信息隐藏实验报告lsb及dct

华北电力大学

实验报告

实验名称基于LSB及DCT技术的信息隐藏技术课程名称信息隐藏技术

专业班级：信安1001班学生姓名：

学号：201009040 成绩：

指导教师：袁和金实验日期：2013.5.9

（实验报告如打印，纸张用A4，左装订；页边距：上下2.5cm,左2.9cm, 右2.1cm；字体：宋体小四号，1.25倍行距。）

验证性、综合性实验报告应含的主要内容：

一、实验目的及要求

二、所用仪器、设备

三、实验原理

四、实验方法与步骤

五、实验结果与数据处理

六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见）

七、所附实验输出的结果或数据

设计性实验报告应含的主要内容：

一、设计要求

二、选择的方案

三、所用仪器、设备

四、实验方法与步骤

五、实验结果与数据处理

六、结论（依据“设计要求”）

七、所附实验输出的结果或数据

* 封面左侧印痕处装订

一、实验目的及要求

学会把把一个有意义的信息（秘密信息）隐藏在另一个称为载体(Cover)的信息（非机密信息）中得到隐蔽载体(Stego Cover)。

本实验是借助图片这个载体借助LSB(最低有效位)及DCT(离散余弦变换)两种思想，把一个秘密图像信息进行隐藏，并最终还原。

二、所用仪器、设备

一台PC 、Microsoft Visual studio 2008编辑环境。

三、基于最低有效位的信息隐藏

1、原理：

每个像素值为8bit 二进制值，表示该点亮度。不同位平面对视觉影响不同。 人的视觉和听觉系统对于图像和声音的最低比特位是不敏感的。因此，可以利用这些位置隐藏信息。

设 c 表示载体对象，i c 表示载体对象的取样值。i c 的取值范围根据载体信号的不同而不同。对于二值图像，其值为0或1，对于量化的图像或声音，它的可能取值是0到255的整数，对于归一化的图像或声音，可能取值为[-1,1]的任意值。载体的大小用L(c)表示。

要隐藏的秘密信息用序列i m 表示，L(m)表示其长度。由于任何秘密信息（如口令、实现、徽标）都可以转化为比特串，所以一般都假定i m 的取值为0或1。

将秘密信息嵌入载体后，输出的对象就是伪装载体，用S 表示。同样，S 也是一个长度等于载体对象长度L(c)的序列i s 。

把载体划分成几个不相重叠的区域，在一个载体区域（而非单个元素）中存储一个比特的信息。具体方法是，首先选择L(m)个不重叠区域，计算每一个区域的所有最低比

特的奇偶校验位 。嵌入信息时，是在对应区域的奇偶校验位上嵌入信息比特i m ，如果奇偶校验位与i m 不匹配，则将该区域中所有元素的最低比特位进行翻转，导致奇偶校验位与i m 相同。

2、分析与总结:

优点：基于最低有效位的信息隐藏方法算法简单，容易实现，隐藏的容量较大，大部分都是基于私钥隐藏或无密钥隐藏。

缺点：

其安全性不高，从隐蔽性的角度来讲，如果没有故意破坏或压缩等处理，隐藏的信息不易觉察。但从安全性的角度来讲，如果伪装对象上叠加了一些邹爱生，或为了适应信息传输，对其进行了有损压缩或攻击者有意破换，都会擦除隐藏信息，使得接收者无法正确恢复出秘密信息。

改进之处：

对秘密信息先加密后隐藏；隐藏信息时，多次重复嵌入，以提高信息的冗余度，从而可以抵抗一些破坏；引入纠错编码技术，在秘密信息嵌入之前先进行纠错编码，这样，即使出现少量的干扰，也可以正确恢复出秘密信息。

∑∈=I

j j c LSB I p 2mod )()(

3、隐藏算法的主要代码：

void bitget(int* dataget,IplImage*in, int lendata)

{

//将提取出来的二进制数据保存到binSecret2.txt中

FILE* fp4=fopen("binSecret2.txt","w");

int loc=0;//当前正要提取的bit位在data中的位置

for (int y=0;yheight;y=y+3)

{

//uchar* ptr=(uchar*)(in->imageData+y*in->widthStep);

for (int x=0;xwidth;x=x+3)

{

//将每小块最低位平面替换为秘密信息

cvSetImageROI(in,cvRect(x,y,3,3));

int nump=0;

for (int j=0;j<9;j++)

