專利名稱：：一種基于圖像和音頻再編碼處理的隱寫防范方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于信息安全
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及隱寫防范方法，具體涉及基于圖像和音頻再編碼處理的隱寫防范方法。
背景技術(shù)：
：隨著電子計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的普及，多媒體成為人們傳遞信息的主要載體。其中，圖像和音頻等多媒體在內(nèi)容上存在較大的感官冗余。人們?cè)诩夹g(shù)上可以利用這些冗余，在可公開的媒體中做少量修改，嵌入難以察覺的隱蔽信息以進(jìn)行保密通信，即進(jìn)行“隱寫”(Steganography)。相較于傳統(tǒng)加密通信注重保密通信內(nèi)容，隱寫通信隱蔽了保密通信的事實(shí)，使得監(jiān)聽者難以從中找到敏感信息進(jìn)行分析。但是，一方面，基于隱寫進(jìn)行的保密通信獲得了額外的安全；另一方面，隱寫技術(shù)的非法應(yīng)用對(duì)社會(huì)的潛在危害性也比非法加密通信更大。隱寫分析(Steganalysis)技術(shù)作為分析隱寫行為是否存在于通信內(nèi)容的技術(shù)，近年來發(fā)展迅速。然而，當(dāng)前隱寫分析的正確率往往較低，計(jì)算復(fù)雜度卻較高。如今互聯(lián)網(wǎng)上存在許多可以免費(fèi)下載的且能抵抗一部分隱寫分析方法的高隱蔽性隱寫軟件，不法分子可以使用或改造之后使用它們進(jìn)行泄密和非法通信，這給國(guó)家相關(guān)部門和企業(yè)的信息安全帶來威脅。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外主要提出和使用的隱寫方法總體可以分為以下幾類(1)量化索引調(diào)制(QIM，QuantizationIndexModulation)類隱寫方法。在這類隱寫方案[1]中(參考文獻(xiàn)[1]B.ChenandG.W.Wornel1.AnInformation-theoreticApproachtotheDesignofRobustDigitalWatermarkingSystems.InProc.IEEEInt.Conf.Acoustics,Speech,andSignalProcessing(ICASSP'99),March15-19,1999,Phoenix,AZ,pp.2061-2064)，嵌入算法根據(jù)不同的嵌入比特選用對(duì)應(yīng)的量化步長(zhǎng)或矢量來量化載體信號(hào)，它們產(chǎn)生的量化值不重合，因此水印提取算法可以判斷所承載的水印比特。Chen等[2]提出了帶抖動(dòng)調(diào)制(DM，DitherModulation)的QIM隱寫算法(參考文B.Chen,andG.W.Wornel1.Quantizationindexmodulation-.aclassofprovablygoodmethodsfordigitalwatermarkingandinformationembedding.IEEETrans.Info.Theory，47(4):1423-1443，May2001)。這是信息隱藏的基本算法之一。由DM-QIM演化得到的隱寫還包括標(biāo)量Costa方案(SCS,ScalarCostaScheme)[3]、基于抖動(dòng)補(bǔ)償(DC,DistortionCompensation)的QIM(DC-QIM)[2]和具有統(tǒng)計(jì)特性恢復(fù)的DC_QIM[4]等(參考文獻(xiàn)[3]J.J.Eggers,R.Bauml,R.Tzschoppe,andB.Girod.ScalarCostaSchemeforInformationEmbedding,IEEETrans.SignalProcessing,51(4)1003-1019,April2003；參考文獻(xiàn)[4]K.Solanki,K.Sullivan,U.Madhow,B.S.Manjunath,andS.Chandrasekaran.StatisticalRestorationforRobustandSecureSteganography.IEEEInt.Conf.ImageProcessing,Sep.11-14,2005，Genoa,ITALY,pp.2237—2240)。