信息隐藏与数字水印课件(全)全书教学教程完整版电子教案最全幻灯片

1、信息隐藏与数字水印2022/8/26信息隐藏与数字水印11概论 信息隐藏与数字水印3提纲隐写术和数字水印隐写术和数字水印的历史隐写术和数字水印的现状信息隐藏的研究分支2022/8/26典型隐写和数字水印系统2022/8/26信息隐藏与数字水印4图片源自Digital Watermarking and Steganography信息隐藏与数字水印5数字水印和隐写术数字水印技术(Digital Watermarking)通过对媒体进行难以被感知的改动，从而嵌入与媒体有关的信息的技术。隐写术(Steganography)Steganography来自于希腊词根:steganos和graphie。20

2、22/8/26信息隐藏与数字水印6数字水印和隐写术隐写术(Steganography)Steganos指有遮盖物的;graphie指写。因此，Steganography的字面意思即为隐写。隐写是通过对媒体进行难以被感知的改动，从而嵌入秘密信息的技术。2022/8/26信息隐藏与数字水印7与密码技术的区别AliceBob2022/8/26信息隐藏与数字水印8与密码技术的区别2022/8/26信息隐藏与数字水印9与密码技术的区别乱码“普通”数字媒体（调制）传送内容不同2022/8/26与密码技术的区别密码学密文是不可懂的“乱码”秘密信息不可懂信息隐藏载体和隐写/水印载体类似秘密信息不可见2022/

3、8/26信息隐藏与数字水印10信息隐藏与数字水印11提纲隐写术和数字水印隐写术和数字水印的历史隐写术和数字水印的现状信息隐藏的研究分支2022/8/26信息隐藏与数字水印12信息隐藏的历史古典广义信息隐藏技术技术型语言学型版权保护型2022/8/26信息隐藏与数字水印13隐写术和数字水印历史技术型技术历史记载的最早应用公元前480年，希斯提乌斯(Histiaeus)想给希腊城邦米利都（Miletus）的摄政者传递消息，鼓动他们反抗波斯占领者。希斯提乌斯想出了一个巧妙、但很缓慢的安全通信方法，剃了头的奴隶，把消息纹在头皮上，等头发长出后，派遣到米利都。在那里，再次剃光奴隶的头发，便获取秘密消息。

4、书记板的故事德莫瑞特思通过书记板提醒了斯巴达(Sparta)，告知了波斯国王薛西斯(Xerxes)入侵希腊的计划。他首先去掉书记板上的腊，然后将消息写在木板上，再用腊覆盖，这样处理后的书记板看起来是一个完全空白的。2022/8/26信息隐藏与数字水印14隐写术和数字水印历史技术型技术实物隐藏将信函隐藏在信使的鞋底、衣服的皱褶中，妇女的头饰和首饰中等 。标记法刺孔、字母高度、笔画粗细在一篇信函中，通过改变其中某些字母笔划的高度，或者在某些字母上面或下面挖出非常小的孔，以标识某些特殊的字母，这些特殊的字母组成秘密信息。2022/8/26信息隐藏与数字水印15隐写术和数字水印历史技术型技术显影剂隐形

5、墨水：碘和淀粉、米汤和烟。化学的进步促使人们开发更加先进的墨水和显影剂但随着“万用显影剂”的发明，此方法就无效了。其原理是，根据纸张纤维的变化情况，来确定纸张的哪些部位被水打湿过，这样，所有采用墨水的隐写方法，在“万用显影剂”下都无效了。2022/8/26信息隐藏与数字水印16隐写术和数字水印历史技术型技术微缩胶片(Digital Watermarking and Steganography)Another idea that played an important role in several wars in the nineteenth and twentieth centuries w

6、as originally proposed by Brewster (1857) .He suggested hiding messages by shrinking them so much that they started resembling specs of dirt.2022/8/26信息隐藏与数字水印17隐写术和数字水印历史技术型技术微缩胶片(Digital Watermarking and Steganography)The shrinking was made possible by the technology developed by French photograph

7、er Dragon during the Franco-Prussian War (18701871).Microscopic images could be hidden in nostrils, ears, or under fingernails. 2022/8/26信息隐藏与数字水印18微缩胶片(Digital Watermarking and Steganography)In World War I, Germans used such “microdots” and hid them in corners of postcards slit open with a knife an

8、d resealed with starch.The modern twentieth-century microdots could hold up to one page of text and even contain photographs. The Allies discovered the use of microdots in 1941.2022/8/26隐写术和数字水印历史技术型技术隐写术和数字水印历史技术型技术微缩胶片主要思想：缩拍图片左图展示其宏观效果。小布什头像由若干士兵头像组成。2022/8/26信息隐藏与数字水印19信息隐藏与数字水印20眨眼发生摩斯码(Digital

9、 Watermarking and Steganography)A more recent and quite ingenious use of steganography helped Commander Jeremiah Denton convey the truth about his North Vietnamese captors.When paraded in front of the news media as part of staged propaganda, Denton blinked his eyes in Morse code spelling out T-O-R-T

