DCT域数字图像隐写实现与讨论解析

基于DCT的JSteg隐写及分析一、摘要 (1)二、引言 (3)三、JSteg隐写 (4)3.1 JSteg简介 (4)3.2 JSteg算法 (5)3.3 JSteg隐写过程 (6)四、JSteg隐写检测 (7)4．1基于小波特征函数统计矩的隐写分析··74.2基于支持向量机的多特征盲检测算法 (9)五、总结 (10)【参考文献】 (11)附录 (12)JSteg隐写代码（matlab） (12)一、摘要JPEG是互联网上最为常见的一种图像格式，而DCT变换是JPEG压缩采用的重要技术之一，在DCT变换系数（DCT域）上隐藏信息是常见的数字隐写方式。

DCT（Discrete Cosine Transform，离散余弦变换）是一种实数域变换，其变换核为实数余弦函数。

作为DCT变换的方法之一，JSteg是一种采用JPEG图像作为载体的隐写软件，其算法实际上就是将空域LSB替换隐写应用到JPEG图像上。

主要思想是：将一个二进制位的隐秘信息嵌入到量化后的DCT系数的LSB上，但对原始值为．1、0、1的DCT系数例外，提取隐秘信息时，只需将载密图像中不等于．1、O、l的量化DCT系数的LSB 逐一取出即可。

JSteg算法虽然简单易用，但由于其会引起系数直方图出现值对区域相等的特点，用卡方分析可以很容易的检测到秘密信息的存在，因此其安全性较差。

关键词：JPEG DCT JSteg 实数余弦函数Based on the analysis of DCTsteganographyAbstractJPEG is the Internet's most common image format, JPEG compression and the DCT is one of the key technology used in the DCT coefficients (DCT domain) on the hidden information is a common digital steganography way. DCT (Discrete Cosine Transform, Discrete Cosine Transform) is a real domain transform, which is a real number cosine transform kernel functions. As one method of DCT, JSteg aJPEG image using steganography software as a carrier, the algorithm will actually replace airspace LSB steganography applied to JPEG images. The main idea is: to embed a bit of secret information to the LSB of quantized DCT coefficients, but the original value. 1,0,1 DCT coefficients exception when extracting hidden information, simply stego image is not equal. 1, LSB O, l quantized DCT coefficients can be taken out one by one. JSteg algorithm is simple and easy to use, but because it will cause the value of the coefficient equal to the regional characteristics of the histogram appears chi-square analysis can easily detect the presence of secret information, so the security is poor.Keywords: JPEG DCT JSteg real cosine function二、引言作为信息安全的分支，隐写技术主要是针对图片等外在特征较为明显的载体写入想要隐藏的信息，用以达到信息隐藏的目的。

《信息隐藏技术》实验报告实验2：DCT信息隐藏实验杭州电子科技大学网络空间安全学院一、实验目的1.主要内容对图像进行DCT信息隐藏实验。

2.基本要求要求学生能够将信息嵌入图像并成功提取出来。

二、实验内容及实现过程步骤1.水印嵌入算法应用DCT算法实现水印嵌入。

读入原始图像和水印，将水印图像二值化，将原图分成若干个8X8的矩阵，分别做DCT变换，然后将(3,3)位置的像素点根据水印上相同位置的像素置为10和-10，（1换为10,0换为-10），进行DCT反变换（idct()）得到嵌入水印后的图像；原始图像水印图像嵌入水印的图像2.水印提取算法DCT算法实现水印/Logo的提取将嵌入水印的图像分为若干个8X8像素矩阵，分别进行dct变换，取出(3,3)位置的像素值，进行判断，若大于0则将水印图像相同位置处像素赋值为1，小于0赋值为0，即可从嵌入图像中提取出水印图像；从嵌入水印的图像中提取的水印三、实验结果分析1.不可感知性原始图像与水印嵌入后图像的对比（PSNR）。

读入原图和嵌入水印后的图像，使用psnr()函数，得到输出结果为39.3781；分析：因为结果大于35，所以嵌入的水印不可感知度还是很高的2.鲁棒性水印嵌入后图像经过噪声、压缩等处理后水印的提取效果。