(2)最低有效位(LSB，LeastSignificantBit)類隱寫算法。LSB算法通過修改空間域或變換域的最低有效位(或衍生為次低有效位，MiddleLeastSignificantBit)的方法嵌入隱蔽信息。目前主要使用的變換域包括空域、時(shí)域、JPEG量化系數(shù)和MP3量化系數(shù)等?？沼虻腖SB隱寫軟件主要包括WBstego、Txt2Bmp、Steghide、S-Tools,HermeticStego、WhiteNoiseStorm,Z-File和“輕松圖片加密”等，支持JPEG圖像LSB隱寫的軟件主要包括JSteg、F3、F4等。F3和F4只在非O值系數(shù)上嵌入并且引入了略為復(fù)雜的嵌入策略減少嵌入帶來的統(tǒng)計(jì)變化。MP3Stego[5]通過調(diào)整MP3編碼過程在編碼塊長(zhǎng)度的LSB中進(jìn)行嵌入。(參考文獻(xiàn)[5]FabienA.P.Petitcolas.MP3Stegovl.1.18.http//www.petitcolas.net/fabien/software/MP3Stego_l_l_18.zip.2006)(3)矩陣編碼類隱寫算法。F5[6，7]方法是F3和F4的改進(jìn)版本，但是，F(xiàn)5具有的特點(diǎn)已經(jīng)很不同于基于擴(kuò)展LSB的F3和F4，它引入了系數(shù)置舌L、矩陣編碼，并使用了正奇數(shù)和負(fù)偶數(shù)表達(dá)1、負(fù)奇數(shù)和正偶數(shù)表達(dá)O等措施，因此具有獨(dú)特的性質(zhì)。MME(ModifiedMatrixEncoding，修改矩陣編碼)算法[8]將原有的矩陣編碼對(duì)單一位置進(jìn)行修改擴(kuò)展為可以對(duì)多個(gè)位置進(jìn)行修改，找到一個(gè)最低擾動(dòng)的位置組合，達(dá)到抵御通用分析的效果(參考文獻(xiàn)[6]A.Westfeld.F5-ASteganographicAlgorithm.InProc.IH'OLLNCS2137:289-302，Springer-Verlag,2001；參考文獻(xiàn)[7]Andreasffestfeld.F5vll.http://wwwl.inf.tu-dresden.de/aw4/publications.html,2008；參考文獻(xiàn)Y.Kim,Ζ.Duric,andD.Richards.ModifiedMatrixEncodingTechniqueforMinimalDistortionSteganography.IH'2006，LNCS,4437:314_327，Springer-Verlag,2007.)。(4)基于感知自適應(yīng)的隱寫方法。基于擴(kuò)頻的方法[9]也是較早出現(xiàn)的信息隱藏技術(shù)之一，它在數(shù)字媒體的空間域或變換域嵌入代表隱藏信息的偽隨機(jī)噪聲序列，提取算法通過計(jì)算相關(guān)性接受這些信息。該方法在隱寫也有應(yīng)用[10]。當(dāng)前主要出現(xiàn)了基于感知特性自適應(yīng)的DC-QIM[11]、擾動(dòng)量化(PQ,PerturbedQuantization)[12]和擴(kuò)頻技術(shù)等的隱寫，其中一些方法已經(jīng)得到新的改進(jìn)，如出現(xiàn)了基于能量自適應(yīng)的PQe和基于紋理自適應(yīng)的PQt[13]。面向音頻出現(xiàn)了基于正交頻分復(fù)用的隱寫[14]([9]I.Cox，J.Kilian,Τ.Leighton,andΤ.Shamoon.SecureSpreadSpectrumWatermarkingforMultimedia.IEEETrans.ImageProcessing,6(12):1673-1678，1997；參考文獻(xiàn)[10]L.Marvel,C.G.Boncelet,Jr,andC.T.Retter,SpreadSpectrumImageSteganography,IEEETrans.ImageProcessing,8(8):1075-1083