10、-U-R-E.2022/8/26隐写术和数字水印历史技术型技术隐写术和数字水印历史 语言学型技术藏头诗 平湖一色万顷秋，湖光渺渺水长流。秋月圆圆世间少，月好四时最宜秋。芦花丛中一扁舟，俊杰俄从此地游。义士若能知此理，反躬难逃可无忧。2022/8/26信息隐藏与数字水印21信息隐藏与数字水印22隐写术和数字水印历史 语言学型技术 Presidents embargo ruling should have immediate notice. Grave situation affecting international law. Statement foreshadows ruin of many

11、 neutrals. Yellow journals unifying national excitement immensely. Apparently neutrals protest is thoroughly discounted and ignored. Isman hard hit. Blockade issue affects pretext for embargo on by-products, ejecting suets and vegetable oils. Pershing sails from NY June 12022/8/26信息隐藏与数字水印23隐写术和数字水印

12、历史 语言学型技术卡登格子中国古代设计的信息隐藏方法中，发送者和接收者各持一张完全相同的、带有许多小孔的纸，这些孔的位置是被随机选定的。发送者将这张带有孔的纸覆盖在一张纸上，将秘密信息写在小孔的位置上，然后移去上面的纸，根据下面的纸上留下的字和空余位置，编写一段普通的文章。接收者只要把带孔的纸覆盖在这段普通文字上，就可以读出留在小孔中的秘密信息在16世纪早期，意大利数学家Cardan(1501-1576)也发明了这种方法，这种方法现在被称作卡登格子法2022/8/26信息隐藏与数字水印24隐写术和数字水印历史 语言学型技术乐谱法2022/8/2625隐写术和数字水印历史 艺术作品中的隐写术在艺

13、术作品中的隐写术在一些变形夸张的绘画作品中，从正面看是一种景象，侧面看又是另一种景象，这其中就可以隐含作者的一些政治主张或异教思想2022/8/26信息隐藏与数字水印2022/8/26信息隐藏与数字水印26隐写术和数字水印历史 艺术作品中的隐写术信息隐藏与数字水印27隐写术和数字水印历史 版权保护型技术核对校验图 （作品的摘要）Lorrain(1600-1682)是17世纪一个很有名的风景画家，当时出现了很多对他的画的模仿和冒充，由于当时还没有相关的版权保护的法律，他就使用了一种方法来保护他的画的版权他自己创作了一本称为Liber Veritatis的书，这是一本写生形式的素描集。他创作这本书

14、的目的是为了保护自己的画免遭伪造。一个细心的观察者根据这本书仔细对照后就能判定一幅给定的油画是不是赝品2022/8/2628纸张中的水印水印是从特定角度观察时才显现的纸张上的图案，主要用于防伪。在造纸过程中，使用模具改变纸浆密度而形成的图案，称为水印。因为印记是在纸浆还在水中时制作的，故而称为水印。2022/8/26信息隐藏与数字水印隐写术和数字水印历史 版权保护型技术292022/8/26信息隐藏与数字水印隐写术和数字水印历史 版权保护型技术 随着技术的进展，人们可以在纸张中加入水印。一些高级酒店成为首批使用者之一。这些酒店会提含有酒店标识的信签纸，彰显酒店的服务和档次。隐写术和数字水印历史

15、 版权保护型技术纸币中的水印演示，纸币中的“秘密”2022/8/26信息隐藏与数字水印30固定头像水印：位于票面正面左侧空白处，迎光透视，可见与主景图像相同、立体感很强的毛泽东头像水印。隐写术和数字水印历史 版权保护型技术纸币中的水印演示，纸币中的“秘密”2022/8/26信息隐藏与数字水印31白水印：位于正面双色异形横号码下方，迎光透视，可以看到透光性很强的水印“100”字样。信息隐藏与数字水印32隐写术和数字水印历史小结古典隐写术和水印技术丰富想象力现代隐写术和数字水印技术数字信号处理、编码技术、统计分析感知系统的冗余2022/8/26信息隐藏与数字水印33提纲隐写术和数字水印隐写术和数字

16、水印的历史隐写术和数字水印的现状信息隐藏的研究分支2022/8/26信息隐藏发展阶段20世纪90年代开始迅速发展1992年国际上正式提出信息隐形研究。1995年数字水印相关文献大量涌现。1996年国际第一届信息隐藏研讨会(IHW) 。1999年中国第一届信息隐藏研讨会(CIHW)。2022/8/26信息隐藏与数字水印34信息隐藏发展阶段90年代，多个组织开始考虑将数字水印技术纳入标准The Copy Protection Technical Working Group (CPTWG) The Secure Digital Music Initiative (SDMI)Two projects

17、sponsored by the European Union, VIVA and Talisman The International Organization for Standardization (ISO)2022/8/26信息隐藏理论与技术35信息隐藏发展阶段90年代后期，一些公司推出了水印产品SDMI采用了Verance Corporation的水印技术用于互联网音频分发保护，例如Liquid音频Digimarc绑定水印嵌入和提取器到Adobe产品Phtoshop2022/8/26信息隐藏理论与技术36信息隐藏发展阶段理论研究的热潮（2000年以后）Moulin等人提出基于信息论的