{

int pixel1=(int)cvGetReal1D(in,j);

if (pixel1%2==1)

{

nump++;

}

//cvSetReal1D(src,j,0);

}

if (nump%2==1)

{//奇偶校验为奇

dataget[loc]=1;

}

else if (nump%2==0)

{//奇偶校验为偶

dataget[loc]=0;

}

cvResetImageROI(in);

fprintf(fp4,"%d",dataget[loc]);

if ( (loc+1)%8==0)

fprintf(fp4," ");

loc++;

if (loc==lendata)//已经提取到最后一位

{

return;

}

}

}

fclose(fp4);

}

void bitset(IplImage* src,int* in,int lendata)

{

int loc=0;//当前正要插入的bit为在data中的位置

for (int y=0;yheight;y=y+3)

{

uchar* ptr=(uchar*)(src->imageData+y*src->widthStep);

for (int x=0;xwidth;x=x+3)

{

//将每小块最低位平面替换为秘密信息

cvSetImageROI(src,cvRect(x,y,3,3));

int nump=0;

for (int j=0;j<9;j++)

{

int pixel1=(int)cvGetReal1D(src,j);

if (pixel1%2==1)

{

nump++;

}

}

if (nump%2==1)

{//奇偶校验为奇

if(in[loc]==0)//而要隐藏的值最低位为

{//将个像素最低有效位翻转

for(int i=0;i<9;i++)

{

int pixel2=(int)cvGetReal1D(src,i);

if (pixel2%2==0)

cvSetReal1D(src,i,pixel2+1);

else

cvSetReal1D(src,i,pixel2-1);

}

}

}

if (nump%2==0)

{//奇偶校验为偶

if (in[loc]==1)//而要隐藏的值为

{//将个像素最低有效位翻转

for(int i=0;i<9;i++)

{

int pixel3=(int)cvGetReal1D(src,i);

if (pixel3%2==0)

cvSetReal1D(src,i,pixel3+1);

else

cvSetReal1D(src,i,pixel3-1);

}

}

}

cvResetImageROI(src);

loc++;

//printf("loc:%d\n",loc);

if (loc==lendata)//已经隐藏到最后一位

{

return;

}

}

}

}

void Imgbit2byte(IplImage* out,int* in,int len)

{

int bytelen=len/8;//返回大于或者等于num/8的最小整数

int* byteArray=new int[bytelen];

memset(byteArray,0,bytelen*sizeof(int));

for (int i=0;i

{

byteArray[i/8]+=(int)(in[i]*pow(2.0, double(7-i%8)));

}

for(int j=0;j

{

cvSetReal1D(out,j,double(byteArray[j]));

}

}

BOOL Imgbyte2bit(int* out,IplImage* in,int lendata)

{

//判断秘密信息长度是否过大

if (!judge(src,lendata))

{

return FALSE;

}

FILE* fpSecret=fopen("binSecret.txt","w");

int pixel=0;

for(int i=0;i

{

pixel=(int)cvGetReal1D(in,i/8);

out[i]=( pixel >> (7-i%8)) &1;

fprintf(fpSecret,"%d",out[i]);

if ( (i+1)%8==0)

fprintf(fpSecret," ");

}

fclose(fpSecret);

return TRUE;

}

void writeGrayImg(IplImage* img,FILE* fp)

{//将灰度图像的数据写到txt文件中。

for (int y=0;yheight;y++)

{

uchar* ptr=(uchar*)(img->imageData+y*img->widthStep);

for (int x=0;xwidth;x++)

{

fprintf(fp,"%d ",ptr[x]);

}

fprintf(fp,"\n");

}

}

BOOL judge(IplImage* img,int datalen)

{//判断秘密信息长度是否过大

if ( datalen>(img->width/3)*(img->height/3))

{

return FALSE;

}

return TRUE;

}

4、运行效果图：

四、DCT 信息隐藏技术

1、原理

在信号的频域（变换域)中隐藏信息要比在时域中嵌入信息具有更好的鲁棒性。一幅图像经过时域到频域的变换后，可将待隐藏的信息嵌入到图像的显著区域，这种方法比LSB 以及其他一些时域水印算法更具有抗攻击的能力，而且还保持了对人类感官的不可觉察性。常用的变换域方法有离散余弦变换、离散小波变换和离散傅里叶变换等。 二维DCT 变换是目前使用的最著名的有损数字图像压缩系统—JPEG 系统的核心。因此，在DCT 域中隐藏信息，可以有效地抵抗有损压缩。

