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大容量无失真数据隐藏算法 张哲峰刘红梅黄继武黄夏菱 (中山大学电子与通信：[程系，r‘州510275，Tel：(020 zhefeng@yahoo．coFn．cn) Email：isslhm@zsu．edu．ell，zhang 【摘要】 It#-水印和数据隐藏技术有着重要的学术价值和应用前景。目前常规 的数据隐藏算法在嵌入过程中不可避免地引入失真，而且这种失真是永久的，不可 逆的．．这些失真对于某些医学和军事等应用来说是绝对不允许的。针对这些对隐藏 信．0．-,e的图像有特殊要求的应用，本文提出了一种大容量无失真的数据隐藏算法， 该算法利用这些图像中存在的颜色冗余，能够隐藏大量的信息，通常情况下隐藏信 息跟宿主原始图像大小的比例达到l(1％甚至更高，而且从嵌入原理上保证了嵌入 信息不会对图像的视觉效果有任何损伤。另外，奉算法计算量不大、实时性很好。 【关键宇1 数据隐藏，数字水印，无失真 I 引言 数字水印和数据隐藏技术，通过在原始媒体数据中嵌入信息来证实该数据的所有权归属 或传递信息本身，有着重要的学术价值和应用前景，近年来成为多媒体信号处理领域一个活 跃的研究力向1】，…， }j前几乎所有常规的数据隐藏算法都不町避免地在隐藏过程中使原始图像引人一些永久 的小可逆的失真，特别是一些大容量数据嵌入算法。然而在某些场合是绝对不允许图像有任 何的失真，医学图像就是一个这方面的例于：哪怕是很微小的改动在法律上都是不允许的， 数据隐藏所引入的失真，其潜在的危险是会引起医务人员对图像的错误理解，将失真的部分 诊断为病变部位，从而导致误诊。另一个例子就是法律证据和军事图像，其分析人员会运用 包括极端放大，图像增强等手段对图像进行分析和处理，图像因嵌入数据而引起的失真有可 能在处理的过程中得到放大，破坏其不可见性的要求 为了辱可能地将数据隐藏过程中引入的失真降到人眼不可觉察的程度，人们充分地利用 巾膻_}{J r视觉系统的频率掩蔽(frequency 巾所采用的视觉模型．提出了基于图像自适应性的ⅨyI、和1)WT水印算法；黄等人l7,81利用 照度掩蔽(1uminance masking)和纹理掩蔽(texturEmasking)特性，提出了基于块分类的 门适应算法。虽然这些算法中引入的失真对于普通人来说可能看不出，但是对于上丽提出的 啦用是达不到它们要求的。无失真数据隐藏是一个急需解决的问题。 K()clak”J在其专利中第一次提出了无失真数据嵌入的概念。该作者描述r一种基于模 255加的【1T逆的水印算法对图像进行认证。该算法在将水印嵌入到图像的空域上时有可能引 ——1—— 人椒盐噪声。但如果图像是被认证了的，则可以得到无失真的原始图像。Goljan在文献 一101、『11]中提出了无失真的(可逆的)数据隐藏算法，该算法允许在嵌入过程中引入失 真，但在检测数据时可以将原始图像恢复出来。其基本思想是将原始图像中用于嵌人数据的 特征压缩，将压缩了的特征和待嵌人数据一起嵌入在原始图像中，能够嵌入的数据量是特征 压缩后的冗余。在数据检测过程中，由于能够检测到原始图像的特征，从而可以恢复原始图 像。该算法中，无失真并不是指图像在嵌入过程中不产生损伤，而是指这种损伤是可逆的， 即在接收端可以恢复原始图像。上述两种算法虽然可以无失真的恢复原来的图像，但是其包 含水印信息的图像仍然存在着失真。而且这些方法均失去了数据隐藏的一个重要的优点，即 隐藏信息与原始媒体的不可分离性，一旦隐藏数据从图像中提取出来，得到的无失真的图像 中就不再存在有隐藏数据。而且文献[10]、[11]中提出的算法由于要保存原始图像的特 征，以便恢复之用，其隐藏的数据量会受到很大的限制。 本文针对无失真图像的保存格式(BMP格式可使图像无失真地保存，而jPO格式则由 于I)【_r和量化的引入，使保存的图像不可避免地出现一定数量的失真)，提出了一种大容量 无失真的数据隐藏方法，既可以隐藏大量的数据，又可以保证嵌入数据后的图像跟原始图像 在显示时是完全相同的，避免由于数据嵌入而引入的失真使观察者对图像产生误