18、信息隐藏理论框架Costa dirty paper 模型Cohen与Lapidoth模型Somekh-Baruck模型并行高斯信道模型等2022/8/26信息隐藏理论与技术37把信息的隐藏和提取视作一个通信问题，用通信理论解决容量分析等问题信息隐藏与数字水印38隐写术和数字水印现状产品、软件MP3StegoJstegoStools(wav,gif,bmp)OutGuess/Steganography/toolmatrix.htm2022/8/26信息隐藏与数字水印39隐写术和数字水印现状2022/8/26信息隐藏与数字水印40隐写术和数字水印现状2022/8/26信息隐藏与数字水印41隐写术和

19、数字水印现状2022/8/26隐写术和数字水印现状促因版权保护1999年，专栏作家诉纽约时报等4家媒体1999年，王蒙等诉网站擅自在网上传播其作品促因保密通信2001年，9.112022/8/26信息隐藏与数字水印42隐写术和数字水印现状保障信号处理技术发展人类感知系统的冗余（生理学、心理学）海量的信息2022/8/26信息隐藏与数字水印43感知心理学研究表明：一个人承受的压力越大，注意力越分散，画面转速越大！隐写术和数字水印现状保障信号处理技术发展人类感知系统的冗余（生理学、心理学）海量的信息2022/8/26信息隐藏与数字水印44信息隐藏与数字水印45隐写术和数字水印现状研究课题正向研究基

20、于图像的隐写和数字水印技术较成熟基于音频的隐写和数字水印技术还在发展视频隐写和数字水印的研究是新兴的热点文本、协议、软件2022/8/26信息隐藏与数字水印46隐写术和数字水印现状研究课题逆向研究主动攻击：在不显著影响使用价值前提下，尽量抹除信息。被动攻击：判定并提取待检测载体中信息新研究点Benchmark（Stirmark），数字图像取证，感知哈希。理论研究容量研究（博弈法、信息论法）2022/8/2647隐写术和数字水印现状研究层次基础理论研究应用基础研究应用技术研究信息隐藏模型、理论框架、容量、安全性理论等针对图像、声音、视频等载体，研究相应的数字水印隐藏算法和检测算法 以实用化为主要

21、目的，研究各种多媒体格式的数字水印在实际中的应用 2022/8/26信息隐藏理论与技术信息隐藏与数字水印48隐写术和数字水印现状文献检索（关键词）Information Hiding（信息隐藏）Steganography（隐写）Steganalysis（隐写分析）Digital Watermarking（数字水印）2022/8/26信息隐藏与数字水印49提纲隐写术和数字水印隐写术和数字水印的历史隐写术和数字水印的现状信息隐藏的研究分支2022/8/26信息隐藏与数字水印50信息隐藏研究分支隐写术伪装式保密通信数字水印数字产品版权保护隐蔽信道计算机系统中的一些通道信息分存可视密码数字图像取证真实

22、性鉴别2022/8/26信息隐藏与数字水印51信息隐藏研究分支隐写术利用人类感知系统以及计算机处理系统的冗余隐藏信息载体可以是任何一种多媒体数据，如音频、视频、图像、甚至文本、数据等被隐藏的信息也可以是任何形式主要用于军队和安全部门2022/8/26信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用广播监控(Broadcast Monitoring)1997年，日本发生电视广告丑闻。至少有两家电台没有播出部份已付费的广告节目。这样的情况已持续超过20年而没有被发现，重要原因之一是没有系统监控实际播出的广告内容。信息隐藏与数字水印522022/8/26信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用广播监控(Broadc

23、ast Monitoring)1999年，美国演员协会调查发现，平均而言，美国每小时广播节目少付了1000美元版税。此外，版权所有者还关心，广播的作品究竟是正版还是盗版作品。信息隐藏与数字水印532022/8/26信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用广播监控(Broadcast Monitoring)有多家公司提供了基于水印技术的广播监控服务，例如，Telttrax提供了基于Philips视频水印技术的广播监控。2022/8/26信息隐藏与数字水印54信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用版权保护(Copyright Protection)早期版权保护方式存在漏洞，只有在作品中能发现版权申明时，

24、版权所有者才能获相关补偿。然而，这种在作品某个部份增加的的申明很容易被去除。2022/8/26信息隐藏与数字水印55信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用版权保护(Copyright Protection)常用测试图像Lena实际属于某杂志。最早使用该图像的研究者扫描时，只保留了Lena的脸部和肩部，遗漏了杂志的版权申明，以致于全世界大部份相关论文都使用了该测试图像而不知侵犯了该杂志的版权。2022/8/26信息隐藏与数字水印56信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用版权保护(Copyright Protection)最终该杂志决定忽略对该图像的“侵权”使用。水印具有不可感知性、不可分离性，因此既

25、能有效提供媒体的版权所有者身份证明，又不会降低媒体感官效果。2022/8/26信息隐藏与数字水印57信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用版权保护(Copyright Protection)Digimarc公司的图像水印是典型范例。Digimarc的图像水印检测器与Adobe图像处理软件Photoshop捆绑发布，一旦Digimarc的图像水印检测器发现水印，就通过水印信息检索互联网数据库，获取作者联系方式。2022/8/26信息隐藏与数字水印58信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用盗版追踪(Transaction Tracking)在每份正版作品中嵌入唯一标识（指纹）后，一旦出现盗版，就可以追