DCT 首先把图像分成8X8的像素块，然后进行二维DCT 变换，得到8X8的DCT 系数，这些DCT 系数从低频到高频按照Zig-Zag 次序排列，第一个值(左上角)为直流系数，其余为交流系数。DCT 系数中左上角为直流和低频部分，右下角为高频部分，中间区域为低频系数。低频代表图像像素之间得的慢变化，高频代表快变化。因此，高频部分代表图像中的噪声部分，这些部分很容易通过有损压缩或者滤波被去掉，而中低频部分则包含了图像的大部分能量，是对人的视觉最重要的部分。而低频部分的改变有可能引起图像较大的变动，所以，为了将隐藏的信息与载体图像的视觉重要部分绑定，一般都将隐藏信息嵌入在载体的中频部分，达到既不引起视觉变化、又不会被轻易破坏的目的。

不需要原始载体的信息隐藏方法，主要是利用载体中两个特定数的相对大小来代表隐藏信息。以DCT 域为例，将载体图像分成8X8的块，每一块只精确地对一个秘密信息比特进行编码。嵌入过程开始时，首先伪随机地选择一个图像块i b ，它经二维DCT 变换后得到i B ，用它对第i m 个消息比特进行编码。

2、隐藏算法

发送者和接收者事先约定嵌入过程中使用的两个DCT 系数的位置（为了达到隐藏的健壮性和不可觉察性，应该在DCT 的中频系数中选择），比如用),(11v u 和),(22v u 代表所

选定的两个系数的坐标。嵌入过程为：如果 就代表隐藏信息”1”，如果

B i ),(11v u >B i

),(22v u 就代表隐藏信息”0”。如果需要隐藏的信息位为1，但是B i ),(11v u

),(22v u 那么就把这两个系数交换，最后发送者做二维逆DCT 变换，将图像变回空间域进行传输。

提取算法：

接收者接收到图像后，同样进行二维DCT 变换，并且比较每一块中约定位置的DCT 系数，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、部分代码

void dctProc (IplImage *dct_Img )

{//把dct_Img 分成n 个X8的块，分别对它们进行dct 变换

//IplImage *tmp=cvCreateImage(cvGetSize(dct_Img),IPL_DEPTH_64F,1);

for (int y =0;y height ;y +=8)

{

for (int x =0;x width ;x +=8)

{

cvSetImageROI (dct_Img ,cvRect (x ,y ,8,8));

cvDCT(dct_Img,dct_Img,CV_DXT_FORWARD);

cvResetImageROI(dct_Img);

}

}

}

void dct_InverseProc(IplImage *in)

{

//把dct_Img分成n个X8的块，分别对它们进行dct逆变换

IplImage *tmp=cvCreateImage(cvGetSize(in),IPL_DEPTH_64F,1);

for (int y=0;yheight;y+=8)

{

for (int x=0;xwidth;x+=8)

{

cvSetImageROI(in,cvRect(x,y,8,8));

cvDCT(in,in,CV_DXT_INVERSE);

cvResetImageROI(in);

}

}

}

BOOL judge(IplImage* img,int datalen)

{//判断秘密信息长度是否过大

if ( datalen>(img->width/8)*(img->height/8))

{

return FALSE;

}

return TRUE;

}

BOOL Imgbyte2bit(int* out,IplImage* in,int lendata)

{

//判断秘密信息长度是否过大

if (!judge(src,lendata))

{

return FALSE;

}

FILE* fpSecret=fopen("binSecret.txt","w");

int pixel=0;

for(int i=0;i

{

pixel=(int)cvGetReal1D(in,i/8);

out[i]=( pixel >> (7-i%8)) &1;

fprintf(fpSecret,"%d",out[i]);

if ( (i+1)%8==0)

fprintf(fpSecret," ");

}

fclose(fpSecret);

return TRUE;

}

void bitset(IplImage* dct_Img,int* in,int lendata)

{

//把dct_Img分成n个X8的块，分别对它们进行dct变换

//选择中频系数(5,2),(4,3);

//规定:如果每一个小块中value(4,3)>value(5,2)隐藏，否则隐藏int loc=0;//当前正要提取的bit位在data中的位置

for (int y=0;yheight;y+=8)

{

for (int x=0;xwidth;x+=8)

{

cvSetImageROI(dct_Img,cvRect(x,y,8,8));