修改代码，使其将处理结果输出为文件格式，得到如下结果噪声处理imnoise(wp,'gaussian',0,0.0002);imnoise(wp,'gaussian',0,0.002);压缩处理imwrite(wp,'123.jpg','quality',50);四、实验小结邢征宇：水印的嵌入和提取刘煜程：不可感知性的分析单志晗：加造分析梁经纬：压缩分析实验结论:DCT变换在数字水印中的应用很有效，具有难以识别和分析的特性，相对于LSB算法，它是在频域上嵌入水印，具有更高的隐秘性理解：在实验过程中，通过查找资料，发现了被嵌入的水印不只局限于图片，文字信息和其他数字信息同样可以作为水印被嵌入到图像中，让我们发现了数字水印作为信息加密和信息认证技术中的强大之处，加深了我们对信息隐藏技术的理解。

本科生毕业设计基于DCT变换的图像信息隐藏技术独创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。

除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。

与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：年月日授权声明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。

本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：签名：年月日指导教师签名：年月日摘要随着因特网和多媒体技术的飞速发展，多媒体信息的交流日益广泛，信息技术给人们的生活带来了很大的便利，但是由此引发的安全问题也越来越严重。

信息隐藏技术是20世纪90年代中后期发展起来的信息安全领域的一门新兴交叉学科，是信息安全领域的一个重要分支，现已成为信息技术领域的一大研究热点。

本文主要研究以数字图像为载体的信息隐藏技术。

本文的主要内容如下：（1）首先对信息隐藏技术的概念、理论、特点及其发展历史和国内外现状进行分析和论述。

（2）对目前流行的信息隐藏的实现方法做了简介及比较。

（3）提出了一种具体的信息隐藏算法：离散余弦变换（DCT），是一种基于频域的图像水印技术，它的隐藏效果好，人眼几乎无法察觉与原始图像的区别。

关键词：图像；信息隐藏技术；数字水印技术；DCTAbstractWith rapid development of the Internet and the multimedia technology, the exchange of multimedia information increasingly widespread, the information technology is a big convenience to people's lives, but safety is sues arising more and more serious.Information Hiding technology developed in late 90s is a interdisciplinary of information security field, it is an important branch of information technology and has become a major research focus. This paper studies digital images as carriers of information hiding technology.The main contents are as follows:(1)First of all, give the concept, theories, characteristics and development history and current situation analysis and discussion of information hiding technology.(2)Make introduction and comparison of implementation of the current popular methods of information hiding.(3)Proposed a specific algorithm of information hiding: discrete cosine transform(DCT),is based on frequency domain image watermark technology, it has good hidden effect, the discrimination to original image is almost unobservable to human eyes.Keywords: Image; Information hiding; Digital Watermark; DCT目录1 绪论 (1)引言 (1)信息隐藏的国内外研究现状 (1)信息隐藏的应用领域 (1)本文的主要内容、构成及研究方法 (2)2 信息隐藏技术综述 (3)信息隐藏技术的概念和特点 (3)信息隐藏技术的基本概念 (3)信息隐藏技术的特点 (3)信息隐藏的主要方法技术 (4)数字水印 (4)隐写术 (4) (5)版权标识 (5)信息隐藏技术的研究方法 (5)本章小结 (6)3 基于图像的信息隐藏方法概述 (6)数字水印概述 (6)数字水印的基本原理和模型 (6)数字水印的特点 (7)数字水印的应用 (8)数字水印的经典算法 (9)空域嵌入数字水印算法 (9) (10)两种嵌入域算法的比较 (10)本章小结 (11)4 基于DCT系数的信息隐藏算法 (11)离散余弦DCT变换 (11)信息隐藏嵌入位置的选定 (12) (12)嵌入隐秘信息位置的选取 (13)基于DCT隐秘信息的嵌入算法研究 (14)基于DCT隐秘信息的提取算法 (14)仿真结果分析 (15)仿真实验结果 (15)算法性能分析 (16) (18)5 总结 (18)参考文献 (19)附录Ａ源程序 (20)致谢 (26)1 绪论引言随着数字技术的快速应用和互联网技术的普及，使人们的工作及生活得到了很大的便利。