26、踪其来源。2004, 使用Philips视频水印技术嵌入“指纹”信息的预览片被分发给5803名奥斯卡观影评选员，供评选员观看评分。2022/8/26信息隐藏与数字水印59信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用盗版追踪(Transaction Tracking)后来，其中一部影片的视频出现在互联网。分析这些盗版视频发现其源自一位观影评选员的拷贝。该评选员曾把其拷贝提供给他的朋友。虽然他不知道自己朋友的作为，但这位70岁的演员仍然被起诉，罚款300万美元。2022/8/26信息隐藏与数字水印60信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用内容认证(Content Authentication)数字媒体能够被

27、轻易篡改。密码学提供了认证方式，对媒体签名。签名通常存放在文件头或特定结构中，一旦格式变换，签名可能丢失。2022/8/26信息隐藏与数字水印61信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用内容认证(Content Authentication)脆弱水印思路之一是将签名嵌入媒体，例如，媒体的高比特平面产生签名，低比特屏幕承载水印。图像的任何改动都能被判别出。半脆弱水印能够容忍常规图像处理操作，例如格式转换，去噪，并检测定位内容篡改操作。水印还可用于图像的修复和还原。2022/8/26信息隐藏与数字水印62信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用拷贝控制(copy control)一种方式是加密。例如电视信

28、号加密传输，只有包含特定密钥的机顶盒能够解密信号。这种方式的问题是，解密后的电视信号可以输出并被录制、刻录。2022/8/26信息隐藏与数字水印63信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用拷贝控制(copy control)另一种思路是每个刻录装置都配有水印检测设备，一旦检测到“禁止刻录”水印，便停止刻录。CPTWG(Copy Protection Technical Working Group)，和SDMI(Secure Digital Music Initiative)分别提出用于视频和音频的系统构想。2022/8/26信息隐藏与数字水印64信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用设备控制(dev

29、ice control)拷贝控制实际设备控制的一种。设备控制更多地是丰富，而不是限制对媒体的使用。例如Digimarc的媒体桥技术。杂志中的广告画面包含水印，使用手机捕获画面后，手机软件识别水印信息，并导航到相关网站。2022/8/26信息隐藏与数字水印65信息隐藏研究分支数字水印Digimarc MediaBriage数字水印与隐写术66图片源自:Burt Perry, Brian MacIntosh, Dave Cushman. Digimarc MediaBridge - The Birth of a Consumer Product, from Concept to Commercia

30、l Application.2022/8/26信息隐藏研究分支数字水印数字水印应用设备控制(device control)2022/8/26信息隐藏与数字水印67分支数字水印数字水印应用标注(captioning)网络多媒体资源（音频、图像、视频）中嵌入信息（标题、关键词、分类），便于多媒体检索。把感兴趣的图像特征（或区域）的位置和识别信息嵌入图像中，可以实现特征定位和识别。2022/8/26信息隐藏与数字水印68信息隐藏与数字水印69分支隐蔽信道隐蔽信道隐蔽信道是相对于公开信道而言的，和公开信道一起使用，公开信道上传输的信息，是隐蔽信道的载体，例如：TCP协议头中保留字段可用于携带秘密信息。

31、2022/8/26信息隐藏与数字水印70信息隐藏研究分支可视密码1994年，M.Naor和A.Shamir提出。其思想是把要隐藏的密钥信息通过算法隐藏到两个或多个子密钥图片中。每一张图片上都有随机分布的黑点和白点。把所有的图片叠加在一起，则能恢复出原有的信息。2022/8/26信息隐藏与数字水印71信息隐藏研究分支可视密码主要特点：恢复秘密图像时不需要任何复杂的计算，直接以人的视觉系统就可以将秘密图像辨识出来 2022/8/26信息隐藏与数字水印722022/8/26信息隐藏研究分支图像取证图像取证背景数码相机的快速普及，图像处理和编辑软件的广泛使用，使得修改、编辑数码照片变得越来越简单和有趣

32、，任何人都可以轻易地完成图像的造假。2022/8/26信息隐藏与数字水印73信息隐藏研究分支图像取证图像取证运用包含数字信号处理、数字水印在内的各项技术，鉴定图像的来源（数码相机、扫描仪、计算机生成、图像采集卡），以及图像完整性（是否经过编辑？经过何种编辑？在何处被编辑？）。2022/8/26信息隐藏与数字水印7475分支感知哈希感知哈希图像感知哈希：由图像数据集到图像感知摘要集的一个简短的单向映射，是对图像感知信息的简短摘要图像感知哈希：借鉴了密码学哈希的摘要性、单向性和抗碰撞性的同时，最重要的是要求其能够对内容保持操作具有鲁棒性，并对内容篡改操作具有敏感性主要用于解决图像内容的识别和认证2