//选择(5,2)和(4,3)这一对系数，比较大小

double pix52,pix43;

pix52=cvGetReal1D(dct_Img,8*4+1);

pix43=cvGetReal1D(dct_Img,8*3+2);

//将原本小的小数调节的更小，使得系数的差别变大

if (in[loc]==1)//要隐藏的信息为

{

if(pix43

{

cvSetReal1D(dct_Img,8*4+1,pix43-alpha);

cvSetReal1D(dct_Img,8*3+2,pix52);

}

}

else if (in[loc]==0)//要隐藏的信息为

{

if (pix43>pix52)

{

cvSetReal1D(dct_Img,8*4+1,pix43);

cvSetReal1D(dct_Img,8*3+2,pix52-alpha);

}

}

pix52=cvGetReal1D(dct_Img,8*4+1);

pix43=cvGetReal1D(dct_Img,8*3+2);

if (pix52

{

cvSetReal1D(dct_Img,8*4+1,pix52-alpha);

}

else if (pix52>pix43)

{

cvSetReal1D(dct_Img,8*3+2,pix43-alpha);

}

else if (pix52==pix43)

{

if (in[loc]==1)//要隐藏的信息为

{

cvSetReal1D(dct_Img,8*4+1,pix52-alpha);

}

else if (in[loc]==0)//要隐藏的信息为

{

cvSetReal1D(dct_Img,8*3+2,pix43-alpha);

}

}

cvResetImageROI(dct_Img);

loc++;

if (loc==lendata)//已经隐藏到最后一位

{

return;

}

}

}

}

BOOL bitget(int* dataget,IplImage* dct_Img,int lendata)

{

//把dct_Img分成n个X8的块，分别对它们进行dct变换

//选择中频系数(5,2),(4,3);

//规定:如果每一个小块中value(4,3)>value(5,2)隐藏，否则隐藏

//将提取出来的二进制数据保存到binSecret2.txt中

FILE* fp6=fopen("binSecret2.txt","w");

int loc=0;//当前正要提取的bit位在dataget中的位置

for (int y=0;yheight;y+=8)

{

for (int x=0;xwidth;x+=8)

{

cvSetImageROI(dct_Img,cvRect(x,y,8,8));

//选择(5,2)和(4,3)这一对系数，提取秘密信息

cvDCT(dct_Img,dct_Img,CV_DXT_INVERSE);//这一步非常重要

double pix52,pix43;

pix52=cvGetReal1D(dct_Img,8*4+1);

pix43=cvGetReal1D(dct_Img,8*3+2);

if (pix43>pix52)

{

dataget[loc]=1;

}

else if (pix43

{

dataget[loc]=0;

}

if (pix43==pix52)

{

printf("函数bitget中有错\n");

return FALSE;

}

cvResetImageROI(dct_Img);

fprintf(fp6,"%d",dataget[loc]);

if ( (loc+1)%8==0)

fprintf(fp6," ");

loc++;

if (loc==lendata)//已经提取秘密信息到最后一位

{

return TRUE;

}

}

}

fclose(fp6);

}

void Imgbit2byte(IplImage* out,int* in,int len)

{

int bytelen=len/8;//返回大于或者等于num/8的最小整数

int* byteArray=new int[bytelen];

memset(byteArray,0,bytelen*sizeof(int));

for (int i=0;i

{

byteArray[i/8]+=(int)(in[i]*pow(2.0, double(7-i%8)));

}

for(int j=0;j

{

//printf("%d ",byteArray[j]);

cvSetReal1D(out,j,double(byteArray[j]));

}

}

IplImage* createImg(IplImage *in)

{//将输入图片做成x4输出

IplImage *out=cvCreateImage(cvSize(in->width*4,in->height*2),in->depth,in->nChannels);

for (int y=0;yheight;y+=in->height)

{

for(int x=0;xwidth;x+=in->width)

{

cvSetImageROI(out,cvRect(x,y,in->width,in->height));

cvCopy(in,out);

cvResetImageROI(out);

}

}

return out;

}

4、效果图

五：结论

通过本次实验我学会用opencv这个工具编写一些简单的图片处理方面的程序。学会了用LSB及DCT技术加密图像。对自己的编程能力有一定的提升。实验中遇到的问题不少，最让我印象深刻的是动态数组分配的一个小问题话费了我大概4个小时的时间，足以证明对c语言语法知识掌握的不够好。

最后感谢老师能耐心解答我提出的疑问。也希望以后的自己能再接再厉、以虚心、沉着的态度学好编程。