，1999；參考文獻(xiàn)[11]Κ·Solanki，N.Jacobsen,U.Madhow,B.S.Manjunath,andS.Chandrasekaran.RobustImage-AdaptiveDataHidingUsingErasureandErrorCorrection.IEEETrans.ImageProcessing,vol.13(12):1627-1639，Dec.2004；參考文獻(xiàn)[12]J.Fridrich,Μ.Goljan,andD.Soukal.PerturbedQuantizationSteganography.MultimediaSystems,11(2):98_107,2005；參考文獻(xiàn)[13]J.Fridrich,TomasPevny,andJanKodovsky.StatisticallyUndetectableJPEGSteganography:DeadEndsChallenges,andOpportunities.Proc.MM&Sec2007,pp.3-14，ACMPress,2007；參考文獻(xiàn)[14]S.Wang,X.Zhang,andK.Zhang.DataHidinginDigitalAudiobyFrequencyDomainDithering.LNCS2776:383_394,Springer-Verlag,2003)。(5)調(diào)色板及索引的隱寫算法。GifShuffle隱寫軟件[15]實(shí)現(xiàn)了基于改動(dòng)調(diào)色板的方法不改動(dòng)圖像顏色，而是改變調(diào)色板顏色索引值的排列順序，并結(jié)合密鑰用特定的排列順序表達(dá)隱藏信息。其它方法包括利用亮度序號(hào)的奇偶性[16]、RGB顏色分量的算術(shù)值[17]以及最佳奇偶分配(OPA，OptimalParityAssignment)法[18]等(參考文獻(xiàn)[15]TheGifshuffleHomePage.http://www.darkside.com.au/gifshuffle/.2003；參考文獻(xiàn)[16]R.Machado.EzStegov2.0,http://www.stego.com.2010；參考文獻(xiàn)[17]J.FridrichandΜ.Goljan.Anewsteganographicmethodforpaletteimage.InIS&TPICS,Savannach,Georgia,1999，pp.285-289；參考文獻(xiàn)[18]J.FridrichandD.Rui.SecureSteganographicMethodforPaletteImages.InProc.IH'99,LNCS176847-60，Springer-Verlag,2000)。(6)鑰控變換或者嵌入位置下的隱寫。為了提高安全性，一些變換域水印算法轉(zhuǎn)而基于在密鑰控制的變換域中嵌入數(shù)字水印[19，20，21]，也有的用密鑰選擇嵌入位置[22]。當(dāng)前，這個(gè)方法已經(jīng)被逐漸用于隱寫領(lǐng)域，主要包括基于嵌入位置漂移的YASS算法[23]和基于密鑰控制的DCT、DFT和小波變換的信息隱藏方法[24]。基于鑰控變換的隱藏方法，由于分析者難以得到準(zhǔn)確的嵌入域，在猜測(cè)的嵌入域中，隱藏信號(hào)的能量一般擴(kuò)散到原來未嵌入的位置，因此這些方法能夠削弱隱寫帶來的特征，并且分析者的猜測(cè)參數(shù)也會(huì)干擾觀察的效果(參考文獻(xiàn)[19]J.Fridrich,A.C.Baldoza,andR.J.Simard.RobustDigitalWatermarkingBasedonKey-dependentBasisFunctions,InProc.IH'98,D.Aucsmith,ed.