33、022/8/26信息隐藏理论与技术信息隐藏与数字水印76总结信息隐藏技术的最重要的两个分支是数字水印、隐写术。数字水印主要用于版权保护。隐写术主要用于保密通信。数字水印嵌入载体中的信息与载体有关。隐写术则嵌入与载体无关的秘密信息。基于隐写术的保密通信掩盖的是通信存在的事实。2022/8/26数字信号处理基础知识 音频信号处理基础数字音频的概念人类听觉系统(HAS)特点语音质量评价语音信号处理基础2022/8/26信息隐藏和数字水印78音频基础数字音频概念什么是模拟信号？现实生活中的语音信号，从时间及其大小来看，都是连续的。2022/8/26信息隐藏和数字水印79音频基础数字音频概念80典型模拟

34、信号形态音频基础数字音频概念什么是数字信号？数字信号是计算机能表示，能存储的信号。其时间和大小的精度都是有限的。如何用数字信号表示模拟信号？每隔一定时间间隔观察一次信号大小，并量化表示。2022/8/26信息隐藏和数字水印8182典型离散信号，信号由离散时间间隔上模拟信号样点值构成83典型数字信号信号，幅值经离散信号量化而成音频基础数字音频概念采样频率“观察”信号的频度，单位为Hz。码速率我们需要对采样所得信息进行编码，产生的码流单位为b/s(bit per second)。PCM码速率：64K、128K、256K b/s2022/8/26信息隐藏和数字水印84音频基础数字音频概念为何数字信号

35、能表示模拟信号？奈奎斯特采样定律告诉我们，当采样频率满足一定要求时，数字信号能完整保留原始信号信息。典型采样频率话音：8kHz；音乐：22.05kHz，或44.1kHz并且，采样值的编码方式是依据声音心理学模型设计，编解码所引起的失真是可接受的。2022/8/26信息隐藏和数字水印85音频基础数字音频文件音频文件格式WAV文件格式2022/8/26信息隐藏和数字水印86文件头（包含编码方式、采样率、码速率等信息）文件头样点值样点值样点值音频基础数字音频文件音频文件实例WAV文件：s1.wav （Fs:8KHz，Nbits=16）2022/8/26信息隐藏和数字水印87音频基础数字音频文件音频文

36、件实例WAV文件：s1.wav （Fs:8KHz，Nbits=16）2022/8/26信息隐藏和数字水印88前44个字节为音频文件头第45、46个字节为第一个样点量化幅值音频基础单双声道单声道一个声音通道双声道二个声音通道，能够形成立体声效果。2022/8/26信息隐藏和数字水印89人耳听觉感知特性响度响度：人耳对声音强度的主观感受。1方等于1000Hz的1dB纯音的声强级。听阈：0方痛阈： 120方2022/8/26信息隐藏和数字水印90HAS特性等响曲线2022/8/26信息隐藏和数字水印91HAS特性等响曲线2022/8/26信息隐藏和数字水印92100Hz，40dB的单音与1000Hz

37、，40dB的单音声强级相同，它们听起来响亮程度相同吗？人的主观感受和物理大小不一定吻合。HAS特性等响曲线2022/8/26信息隐藏和数字水印93声强级同为40dB的单音，响度随着单音频率的变化有什么特点？人的感知系统对不同频率单音的分辨能力不同。人耳对3000Hz到4000Hz的单音最敏感。人耳听觉感知特性人类能感知声音的频率范围16Hz-16kHz年轻人，20kHz老年人，10kHz案例：公园“驱逐器”2022/8/26信息隐藏和数字水印94人耳听觉感知特性掩蔽效应什么是掩蔽效应？掩蔽效应的“宏观”展示2022/8/26信息隐藏和数字水印95人耳听觉感知特性掩蔽效应2022/8/26信息隐

38、藏和数字水印96人耳听觉感知特性掩蔽效应掩蔽效应心理声学实验表明：人耳难以感知位于强信号附近的弱信号。这种声音心理学现象称为掩蔽。强信号称之为掩蔽音，弱信号称之为被掩蔽音掩蔽音和被掩蔽音同时出现所产生的掩蔽效应称为同时掩蔽或频域掩蔽，否则称之为异时掩蔽或时域掩蔽。2022/8/26信息隐藏和数字水印97人耳听觉感知特性掩蔽效应同时（频域）掩蔽低音容易掩蔽高音，而高音掩蔽低音较难。异时（时域）掩蔽超前掩蔽(pre-masking) 滞后掩蔽(post-masking) 2022/8/26信息隐藏和数字水印98人耳听觉感知特性掩蔽效应练习若时刻0时，有一个50dB声强级的单音，20毫秒后，有一个8

39、0dB声强级的单音，则人耳能区分出几个声音？若两者出现顺序对调，结果如何？2022/8/26信息隐藏和数字水印99人耳听觉感知特性掩蔽效应解答第一问中，弱信号在强信号之前出现，属于超前掩蔽。根据曲线，80dB的强信号，能掩盖在它之前20ms出现的，声强级小于40dB的信号。本例中，弱信号的声强级高于40dB，超出了强信号的掩蔽能力，所以人耳可以分辨出两个信号。2022/8/26信息隐藏和数字水印100人耳听觉感知特性掩蔽效应解答第二问中，弱信号在强信号之后出现，属于滞后掩蔽。根据曲线，80dB的强信号，能掩盖在它之后20ms出现的，声强级小于70dB的信号。本例中，弱信号的声强级小于70dB，

