基于小波的高性能图象无损数据隐藏与隐写分析
图象无损数据隐藏近年来是信息安全领域的一个研究热点，与一般的图象数据隐藏不
同，无损数据隐藏不但能无损恢复嵌入的水印数据，而且原始载体图象也能完全恢复出来，
因此其非常适合于在医学、法律、军事等这些不允许原始图象有任何失真的敏感领域中应用。
评价无损数据隐藏方法最重要的两个指标是嵌入容量和视觉失真程度，因此如何研究出大容
量、高保真的无损数据隐藏方法是目前亟待解决的问题。为此，本文对图象无损数据隐藏进
行了深入研究，利用小波变换的优良特性，提出一系列基于小波的无损数据隐藏方法。可以
说，本文提出的一系列无损数据隐藏方法位于当前最好的无损数据隐藏方法之列。
作为图象数据隐藏的反过程，图象隐写分析近来也受到大量瞩目，本文也对此进行了深
入探讨，并提出一种基于小波系数特征函数矩的通用隐写分析方法，在CorelDRAW图象库
上的实验结果表明，该方法在性能上远远超出其他的通用隐写分析方法。
本文的创新点如下：
1、提出一种基于小波域扩谱的无损数据隐藏方法。该方法利用“图象的大部分小波高频子
带系数其幅度比较小”这个规律，根据扩谱原理把数据嵌入到图象整数小波交换后的高
频子带系数中，不但能嵌入大容量的数据信息，而且保证嵌入大容量数据后的图象仍然
具有较好的视觉效果；通过选取一个合适的阈值，可以在嵌入容量和视觉质量这两者之
间进行折衷控制；同时，通过嵌入伪信息的方式，解决了在提取信息时无法判断在哪些
系数上嵌入了水印信息的问题，从而保证了图象和数据的无损性。
2、提出两种基于小波压缩扩展技术的图象无损数据隐藏方法：小波移位压缩扩展方法和小
波直方图间隙方法。小波移位压缩扩展方法根据小波高频系数的拉普拉斯分布特性，使
用一个分段线性函数作为压缩函数，先对小波系数进行压缩，然后使用移位方式嵌入数
据；小波直方图间隙方法则通过使用压缩函数在小波高频系数直方图中引入一些间隙，
随后利用这些间隙来进行数据嵌入。实验结果及与其他方法的比较表明，这两个方法无
论在嵌入容量上还是嵌入数据后的图象视觉效果上，均达到甚至超过当前世界上最好水
平，可以说位于当前最好的无损数据隐藏方法之列。
3、提出一种基于小波系数特征函数矩分析的通用隐写分析方法。该方法先对测试图象和预
测误差图象作小波变换，然后分别计算各小波子带特征函数的前三阶矩，并以此作为特
征使用贝叶斯分类器来进行隐写分析。该方法适用于各种数据隐藏方法，在CorelDRAW
图象库上的实验结果表明，该方法在性能上远远超出其他的通用隐写分析方法。
4、提出基于一种基于实时量化处理的JPEG2000数据隐藏算法，并将它用于改进原来的使
用数字水印和指纹识别的网上身份认证系统，解决了在低带宽情况下，如何有效地传送
嵌入用户认证信息后的指纹图像这个问题。在客户端，用户指纹图像被采集并用JPEG
2000进行压缩，压缩过程中用户认证信息作为水印以量化的方式实时嵌入到压缩码流
中；在服务器端，用JPEG 2000解码器解码压缩码流，并从中实时提取水印信息，然后
对解压缩的指纹图像进行指纹匹配来认证刚户身份。
5、提出一种简单有效的直方图调整及记录编码方式。挑选调整灰度时，使用多次遍历的方
式进行灰度挑选；在每次遍历过程中从直方图左右两端各挑选一个调整灰度，并使用
“0”、“1”编码的方式记录灰度调整信息，既不引起图象产生较大的变化，又大大减少了
调整记录长度。
关键词：整数小波交换，无损数据隐藏，隐写分析，图象直方图调整，扩谱，压缩扩展技术，
特征函数矩，JPEG2000，网上身份认证
同济大学;同济大学电子与信息工程学院
博士
模式识别与智能系统
宣国荣
2005
中文
TP309.7
112
2010-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）