，Portland,OR,USA,15-17April,1998,LNCS,vol.1525,pp.143-157，Springer-Verlag,1998；參考文獻(xiàn)[20]W.Dietl,P.Meerwald,andA.Uhl.ProtectionofWavelet-basedWatermarkingSystemsUsingFilterParametrization.SignalProcessing,83(2003):2095_2116，2003；參考文獻(xiàn)[21]Χ.F.Zhao,B.B.Xia,andY.Deng.StrengtheningQIM—basedWatermarkingbyNon-uniformDiscreteCosineTransform.InProc.IH'08，LNCS5284:309_324，Springer-Verlag,2008；參考文獻(xiàn)[22]N.ProvosandP.Honeyman.Hideandseek:Anintroductiontosteganography.IEEESecurity&Privacy，vol.1(3):32_44，2003；參考文獻(xiàn)[23]K.Solanki，A.Sarkar,andB.S.Manjunath.YASS:YetAnotherSteganographySchemeThatResistsBlindSteganalysis.Proc.IH'07，LNCS,vol.4567,pp.16-31,Springer-Verlag,2008’參考文獻(xiàn)[24]鄧藝，趙險(xiǎn)峰，馮登國(guó).基于非均勻DCT的量化索引調(diào)制隱寫，電子與信息學(xué)報(bào)，32(2)323-328,2010)。(7)其它隱蔽性得到提高的隱寫。還有一些原來被認(rèn)為容易泄漏特征的隱寫算法得到了改進(jìn)，這些新改進(jìn)的隱寫方法包括能夠保持直方圖特征的LSB隱寫、能夠反RQP分析的彩色圖像隱寫、反調(diào)色板分析的隱寫等。(8)基于冗余文件格式的方法。一些多媒體文件格式在文件頭或文件末尾附加隱蔽信息°此類方法已經(jīng)在Hide2BMP、BmpData、Emptyic、Steganography、Masker、AppendX、DStego、“BMP文件隱藏加密器”、“臥虎藏龍”、“滲透”和“加密奇兵”等隱寫工具中實(shí)現(xiàn)。隱寫的危害性主要有如下兩點(diǎn)(1)隱寫術(shù)是主要的泄密方法。根據(jù)國(guó)外媒體的報(bào)道和相關(guān)公司的報(bào)告[25，26，27]，恐怖組織可能通過隱寫對(duì)其成員傳達(dá)指令。此外，其他犯罪組織也可能利用隱寫術(shù)進(jìn)行通信，將機(jī)密信息隱藏在正常圖像或音頻中進(jìn)行泄密，以逃避有關(guān)部門的注意(參考文獻(xiàn)[25]C.Hosmer，ChristopherHyde.WhatYouCan'tSeeCanHurtYou…TheDangerofSteganography.TheSecurityJournal.SecurityHorizon,Inc.vol.4，pp.4—6，2000；參考文獻(xiàn)[26]J.Kelley.TerrorGroupsHidebehindWebEncryption.USAToday,http://www.usatoday.com/tech/news/2001-02-05-binladen.htm.2010；參考文獻(xiàn)[27]D.Sieberg.BinLadenExploitsTechnologytoSuitHisNeeds,CNN,http://edition,cnn.com/2001/US/09/20/inv.terrorist,search/.2010)。(2)隱寫文件可以自由穿透防火墻。高隱蔽性隱寫工具并不改變?cè)休d體的大部分特征(文件格式和大小)，對(duì)信號(hào)的視覺或聽覺特征改變量很小。直接發(fā)送某份敏感文件可能會(huì)被防火墻阻擋，但是，將其嵌入圖像或音頻載體后，生成的隱寫文件即可以穿過防火墻。接收者可以正確獲取隱蔽信息。而且從系統(tǒng)日志看，隱寫通信和一般通信沒有區(qū)別。隱寫分析技術(shù)試圖發(fā)現(xiàn)隱寫的存在性，然而，現(xiàn)有的隱寫分析技術(shù)普遍在適用面、可靠性和實(shí)時(shí)性等方面存在局限(1)專用分析方法是針對(duì)特定的一種或幾種隱寫算法而設(shè)計(jì)的分析方法。此類方法雖然準(zhǔn)確率較高，但適用面窄。即使一個(gè)圖像或音頻樣本通過了某幾項(xiàng)針對(duì)性分析，并無法排除其為隱寫文件的可能性。(2)通用分析方法是指不針對(duì)特定的隱寫算法、而根據(jù)圖像特征來判斷是否隱寫的分析方法。