CN100489894C - 频率域隐写图像的通用盲检测方法 - Google Patents

Abstract

一种信息技术领域的频率域隐写图像的通用盲检测方法，依据图像的统计特性进行隐写检测，将图像变换到DCT域，通过分析其频率域系数差分直方图的能量分布情况，判断图像是否含有隐藏信息，具体为：首先将空间域图像变换到DCT域；其次求出DCT域中水平方向相邻点系数的差分直方图；然后求得差分直方图的幅度频谱并对其分析，根据幅度频谱能量最低点、最高点的数目和位置进行隐写检测，未隐写DCT域图像，DCT差分直方图频谱从低频到中频部分有一个下降趋势，而隐写图像频谱在相应位置呈上升趋势。本发明对频率域隐写图像的检测具有通用性，且算法简单，检测速度快，检测正确率高。

Description

频率域隐写图像的通用盲检测方法

技术领域

本发明涉及的是一种信息技术领域的方法，特别是一种频率域隐写图像的通用盲检测方法。

背景技术

信息隐藏技术是信息安全领域的一个重要方面，主要包括隐匿技术和水印技术两个方面的内容。隐匿技术一般用于安全通信中，即把要传递的重要信息隐藏到载体中，使其不易被察觉。由于隐匿技术也同样可以被不法分子用于通过Internet传递秘密信息、组织恐怖袭击等，因此隐写分析技术的研究变得越来越重要，隐写分析技术指能够检测、攻击和提取出隐藏信息的技术。隐匿技术的载体可以是文本、图像、音频、视频等，因为在互联网中主要是通过图像实现隐秘通信，所以现有的很多研究都是针对以图像为载体的情况。对图像来说，隐匿技术一般可分为两种：基于空间域的隐藏和基于频率域的隐藏。空间域的隐藏主要用于BMP(位图文件格式)、GIF(图像交换格式)格式的图像，一般采用LSB(最不重要比特位))嵌入法。频率域隐藏主要用于JPG(联合图像专家组)格式的图像，指将重要信息隐藏在图像的频率域，如DFT(离散傅立叶变换)、DCT(离散余弦变换)或DWT(离散小波变换)等。

经过对现有技术文献的检索发现，美国专利申请号为：887805，名称为：“Detecting LSB Steganography in Color and Gray-scale Images”(彩色和灰度图像LSB隐写的可靠检测)。该技术自述为：针对空间域图像的隐写检测，利用从图像的空域相关中导出的敏感对统计量来检测秘密消息的存在性。定义一个鉴别函数f来描述图像的空间相关性，LSB嵌入使得图像不平滑，从而增加鉴别函数的取值。LSB嵌入过程用一个置换函数来描述F₁，同时定义一个置换函数的对偶概念F_-1。根据置换函数改变像素组的鉴别函数值的方式定义了三种类型的像素组：常规类R，异常类S和不变类U。若把图像分解成若干个像素组，对未隐藏图像，常规类像素组的数量将远大于异常类的像素组的数量。LSB嵌入后使得R和S之间的差异随着嵌入消息的长度的增加而趋近于0，从而可检测图像是否包含隐写信息。但该技术只针对空间域隐藏图像，不能用于频率域隐写检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中DCT频率域隐藏技术的不足，提供一种频率域隐写图像的通用盲检测方法，使其能有效、可靠的检测多种隐匿技术的频率域隐写图像。本发明对频率域隐写图像的检测具有通用性，且算法简单，检测速度快，检测正确率高。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明依据图像的统计特性进行隐写检测，将图像变换到DCT域，通过分析其频率域系数差分直方图的能量分布情况，判断图像是否含有隐藏信息。具体为：首先将空间域图像变换到DCT域；其次求出DCT域中水平方向相邻点系数的差分直方图；然后求得差分直方图的幅度频谱并对其分析，根据幅度频谱能量最低点、最高点的数目和位置进行隐写检测，未隐写DCT域图像，DCT差分直方图频谱从低频到中频部分有一个下降趋势，而隐写图像频谱在相应位置呈上升趋势。

所述的将空间域图像变换到DCT域，具体是：对原始图像做离散余弦变换(DCT)。变换时将象素点分成M×N的DCT块，每块按DCT变换公式1计算DCT系数，其中f(m，n)是象素点的值，F(s，t)为变换得到的DCT系数， $c\left(0\right)=1/\sqrt{2},$ 其他情况下c(s)、c(t)为1。

$F(s,t)=c\left(s\right)c\left(t\right)-\frac{2}{\sqrt{\mathrm{MN}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}f(m,n)\cos \left[\frac{\mathrm{\π}(2n+1)t}{2N}\right]*\cos \left[\frac{\mathrm{\π}(2m+1)s}{2M}\right]---\left(1\right)$

所述的求得差分直方图的幅度频谱并对其分析，具体是：对差分直方图h[n]做离散傅立叶变换(DFT)变换，得到其幅度频谱|H[k]|；判断其幅度频谱在低频区域是否有本地能量最低点，并且从低频到中频是否有一上升趋势，若符合则该图像为DCT域隐匿图像，反之为未隐匿图像。式(3)为H[k]的表达式，其中h[n]为DCT系数差分直方图，N是DFT的长度。