40、在强信号的掩蔽范畴内，所以听起来，只有一个信号存在。2022/8/26信息隐藏和数字水印101人耳听觉感知特性掩蔽效应2022/8/26信息隐藏和数字水印102虚线所示曲线为听阈强信号附近的听阈发生了变化听阈提高安静环境，2000Hz10dB左右的声音就可以被感知在1000Hz60dB掩蔽音时，人却听不到上述声音了语音的质量评价主观评价主观评价由人来对语音的质量进行评价。客观评价客观评价不以人为主体。通常提取处理前后的语音的某类特征参量，根据某种规则计算这两组参量之间的差别，是一种“误差”度量。2022/8/26信息隐藏和数字水印103主观评价方法平均意见分（MOS：Mean Opinion

41、Score）用5级评分标准来评价语音的质量。实验者的分别打分评价语音质量。全体实验者的平均分就是所测语音质量的MOS分。2022/8/26信息隐藏和数字水印104MOS质量标准受损程度5极好不可察觉4较好可察觉，但不影响听觉效果3一般轻微影响听觉效果2较差影响听觉效果1极差严重影响听觉效果MOS分评价MOS分4.0-4.5（网络质量）：高质量数字化语音。3.5分左右（通信质量）：能感觉到语音质量有所下降，但不妨碍正常通话。3.0分以下（合成语音质量）：具有足够高的可懂度，但自然度不够好，并且不易进行讲话人识别 。2022/8/26信息隐藏和数字水印105主观评价的优缺点优点：真实：反映了人对语

42、音质量的真实感觉 。缺点：需要组织大量的试听人员，欠缺灵活性。评分结果重复性和稳定性较低。评分结果受试听者的主观影响较大 。2022/8/26信息隐藏和数字水印106客观评价方法比较波形的差别：基于SNR的评价方法：信噪比、分段信噪比、变频分段信噪比。2022/8/26信息隐藏和数字水印107客观评价方法比较参数的差别：基于LPC的评价方法：比较线性预测编码的系数。比较频谱的差别：基于谱距离的评价方法。其它评价方法：基于人类听觉模型2022/8/26信息隐藏和数字水印108客观评价方法2022/8/26信息隐藏和数字水印109客观评价方法2022/8/26信息隐藏和数字水印110客观评价与主观

43、评价一致性的问题研究方便、快捷、准确的，与主观评价相一致的客观评价标准，是该领域研究的一个方向。如何衡量一个客观评价与主观评价的一致性？2022/8/26信息隐藏和数字水印111客观评价与主观评价一致性的问题通过在客观评价和主观评价之间建立的函数关系，可以用客观评价值求出对主观评价值的预测值。该预测值和实测的主观评价值之间的相关度就作为该客观评价方法与主观评价方法之间的相关度。 2022/8/26信息隐藏和数字水印112客观评价与主观评价一致性的问题N为被测的样本数， 表示第i个样本的实测主观评价值， 表示第i个样本的客观评价的主观预测值， 是实测主观评价值的算术平均值 值越接近1，说明该客观

44、评价方法对主观评价的预测越准确，该方法的性能越好 2022/8/26信息隐藏和数字水印113客观评价的优缺点优点：简单，可重复性强，与试听者主观感觉无关。缺点：无法达到与主观评价完全一致的效果。2022/8/26信息隐藏和数字水印114常用语音信号变换常用变换域操作DFT：离散傅里叶变换DCT：离散余弦变换DWT：离散小波变换2022/8/26信息隐藏和数字水印115常用语音信号变换音频（时域）音频（DFT）2022/8/26信息隐藏和数字水印116常用语音信号变换音频（时域）音频（DCT）2022/8/26信息隐藏和数字水印117常用语音信号变换DWT原理和系数音频（DWT）2022/8/2

45、6信息隐藏和数字水印118常用语音信号变换案例二：DWT系数特性研究DWT可迭代地对信号进行多层次分解，其中近似系数反映信号的平缓变换情况，可视为信号低频成份，细节系数反映信号剧烈变换情况，可视为信号高频成份。案例尝试修改语音信号DWT细节系数，观察修改前后语音质量变换情况。2022/8/26信息隐藏和数字水印119常用语音信号变换案例二：DWT系数特性研究1. 准备语音信号2022/8/26信息隐藏和数字水印120常用语音信号变换案例二：DWT系数特性研究2. 对语音信号进行2级小波分解，得到各级小波系数。2022/8/26信息隐藏和数字水印1212级近似系数2级细节系数1级细节系数常用语音

46、信号变换案例二：DWT系数特性研究3. 分别用两组系数重构语音。第一组：原始系数，第二组：一半2级细节系数置零。2022/8/26信息隐藏和数字水印122原始音频原始系数重构音频修改系数重构音频图像信号处理基础数字图像的概念人类视觉系统(HVS)特点图像质量评价图像信号处理基础2022/8/26信息隐藏和数字水印123图像信号处理基础图像的基本表示图像由像素（pixel）组成，像素存储为矩阵。2022/8/26信息隐藏与数字水印124图像信号处理基础图像分辨率（image resolution）即图像中像素的数目，常记为：水平*垂直，分别表示水平和垂直方向的像素个数。例如：显示屏分辨率通常为1