此類方法受到圖像特征差異的影響嚴(yán)重，其準(zhǔn)確率普遍不是很高。大多分析技術(shù)預(yù)設(shè)信源分布模型，實(shí)際使用中相機(jī)或錄音設(shè)備采集的圖像或音頻不可能完全遵照某種分布模型。如果出現(xiàn)大量誤判，隱寫文件仍有可能通過分析，逃過檢查。(3)大部分隱寫分析算法復(fù)雜度高，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。很多隱寫分析算法還需要根據(jù)待測(cè)圖像或音頻，選擇特征相近的大量圖像或音頻進(jìn)行分析針對(duì)性訓(xùn)練。而每時(shí)每刻信道上的圖像或音頻格式變化多樣，一一分析將造成反映時(shí)間長(zhǎng)，傳輸速度降低。這些因素限制了隱寫檢測(cè)在實(shí)時(shí)環(huán)境中的應(yīng)用。在本發(fā)明領(lǐng)域已有的相關(guān)發(fā)明的情況如下申請(qǐng)?zhí)枮?00810152339.8的文獻(xiàn)“數(shù)字音視頻信息隱藏過濾方法”針對(duì)防范在視頻中進(jìn)行隱寫，提出一種包括音視頻復(fù)用模塊、隱藏分析模塊、格式冗余處理模塊、隱藏加擾模塊和復(fù)用封裝模塊的音視頻信息隱藏過濾方法，根據(jù)隱寫分析的結(jié)果決定對(duì)音視頻進(jìn)行弱擾動(dòng)或強(qiáng)擾動(dòng)，但該發(fā)明與本發(fā)明有重要區(qū)別。首先，該發(fā)明提到的音視頻是通常所說的視頻，即視頻流和音頻流的合體，其中音頻流僅指視頻伴音。而本發(fā)明所針對(duì)的是圖像隱寫防范和音頻隱寫防范；其次，該發(fā)明基于隱寫分析進(jìn)行隱寫過濾，因此計(jì)算代價(jià)較高，而本發(fā)明根據(jù)用戶預(yù)設(shè)置的方案確定具體處理操作，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；第三，該發(fā)明將音視頻的視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)解碼到空域或時(shí)域，而本發(fā)明根據(jù)用戶設(shè)置，可以解碼到空域或時(shí)域，也可以只解碼到頻域系數(shù)或頻域量化系數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于，本發(fā)明提出一種多種圖像和音頻隱寫防范方法，利用隱寫術(shù)容易被主動(dòng)攻擊所干擾的特點(diǎn)，用對(duì)圖像和音頻擾動(dòng)、信號(hào)處理和再編碼的隱寫防范方法干擾隱寫圖像和隱寫音頻的傳輸，在在兼顧實(shí)時(shí)性及不影響網(wǎng)絡(luò)通信正常傳輸?shù)那闆r下，提供多種可靠的圖像和音頻隱寫防范方法以及相關(guān)的防范框架，使接收方無法用和發(fā)送方相同的參數(shù)正確提取信息，隱寫者難以基于圖像或音頻隱寫進(jìn)行保密通信或者泄密。本發(fā)明提出的圖像和音頻隱寫防范方法，它們適合部署在網(wǎng)關(guān)或者防火墻等通信設(shè)備中。其方法是，從通信信道中截獲傳輸?shù)奈募冸x出圖像或音頻，解碼該圖像或音頻，并進(jìn)行擾動(dòng)、處理和再編碼等隱寫防范處理，最終形成新的文件并封裝數(shù)據(jù)包提交給接收方。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案總體包括如下步驟(所有方法都由計(jì)算機(jī)軟件完成)(1)截獲通信數(shù)據(jù)包。在網(wǎng)絡(luò)上截獲發(fā)送方傳輸?shù)耐ㄐ艃?nèi)容，并阻止未經(jīng)隱寫防范處理的通信。(2)剝離圖像或音頻。對(duì)截獲的數(shù)據(jù)包中含有可疑形式的文件(包括圖像或音頻文件，圖像或音頻壓縮文件，以及包含上述形式的復(fù)雜格式文檔)進(jìn)行解碼，剝離出圖像或音頻文件。對(duì)于同時(shí)包含圖像和音頻的復(fù)雜格式文檔，將其中圖像和音頻剝離出來并分別處理。(3)解碼圖像或音頻。在對(duì)一個(gè)剝離得到的圖像或音頻文件處理前，先根據(jù)文件頭和內(nèi)容確定文件的具體格式，然后直接解碼到變換域；或者直接解碼到空域或時(shí)域；或者直接解碼到空域或時(shí)域并變換到變換域。。