中變化較小的分塊來隱藏信息，從而使算法對(duì)有損壓縮具有一定的抗壓縮性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文算法在保證一定容量的前提下，可以實(shí)現(xiàn)圖像在JPEG和JPEG 2000壓縮下較好地提取秘密信息，可應(yīng)用于隱秘通信。

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作者簡介：魏佳圓 女，1988年出生，陜西西安人，碩士。研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息處理、信息安全。