47、024*768，表示图像每行有1024个像素，每列有768个像素。示例图像为350*2582022/8/26信息隐藏与数字水印125图像信号处理基础常见图像类型包括灰度图像图像每个像素为大小在0255间灰度值（gray value）。每个像素用1个字节表示。0:黑色，255:白色2022/8/26信息隐藏与数字水印126图像信号处理基础常见图像类型包括24位彩色图像每个像素用三个字节表示，其含义为该像素颜色的红、绿、蓝分量。2022/8/26信息隐藏与数字水印127图像信号处理基础常见图像类型包括索引（调色板）图每个像素存储一个调色板索引。调色板每条记录表示一个颜色。2022/8/26信息隐藏

48、与数字水印128图像信号处理基础常见图像类型包括黑白（二值）图像像素值为0或1，对应颜色为黑色，白色2022/8/26信息隐藏与数字水印129图像信号处理基础2022/8/26Datahiding & Digital Watermark130人类视觉特点视觉范围视觉范围是指人眼所能感觉的亮度范围。客观上相同的亮度，当平均亮度不同时，主观感觉的亮度也不相同。2022/8/26信息隐藏与数字水印131人类视觉特点视觉范围视觉范围非常宽，但是人眼并不能同时感受这样宽的亮度范围。当平均亮度比较适中时，能分辨的亮度的范围较大。当平均亮度较低时，能分辨的亮度范围较小。2022/8/26信息隐藏与数字水印1

49、32人类视觉特点视觉适应性暗适应性人由亮处走到暗处时的视觉适应过程，称为暗适应。暗适应过程约需大约三十分钟。亮适应性人由暗处走到亮处时的视觉适应过程，称为亮适应。亮适应过程约需大约一分钟。2022/8/26信息隐藏与数字水印133人类视觉特点视觉惰性（视觉暂留）人眼对亮度改变进行跟踪的滞后性质称为视觉惰性 。人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像约0.1-0.5秒左右。2022/8/26信息隐藏与数字水印134人类视觉特点视觉惰性（视觉暂留）看纹理丰富的窗帘，然后再看墙壁，看墙时会发现窗帘的花纹重叠在墙上了。看电视，电影是每分钟20几帧图片，通过暂留形成了流畅的动作。2022/8/26

50、信息隐藏与数字水印135人类视觉特点视觉惰性（视觉暂留）持续注视图案中心黑点30秒钟以上。迅速看向无字白纸或空白墙壁。将看到视觉暂留。2022/8/26信息隐藏与数字水印136（图片源自参考文献3）图像质量评价主观评价方法主观评价平均意见分MOS（Mean Opinion Score）观察者根据一些事先规定的评价尺度，或自己的经验，判断测试图像的视觉效果质量，所有观察者给出的分数的加权平均。五级评分2022/8/26信息隐藏与数字水印137图像质量评价主观评价方法主观评价的优点：比较准确。主观评价的缺点：受观察者的知识背景、情绪，和疲劳程度等因素的影响。可重复性较差。2022/8/26信息隐藏

51、与数字水印138图像质量评价客观评价方法客观评价处理和分析系统中输入和输出的图像信号，提取图像特征参量作为研究分析对象，比较特征参量，以此反映图像间的差别 。2022/8/26信息隐藏与数字水印139图像质量评价客观评价方法2022/8/26信息隐藏与数字水印140图像质量评价客观评价方法2022/8/26信息隐藏与数字水印141图像质量评价客观评价方法2022/8/26信息隐藏和数字水印142图像质量评价客观评价方法2022/8/26信息隐藏和数字水印143图像质量评价客观评价方法客观评价优点：使用方便。可重复性强。客观评价缺点：评价结果与主观感觉有时存在不一致。2022/8/26信息隐藏与

52、数字水印144图像的质量评价为什么客观评价与主观评价不能很好吻合？人眼对所看到物体的理解，不仅与生理因素有关，还在相当大的程度上取决于心理因素，如“视而不见”，“听而不闻”。2022/8/26信息隐藏与数字水印145图像的质量评价为什么客观评价与主观评价不能很好吻合？对感兴趣的区域给予极大关注，对其它区域不在意。大脑对所接收的事务有一个过滤和取舍的过程，目前计算机还无法很好地模拟此过程。2022/8/26信息隐藏与数字水印146例1高斯噪声，椒盐噪声，PSNR相同2022/8/26信息隐藏与数字水印147PSNR(dB)PSNR(dB)48.118350.9538例1（续）2022/8/26信

53、息隐藏与数字水印148PSNR(dB)PSNR(dB)34.138935.1996 例1（续）2022/8/26信息隐藏与数字水印149PSNR(dB)PSNR(dB)28.118329.0575 例1（续）2022/8/26信息隐藏与数字水印150PSNR(dB)PSNR(dB)19.517519.0568 例22022/8/26信息隐藏与数字水印151PSNR(dB)PSNR(dB)23.180523.5164 例2（续）2022/8/26信息隐藏与数字水印152PSNR(dB)PSNR(dB)23.508423.2079 例2（续）2022/8/26信息隐藏与数字水印153PSNR(dB