(4)對(duì)步驟(3)得到的圖像或音頻根據(jù)配置進(jìn)行擾動(dòng)、信號(hào)處理和再編碼等隱寫防范處理，或上述形式的復(fù)合。其中擾動(dòng)包括加噪、變形和去同步等。(5)對(duì)處理后的圖像或音頻重新編碼。按照步驟(3)所解碼的圖像或音頻格式，對(duì)步驟(4)處理過的數(shù)據(jù)按照步驟(3)解碼的程度重新編碼。(6)封裝圖像或音頻。按照步驟(1)所截獲通信數(shù)據(jù)包中的圖像或音頻形式，對(duì)步驟(5)處理過的文件重新編碼封裝，即用處理后的圖像或音頻文件替代以前的圖像或音頻文件。(7)繼續(xù)發(fā)送通信數(shù)據(jù)包。對(duì)封裝后的文件，重新封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給接收方。對(duì)于上述圖像和音頻隱寫防范方法步驟(4)，根據(jù)用戶預(yù)設(shè)配置進(jìn)行具體的處理。在采取加噪擾動(dòng)的隱寫防范處理方式時(shí)，可以是如下形式小幅度量化、系數(shù)替換和加高斯噪聲或均勻噪聲等形式。在采取變形擾動(dòng)的防范處理方式時(shí)，可以是如下形式輕微旋轉(zhuǎn)、輕微扭曲等形式，并重采樣。在采取去同步擾動(dòng)的防范處理方式時(shí)，可以是如下形式輕微裁剪和刪除小部分行、列或采樣點(diǎn)等形式。對(duì)于上述圖像和音頻隱寫防范方法步驟(4)，在采取信號(hào)處理的隱寫防范處理方式時(shí)，可以是如下形式再次有損壓縮、重采樣、濾波和其他圖像或音頻處理等形式，或上述形式的復(fù)合。對(duì)于上述圖像和音頻隱寫防范方法步驟(4)，在采取再編碼的隱寫防范處理方式時(shí)，本步驟可以不做任何處理，但步驟(5)所使用的編碼方式或編碼參數(shù)必須不同于步驟⑶。本發(fā)明對(duì)相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
的效果包括(1)能夠有效防止通過圖像和音頻隱寫進(jìn)行信息泄露和非法通信。通過以上隱寫防范的方法，可以有效阻止圖像和音頻隱寫被惡意使用和濫用。在接收方對(duì)本發(fā)明的方法處理過的文件提取隱蔽信息時(shí)，由于無法得到和發(fā)送方一致的圖像或音頻數(shù)據(jù)，因此無法提取隱藏信息。(2)實(shí)時(shí)性。文件編碼解碼工作不必做分類訓(xùn)練等復(fù)雜運(yùn)算，耗時(shí)較短，可以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的需要。例如，防火墻可以安裝隱寫防范模塊或者使用隱寫防范服務(wù)，同時(shí)滿足對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)消息報(bào)文不造成太大的延遲。(3)不可感知性。經(jīng)過本發(fā)明的處理方法和框架改動(dòng)過的圖像或音頻，接收方在視覺和聽覺上難以察覺處理過程的存在性。圖1是本發(fā)明的圖像和音頻隱寫防范方法流程示意圖；圖2是本發(fā)明的圖像和音頻文件剝離模塊流程示意圖；圖3是本發(fā)明的圖像解碼模塊流程示意圖；圖4是本發(fā)明的音頻解碼模塊流程示意圖；圖5是本發(fā)明的圖像加擾處理模塊流程示意圖；圖6是本發(fā)明的音頻加擾處理模塊流程示意圖；圖7a是發(fā)送方嵌入的信息；圖7b是對(duì)未經(jīng)本發(fā)明提出的方法處理的隱寫圖用F5隱寫軟件提取時(shí)的輸出信息；圖7c是對(duì)經(jīng)本發(fā)明提出的方法處理后的隱寫圖用F5隱寫軟件所提取時(shí)的出錯(cuò)提/J^fn息。具體實(shí)施例方式本發(fā)明所提出的圖像和音頻隱寫防范方法適用于任何圖像和音頻文件，以及可能包含圖像或音頻文件的復(fù)雜格式文檔。其主要過程框架包括圖像和音頻截取模塊、圖像和音頻剝離模塊、圖像和音頻解碼模塊、圖像和音頻隱寫防范處理模塊、圖像和音頻再編碼模塊、圖像和音頻封裝模塊和圖像和音頻繼發(fā)模塊等7個(gè)模塊。用本發(fā)明的框架在通信信道上截獲并分別擾動(dòng)通信數(shù)據(jù)中的圖像和音頻數(shù)據(jù)成分，達(dá)到隱寫防范的目的。