H[k]＝DFT(h[n])，k＝0，....，N-1                            (3)

某些频率域隐写方法如OutGuess、F5等具有较好的抗统计攻击的特点，频率域直方图与原始载体图像基本一样，不能作为隐写检测的依据。而由图像隐写所引起的DCT差分直方图的变化比DCT直方图的变化更加明显，并且对于抗直方图攻击的隐匿图像，其DCT直方图与原始载体图像基本一样，但差分直方图却有所不同。所以本发明将图像变换到频率域，通过分析其频率域系数差分直方图的能量分布情况，判断图像是否含有隐藏信息，该方法对频率域隐写图像的检测具有通用性，且算法简单，检测速度快，检测正确率高。

经过性能测试，测试结果表明了本发明对频率域隐藏有很好的检测效果，适用于现有的多种频率域隐写检测，如JSteg、JPhide、OutGuess和F5等，具有较好的通用性。对嵌入率大于3％的情况，基本可全部检测出来，并且对未隐藏图像的误检率也非常低，有较高的检测正确率。并且该算法物理意义简单，由于是对差分数据进行处理，数据量减少，所以可得到较快的检测速率。在配置为Intel Pentium41.8GHz处理器，256M内存的PC机上，检测速度为65K字节/s，可用于实时检测。

附图说明

图1DCT域图像通用隐写检测方法流程示意图

图2本发明实施图

其中：图2(a)为原图lena，图2(b)为lena-hide，图2(c)为lena DCT差分直方图，图2(d)为lena-hideDCT差分直方图，图2(e)lena差分直方图幅度谱、图2(f)lena-hide差分直方图。

具体实施方法

结合本发明的内容进一步提供以下具体实施方法：

如图1所示，本发明检测流程：首先，对空间域图像做DCT变换，求出DCT域中水平方向相邻点系数的差分直方图h[n]；第二，对差分直方图h[n]做DFT变换，得到其幅度频谱|H[k]|；第三，判断其幅度频谱在低频区域是否有本地能量最低点，并且从低频到中频是否有一上升趋势，若符合则该图像为DCT域隐匿图像，反之为未隐匿图像。

以512×512×3的标准BMP彩色Lena图像为例，构造一幅有嵌入信息的lena-hide，一幅原图1ena，分别进行说明。以下是lena(图2(a))和lena-hide(图2(b))

按本发明所述的方法将两幅图像变换到DCT域，建立DCT域水平相邻点差分的直方图，如图2(c)lena DCT差分直方图，图2(d)lena-hideDCT差分直方图所示。然后，分析差分直方图的幅度频谱：根据式(3)求得H[k]，其中h[n]为DCT系数差分直方图，N是DFT的长度。未隐藏图像和隐藏图像H[k]的幅度频谱如图2(e)lena差分直方图幅度谱、图2(f)lena-hide差分直方图幅度谱所示。从图2(e)、图2(f)可以看出，两者的DCT差分直方图的幅度频谱有很大不同，未隐写图像lena的频谱从低频到中频部分有一个下降趋势，而隐写图像lena-hide的频谱在相应位置呈上升趋势，根据该特征可以判断lena图像在DCT域没有隐藏，而lena-hide图在DCT域进行了隐藏。

Claims (3)

1、一种频率域隐写图像的通用盲检测方法，其特征在于，依据图像的统计特性进行隐写检测，将图像变换到DCT域，通过分析其频率域系数差分直方图的能量分布情况，判断图像是否含有隐藏信息，具体为：首先将空间域图像变换到DCT域，其次求出DCT域中水平方向相邻点系数的差分直方图，然后求得差分直方图的幅度频谱并对其分析，判断其幅度频谱在低频区域是否有本地能量最低点，并且从低频到中频是否有一上升趋势，若符合则该图像为DCT域隐写图像，反之为未隐写图像。

2、根据权利要求1所述的频率域隐写图像的通用盲检测方法，其特征是，所述的将空间域图像变换到DCT域，具体是：对原始图像做DCT变换，变换时将象素点分成M×N的DCT块，每块按DCT变换公式计算DCT系数，其中f(m，n)是象素点的值，F(s，t)为变换得到的DCT系数，t与s为0时， $c\left(0\right)=1/\sqrt{2},$ t与s不为0的情况下，参数c(s)、c(t)为1，DCT变换公式如下：

$F(s,t)=c\left(s\right)c\left(t\right)\frac{2}{\sqrt{\mathrm{MN}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}f(m,n)\cos \left[\frac{\mathrm{\π}(2n+1)t}{2N}\right]*\cos \left[\frac{\mathrm{\π}(2m+1)s}{2M}\right].$

3、根据权利要求1所述的频率域隐写图像的通用盲检测方法，其特征是，所述的差分直方图的幅度频谱|H[k]|，其表达式为：

H[k]＝DFT(h[n])，k＝0，....，N-1

其中h[n]为DCT系数差分直方图，N是DFT的长度。

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