54、)PSNR(dB)33.849733.5907 常用图像信号变换 常见变换DFT：离散傅里叶变换DCT：离散余弦变换DWT：离散小波变换2022/8/26信息隐藏和数字水印154常用图像信号变换图像（空域）图像（DFT）2022/8/26信息隐藏和数字水印155常用图像信号变换图像（空域）图像（DCT）2022/8/26信息隐藏和数字水印156常用图像信号变换图像（空域）图像（DWT）2022/8/26信息隐藏和数字水印157cH1cV1cD1cA2cH2cV2cD2常用图像信号变换图像（空域）图像（1级DWT）2022/8/26信息隐藏和数字水印158常用图像信号变换2级DWT2022/8/

55、26信息隐藏和数字水印159常用图像信号变换案例四：DCT系数特性研究DCT常用于图像信号处理操作，例如，JPEG图像压缩。图像不同位置的DCT系数大小，反映图像不同频率成份的强弱。位置与频率有对应关系，水平方向从左到右，频率逐渐升高；垂直方向从上到下，频率逐渐升高。案例尝试修改图像信号DCT高频部份系数，观察修改前后图像质量变换情况。2022/8/26信息隐藏和数字水印160常用图像信号变换案例四：DCT系数特性研究1. 准备图像信号2022/8/26信息隐藏和数字水印161常用图像信号变换案例四：DCT系数特性研究2. 对图像进行2维DCT变换，得到DCT系数。2022/8/26信息隐藏和

56、数字水印162低频系数中频系数高频系数常用图像信号变换案例四：DCT系数特性研究3. 分别用两组系数重构图像。第一组：原始系数（左图），第二组：部份高频系数置零（右图）。2022/8/26信息隐藏和数字水印163小结数字音频是时间和样点值都离散的，计算机能处理的信号。数字音频信息按一定的格式保存在磁盘文件中，通常包括采样率，编码方式，编码速率，单或双声道样点信息。响度是人耳对声音强度的主观感受。人耳对不同频率的单音的敏感程度不同，物理强度相同的单音，可能因为频率不同，导致听起来的响亮程度不同。2022/8/26信息隐藏和数字水印164小结人耳难以感知位于强信号附近的弱信号，这种声音心理学现象称

57、为掩蔽。强信号称之为掩蔽音，弱信号称之为被掩蔽音。掩蔽音和被掩蔽音同时存在所产生的掩蔽效应称为同时掩蔽或频域掩蔽，否则称之为异时掩蔽或时域掩蔽。2022/8/26信息隐藏和数字水印165小结数字图像是空间和样点值都离散的，计算机能处理的信号。数字图像信息按一定的格式保存在磁盘文件中，通常包括分辨率，图像类型，调色板，样点值等信息。常见图像包括二值、灰度、真彩色和调色板图像。亮度是人眼对光强的主观感受。客观上相同的亮度，当平均亮度不同时，主观感觉的亮度也不相同。2022/8/26信息隐藏和数字水印166小结人由亮处走到暗处时的视觉适应过程，称为暗适应。人由暗处走到亮处时的视觉适应过程，称为亮适应

58、。人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像约0.1-0.5秒左右。称为视觉惰性或暂留，电影和动画的制作利用了人眼的视觉惰性。2022/8/26信息隐藏和数字水印167小结质量评价包括主客观方法。MOS（Mean Opinion Score，平均意见分）为常用主观评价方法。SNR（Signal to Noise Ratio，信噪比）为音频质量常用客观评价方法。PSNR(Peak Signal to Noise Ratio，峰值信噪比)为图像质量常用客观评价方法。客观评价与主观感受不一定相符。2022/8/26信息隐藏和数字水印168小结常用语音和图像信号处理操作包括DFT（Discrete

59、 Fourier Transform，离散傅里叶变换），DCT（Discrete Cosine Transform，离散余弦变换），DWT（Discrete Wavelet Transform，离散小波变换）。2022/8/26信息隐藏和数字水印169小结DFT、DCT、DWT是一对可逆变换，正变换将信号从时域（音频样点）或空域（图像样点）转换为变换域（变换域系数），反变换则将变换域系数重构为音频或图像。变换域系数的大小反映了信号不同频率分量能量的高低，变换域系数的位置与频率高低关联。通常修改高频系数所引起的失真不容易被察觉。2022/8/26信息隐藏和数字水印1703.1、隐写术基本理论信息

60、安全中心 、 、 提纲隐写系统隐写系统分类隐写术性能指标隐写系统的攻击方法2022/8/26信息隐藏与数字水印，理论与技术172提纲隐写系统隐写系统分类隐写术性能指标隐写系统的攻击方法2022/8/26信息隐藏与数字水印，理论与技术173囚犯问题保密通信双方两个囚犯A和B被关押在监狱的不同牢房，他们想通过一种隐蔽的方式交换信息，但是交换信息必须要通过看守的检查。因此，他们要想办法在不引起看守者怀疑的情况下，在看似正常的信息中，传递他们之间的秘密信息。被动看守者只是检查传递的信息有没有可疑的地方。主动看守者故意去修改一些可能隐藏有信息的地方，或者假装自己是其中的一个囚犯，隐藏进伪造的消息，传递给