基于DCT的JSteg隐写及分析一、摘要 (1)二、引言 (3)三、JSteg隐写 (4)3.1 JSteg简介 (4)3.2 JSteg算法 (4)3.3 JSteg隐写过程 (6)四、JSteg隐写检测 (7)4．1基于小波特征函数统计矩的隐写分析 (7)4.2基于支持向量机的多特征盲检测算法 (9)五、总结 (10)【参考文献】 (11)附录 (12)JSteg隐写代码（matlab） (12)一、摘要JPEG是互联网上最为常见的一种图像格式，而DCT变换是JPEG 压缩采用的重要技术之一，在DCT变换系数（DCT域）上隐藏信息是常见的数字隐写方式。

DCT（Discrete Cosine Transform，离散余弦变换）是一种实数域变换，其变换核为实数余弦函数。

作为DCT变换的方法之一，JSteg是一种采用JPEG图像作为载体的隐写软件，其算法实际上就是将空域LSB替换隐写应用到JPEG图像上。

主要思想是：将一个二进制位的隐秘信息嵌入到量化后的DCT系数的LSB上，但对原始值为．1、0、1的DCT系数例外，提取隐秘信息时，只需将载密图像中不等于．1、O、l的量化DCT系数的LSB逐一取出即可。

JSteg算法虽然简单易用，但由于其会引起系数直方图出现值对区域相等的特点，用卡方分析可以很容易的检测到秘密信息的存在，因此其安全性较差。

关键词：JPEG DCT JSteg 实数余弦函数Based on the analysis of DCTsteganographyAbstractJPEG is the Internet's most common image format, JPEG compression and the DCT is one of the key technology used in the DCT coefficients (DCT domain) on the hidden information is a common digital steganography way. DCT (Discrete Cosine Transform, Discrete Cosine Transform) is a real domain transform, which is a real number cosine transform kernel functions. As one method of DCT, JSteg a JPEG image using steganography software as a carrier, the algorithm will actually replace airspace LSB steganography applied to JPEGimages. The main idea is: to embed a bit of secret information to the LSB of quantized DCT coefficients, but the original value. 1,0,1 DCT coefficients exception when extracting hidden information, simply stego image is not equal. 1, LSB O, l quantized DCT coefficients can be taken out one by one. JSteg algorithm is simple and easy to use, but because it will cause the value of the coefficient equal to the regional characteristics of the histogram appears chi-square analysis can easily detect the presence of secret information, so the security is poor.Keywords: JPEG DCT JSteg real cosine function 二、引言作为信息安全的分支，隐写技术主要是针对图片等外在特征较为明显的载体写入想要隐藏的信息，用以达到信息隐藏的目的。

基于DCT域水印技术的图像信息隐藏方法研究摘要：数字水印是将特定的数字信息(水印)隐藏于数字化的多媒体数据(如图像、声音、视频和文本等)中，而不影响原数据的效果，并且可以从这些数据信息中部分地或全部地恢复出来，以达到版权保护的目的。

作为一门新兴的学科，数字水印有许多理论与实际技术问题善待解决。

本文主要是改进目前许多图像隐形水印算法在嵌入强度和含水印图像的质量评价等方面存在的问题，设计了一个较完整的基于DCT域的图像隐形水印算法，使该算法较好地兼顾不可感知性、稳健性和安全性。

本算法在充分考虑人类视觉系统掩蔽特性的基础上，首先把原图像各8×8块按Hilbert扫描顺序排列, 然后在原图像分块的Hilbert序列中选取一块图像的DCT域的三个中频分量之间嵌入水印。

