实验二图像DCT域信息隐藏实验

信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日1实验二：图像DCT域信息隐藏实验【实验目的】：一、简单复习变换域信息隐藏的基本思想二、用MATLAB实现图像DCT相关操作三、完成基于图像DCT的信息隐藏实验【实验内容】：（请将你实验完成的项目涂“■”）实验完成形式：■用MATLAB函数实现图像DCT域信息隐藏和提取■用MATLAB命令行方式实现图像DCT域信息隐藏和提取□其它：（请注明）实验选择载体：■256×256灰度图像■256×256RGB图像■任意大小的RGB图像实验效果和分析：■分析了健壮性参数α与鲁棒性的关系■能随机选择嵌入块（考虑安全性因素）■嵌入块均匀分布于载体□信息提取的检错/纠错■分析了健壮性参数α与不可见性的关系□其它：（请注明）【实验工具及平台】：■Windows+Matlab■其它：（请注明）WinHex【实验涉及到的相关算法】：在一个图像块中调整两个(或多个)DCT系数的相对大小。将描述一个使用数字图像作为载体的系统。在编码处理中，发送者将载体图像分成8×8的像素块，每一块只精确地编码一个秘密信息位。嵌入过程开始时，首先伪随机地选择一个图像块bi，用它对第i个消息比特进行编码。令Bi=D{bi}为DCT变换后的图像块。在通信开始前，发送者和接收者必须对嵌入过程中使用的两个DCT系数的位置达成一致，让我们用(u1,v1)和(u2,v2)来表示这两个索引。这两个系数应该相应于余弦变换的中频，确保信息保存在信号的重要部位(从而使嵌入信息不容易因JPEG压缩而完全丢失)。进一步而言，人们普遍认为中频DCT系数有相似的数量级，我们可以假定嵌入过程不会使载体产生严重降质。因为构造的系统要在抵抗JPEG压缩方面是健壮的。我们就选择在JPEG压缩算法中它们的量化值一样的那些DCT系数。根据表2.1，系数(4,1)和(3,2)，或者(1,2)和(3,0)是比较好的。编码方法：若块Bi(u1,v1)＞Bi(u2,v2)就编码为“1”，否则编码为“0”。在编码阶段，如果相对大小与要编码的比特不匹配，就相互交换两个系数。由于JPEG压缩(在量化阶段)能影响系数的相对大小，算法应通过在两个系数中加随机值，以确保对某个x＞0，使得|Bi(u1,v1)-Bi(u2,v2)|＞x。综合评分：信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日2DCT隐秘载体编码过程：fori=1,...,l(M)do选取一隐蔽数据块biBi=D{bi}ifm=0thenifBi(u1，v1)＞Bi（u2，v2）then交换Bi(u1，v1)和Bi（u2，v2）endifelseifBi(u1，v1)Bi（u2，v2）then交换Bi(u1，v1)和Bi（u2，v2）endifendif调整两个数据块的值以使得|Bi(u1，v1)-Bi（u2，v2）|＞xendforDCT隐秘载体解码过程:fori=1,...,l(M)do获取与第i位相关的隐蔽数据块biBi=D{bi}ifBi(u1，v1)≤Bi（u2，v2）Bthenm=0elsem=1endifendfor信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日3【实验分析】：实验1.1图像整体DCT原始图像图像DCT系数的光谱表示偏蓝色的区域灰度级越高，偏红色的区域灰度级越低。由右图知，左上低频系数比右下高频系数高，因为频率反映了灰度级变化的剧烈程度，正常图像一般灰度级变化程度平缓自然，只有在少数的边缘处才会有明显突兀的变化。实验1.2熟悉图像分块DCT操作，如下图：分析：信息保存的重要位置在DCT变换后图像的左上低频处，白色块保留越多，原始信息保留越多，重构后的图像越接近原始图像。信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日4DCTcoefficientsOriginalSaturnImageReconstructedImageErrorImage实验1.3进一步熟悉图像分块DCT操作，分析blocDCTmtx的数值分布特点：分析：高DCT系数集中在左上角和上、左边。信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日5实验1.4编写一个MATLAB函数，对输入的图像进行8×8分块DCT，并使用一个Mask矩阵完成对图像的8×8分块压缩。分析：Mask掩码矩阵左上角的块为1，说明保留了主要信息，重构图像凭人眼觉察不到差异。mask=[1111000011100000110000001000000000000000000000000000000000000000];%1为保留,0为压缩原始图像压缩后的图像图像细节信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日6实验1.5对一个图像进行8×8分块DCT，并将每个分块的(5,2)和(4,1)两个DCT系数交换，还原图像，ShowtoScreen。分析：中频的DCT系数有相似的数量级，嵌入过程不会导致载体产生严重降质。因为构造的系统要抵抗JPEG压缩方面是健壮的。原始图像交换系数后的图像图像细节实验1.6对一个图像进行8×8分块DCT，自己设计一个将每个分块的(5,2)和(4,1)两个DCT系数的绝对差扩大到α的算法，并实现。α为正数。分析：由于JPEG压缩（在量化阶段）能影响系数的相对大小，应该确保对某个α0，要使得2211,),(vuBvuBii。α越大，算法抵抗JPEG压缩的能力越健壮，然而图像质量越差。信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日7原始图像交换系数后的图像,alpha=0.2图像细节原始图像交换系数后的图像,alpha=0.5图像细节信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日8原始图像交换系数后的图像,alpha=0.8图像细节实验1.7对一个图像进行8×8分块DCT，并根据秘密消息Msg顺序调整每个分块的(5,2)和(4,1)两个DCT系数，并将保证其绝对差大于α。还原图像，WriteImage。分析：原始图像隐写图像,alpha=0.2图像细节信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日9实验1.8:将实验1.7导出的图像重新导入，并进行8×8分块DCT，根据每个分块的(5,2)和(4,1)两个DCT系数的关系，提取秘密消息Msg。Msg:hj.txt:0001011001010110（16bits）α：0.2提取结果正确：分析：顺序选块很容易检测到，很明显地破坏了原始图像的特征分布，所以需要改进成随机均匀地选块以增强安全性。1.9优化1：随机顺序编码原始图像隐写图像,alpha=0.2图像细节1.10优化2：适应各种大小和图像类型（灰度/RGB）lenna_gray_512_jpg.jpg信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日10Lenna_color_256_jpg.jpgLenna_color_512_jpg.jpg原始图像隐写图像,alpha=0.2图像细节信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日11原始图像隐写图像,alpha=0.2图像细节原始图像隐写图像,alpha=0.2图像细节信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日12隐藏前的DCT矩阵和隐藏信息后的DCT矩阵的局部截图1.11参数α与隐藏不可见性的关系：Msg：hj.Txthj原始图像隐写图像,alpha=10图像细节信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日13原始图像隐写图像,alpha=100图像细节Msg:chinese.txt绿杨烟外晓寒轻，红杏枝头春意闹。原始图像隐写图像,alpha=100图像细节分析：控制阈值α越大，对图像的破坏越大。1.12参数α与隐藏鲁棒性的关系：信息隐藏实验报告学号：200732530012姓名：黄晶报告时间：2009年12月13日1410203040506070809010000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5jpeg压缩率提取的信息和原始信息不同的百分比控制阈值alpha在JPEG条件下对隐藏鲁棒性的影响分析：α是为了避免在图像传输过程中使11,vuBi和22,vuBi的相对大小发生错位从而导致编码发生错误而引入的控制量，α越大，图像鲁棒性越强，不可感知性越差。1.02.03.0