嵌入水印具有很好的透明性，水印嵌入强度是与原图像特征相自适应的。

同时，水印的提取无须求助于原图像。

此外，实验结果也证明，该方法对图像调整、JPEG压缩和锐化图像等攻击具有较高的鲁棒性，是一种行之有效的水印嵌入方法。

关键词：DCT；水印；信息隐藏；鲁棒性；不可见性，嵌入强度;离散余弦变换;DCT-based domain of information hiding technologyimage watermarking method researchAbstract: Digital watermarking is a particular digital information (watermark) hiding in digital multimedia data (such as images, sounds, video and text, etc.), without affecting the original data, results, and information from these data, in part or All resume out in order to achieve the purpose of copyright protection. As an emerging discipline, digital watermarking has many theoretical and practical kind to solve technical problems. Of this paper is to improve the current number of invisible image watermarking algorithm in the containing watermark embedding strength and image quality evaluation of existing problems, designed a more complete image based on DCT domain invisible watermarking algorithm, so that the algorithm has better balance can not be perceived Xing, robustness and security.The algorithm taking full account of the human visual system masking, based on the first of the original image of 8 × 8 Kuai by Hilbert scan order, and then in the original image sub-block Hilbert select an image sequence of DCT-3 IF components of the between the embedded watermark. Embedded watermark has good transparency, watermark embedding strength is adaptive characteristics of the original image. Meanwhile, the watermark extraction is no need to resort to the original image. In addition, the experimental results also show that the method of image adjustment, JPEG compression, and sharpening images have a high attack robustness, is an effective method of watermark embedding.Keywords: DCT; watermark; information hiding; robustness; invisibility, embedding strength; discrete cosine transform;目录1引言............................................................................................................................................. - 4 -1.1数字水印信息隐藏技术简介. (4)1.2课题的研究背景 (5)1.3行业发展现状 (6)1.4本课题的研究目标和主要内容 (7)2图像隐形水印技术..................................................................................................................... - 7 -2.1DCT变换的基本原理：.. (8)2.2DCT域水印算法的特点 (10)2.3图像隐形水印的性能评估 (11)2.3.1水印的稳健性分析 ................................................................................................... - 11 -2.3.2图像质量评价方法 .................................................................................................. - 12 -2.3.3水印的性能测试 ...................................................................................................... - 13 -3基于DCT域的图像隐形水印算法实现 ................................................................................ - 15 -3.1问题分析 (15)3.1.1水印嵌入位置的选择 .............................................................................................. - 15 -3.1.2含水印图像的质量评价 .......................................................................................... - 16 -3.2水印的制作 .. (20)3.2.1水印信号的预处理 .................................................................................................. - 20 -3.2.2水印的嵌入.............................................................................................................. - 21 -3.3水印的提取 .. (23)3.4水印的检测 (24)4仿真分析................................................................................................................................... - 24 -4.1水印的性能测试 (25)4.2实验结果分析 (26)4.3水印图像抗攻击性能实验 (27)5小结与致谢............................................................................................................................... - 28 -5.1致谢 .. (28)6参考文献................................................................................................................................... - 29 -1引言1.1 数字水印信息隐藏技术简介随着信息科技的不断发展，信息隐藏技术作为隐蔽通信和知识产权保护的重要手段而被广泛应用。

实验七DCT域图像水印（一）实验目的了解频域水印的特点，掌握基于DCT系数关系的图像水印算法原理，设计并实现一种基于DCT域的图像水印算法。

（二）实验环境1、W indows xp操作系统2、M atlab 7.1版本软件3、B MP图像（三）实验原理1、嵌入信息利用载体中两个特定DCT系数的相对大小来表示隐藏的信息。

载体图像分为8*8分块，进行二维DCT变换，分别选择其中的两个位置，比如用（u1, v1）和（u2，v2）代表所选定的两个系数的坐标。

如果Bi （u1，v1）<Bi （u2，v2），代表隐藏了1;如果相反，贝U交换两系数。

如果Bi （u1，v2）>Bi （u2，v2），代表隐藏0;如果相反，则交换两系数2、提取信息提取的时候接收者对包含水印信息的图像文件进行二维DCT变换，比较每一块中约定位置的DCT系数值，根据其相对大小，得到隐藏信息的比特串，从而恢复出秘密信息。

3、特殊处理引入一个Alpha变量对系数的差值进行控制，将两个系数的差值放大，可以保证提取秘密信息的正确性。

（四）实验步骤1、嵌入秘密信息。

2、提取秘密信息。

（五）实验截图1、图像显示截图原始图像 嵌入水印图像结果：所隐藏的信息为‘ 0123456789（六）代码附录图1-1原始图像和携密图像的对比图结果：在显示上两者基本无差别2、所含秘密信息截图图1-2提取秘密信息1、嵌入秘密信息clc;clear;msgfid=fope n('hidde n.txt','r');%打开秘密文件，读入秘密信息[msg,co un t]=fread(msgfid);coun t=co un t*8;alpha=0.02;fclose(msgfid);msg=str2bit(msg)';[le n, col]=size(msg);io=imread('le na.bmp');% 读取载体图像io=double(io)/255;output=io;i仁io(:,:,1)%取图像的一层来隐藏T=dctmtx(8);%对图像进行分块DCTrgb=blkproc(i1,[8,8],'P1*x*P2',T,T');% 对图像分块进行DCT 变换[row,col]=size(DCTrgb);row=floor(row/8);col=floor(col/8);%顺序信息嵌入temp=0;for i=1:co untif msg(i,1)==0if DCTrgb(i+4,i+1)<DCTrgb(i+3,i+2)% 选择(5,2)和(4,3)这一对系数temp=DCTrgb(i+4,i+1);DCTrgb(i+4,i+1)=DCTrgb(i+3,i+2);DCTrgb(i+3,i+2)=temp;endelseif DCTrgb(i+4,i+1)>DCTrgb(i+3,i+2) temp=DCTrgb(i+4,i+1);DCTrgb(i+4,i+1)=DCTrgb(i+3,i+2);DCTrgb(i+3,i+2)=temp;endendif DCTrgb(i+4,i+1)<DCTrgb(i+3,i+2)DCTrgb(i+4,i+1)=DCTrgb(i+3,i+2)-alpha;% 将原本小的系数调整更小，使得系数差别变大elseDCTrgb(i+3,i+2)=DCTrgb(i+3,i+2)-alpha;endend%将信息写回并保存wi=blkproc(DCTrgb,[8,8],'P1*x*P2',T',T);% 对DCTrgb 进行逆变换output=io;output(:,:,1)=wi;imwrite(output,'le na1.bmp');figure;subplot(1,2,1);imshow('lena.bmp');title('原始图像');subplot(1,2,2);imshow('lena1.bmp');title('嵌入水印图像');2、提取秘密信息clc;clear;wi=imread('le na1.bmp');wi=double(wi)/255;wi=wi(:,:,1)%取图像的一层来提取T=dctmtx(8);%对图像进行分块DCTcheck=blkproc(wi,[8,8],'P1*x*P2',T,T');% 对图像分块进行DCT 变换for i=1:80%80为隐藏的秘密信息的比特数if DCTcheck(i+4,i+1)v=DCTcheck(i+3,i+2)message(i,1)=1;elsemessage(i,1)=0;endendout=bit2str(message);fid=fope n('message.txt','wt');fwrite(fid,out);fclose(fid);(七)实验心得通过此次的实验，了解了频域水印的特点。

DCT域图像水印技术1数字水印技术的概念和特点数字水印（Digital Watermark）技术是将与多媒体内容相关或不相关的一些标示信息直接嵌入多媒体内容当中，但不影响原内容的使用价值，并不容易被人的知觉系统觉察或注意到。

通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者，或者是否真实完整。

数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。

作为数字水印技术基本上具有下面几个方面的特点：安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；当然数字水印同样对重复添加有有强的抵抗性隐蔽性：数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用；不会降质；鲁棒性：是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。

可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。

主要用于版权保护的数字水印易损水印（Fragile Watermarking），主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息。

当内容发生改变时，这些水印信息会发生相应的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。

水印容量：嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。

尤其是隐蔽通信领域的特殊性，对水印的容量需求很大。

2 基于DCT域的图像数字水印技术离散余弦变换（Discrete Cosine Transform）属于正交变换图像编码方法中的一种。

正交变换图像编码始于1968年。

当时安德鲁斯（Andrews）等人发现大多数自然图像的高频分量相对幅度较低，可完全舍弃或者只用少数码字编码，提出不对图像本身编码，只对其二维傅立叶（DFT）系数进行编码和传输。

但DFT 是一种正交变换，运算量很大，常常使实时处理发生困难，第二年他们就用Walsh-Hadamard变换（WHT）取代DFT可以使运算量明显减少，这是因为WHT 变换只有加减法而无需乘法。