下面結(jié)合附圖和實(shí)施示例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述。本發(fā)明對(duì)圖像和音頻隱寫防范的整體流程框架，分為7個(gè)模塊，如圖1所示。通信數(shù)據(jù)包截取模塊(模塊A)是整個(gè)流程框架的開始部分，截獲通信內(nèi)容數(shù)據(jù)包，為后續(xù)環(huán)節(jié)處理的基礎(chǔ)。圖像和音頻剝離模塊(模塊B)是整個(gè)流程框架的基礎(chǔ)部分，為后續(xù)環(huán)節(jié)提供可處理的圖像和音頻文件。圖像和音頻解碼模塊(模塊C)通過文件頭和文件內(nèi)容判斷圖像或音頻的編碼格式，找到對(duì)應(yīng)解碼器進(jìn)行解碼，得到空域像素值數(shù)據(jù)、時(shí)域幅值數(shù)據(jù)或變換域系數(shù)值數(shù)據(jù)。圖像和音頻處理模塊(模塊D)通過對(duì)圖像或音頻進(jìn)行隱寫防范處理，具體包括擾動(dòng)、信號(hào)處理和再編碼等隱寫防范處理。其中擾動(dòng)包括加噪、變形和去同步等。隱寫防范處理破壞發(fā)送方傳遞給接收方的載體，是本框架的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。圖像和音頻再編碼模塊(模塊E)將處理后的圖像或音頻按照原有格式編碼為圖像或音頻文件。圖像和音頻封裝模塊(模塊F)按模塊A中圖像或音頻的表示形式將處理后的圖像或音頻封裝替代原有圖像和音頻。通信數(shù)據(jù)包繼發(fā)模塊(模塊G)是框架的最后一個(gè)處理環(huán)節(jié)，將前面環(huán)節(jié)生成的新文件封裝成數(shù)據(jù)包繼續(xù)發(fā)送給接收者。接收者受到的圖像或音頻和發(fā)送者不一致，也就無法提取出正確的隱蔽信息。本發(fā)明的模塊A的功能為，從發(fā)送方截獲通信內(nèi)容數(shù)據(jù)包，并阻止未經(jīng)隱寫防范處理的傳輸。本發(fā)明的模塊B的功能為，將圖像或音頻從復(fù)雜的格式文檔中剝離出來，如圖2所示。圖像或音頻文件在截獲數(shù)據(jù)中的存在形式一般包括三類圖像或音頻文件、復(fù)雜格式文檔或壓縮文件。模塊B重點(diǎn)監(jiān)測(cè)這三類文件，并作相應(yīng)處理(1)如果截獲的數(shù)據(jù)是格式文檔(如Word文檔、PowerPoint幻燈片和RTF文檔等)，則查找文檔內(nèi)是否含有圖像或音頻對(duì)象；(2)如果截獲的數(shù)據(jù)是壓縮文件，則對(duì)其解壓縮并查找其中是否含有圖像或音頻文件；(3)如果截獲的數(shù)據(jù)是圖像或音頻文件，則直接剝離并輸出；(4)上述條件(1)、(2)中剝離的文件，如果包含復(fù)雜格式文檔，則按條件(1)處理；如果包含壓縮文件則按條件(2)處理；如果包含圖像或音頻文件，則按條件(3)處理。本發(fā)明的模塊C的功能為，對(duì)圖像或音頻文件進(jìn)行解碼，直接解碼到變換域；直接解碼到空域或時(shí)域；直接解碼到空域或時(shí)域并變換到變換域，并且可以對(duì)整個(gè)文件解碼或?qū)ζ渲械囊徊糠治募K進(jìn)行解碼。模塊C的圖像解碼部分如圖3所示。模塊C將圖像文件保存為空域的像素值數(shù)據(jù)或變換域的系數(shù)值數(shù)據(jù)。其中，變換域包括離散余弦變換(DCT)域、DCT量化域、離散傅立葉變換(DFT)域、非均勻NDCT域、非均勻NDFT域、離散小波(DWT)域及其他形式的變換域。對(duì)于圖像文件保存為空域像素值數(shù)據(jù)時(shí)，采用下述方法處理(1)如果圖像為位圖文件，則直接保存為像素值數(shù)據(jù)；(2)如果圖像為無損壓縮的文件，則根據(jù)相應(yīng)編碼表解壓縮保存其像素值數(shù)據(jù)；(3)如果圖像為索引圖像，則根據(jù)查找相應(yīng)索引保存其像素值數(shù)據(jù)；(4)如果圖像為有損壓縮圖像，則根據(jù)其編碼器解碼至空域保存。對(duì)于圖像文件保存為變換域的系數(shù)值數(shù)據(jù)時(shí)，采用下述方法處理(1)如果圖像為有損壓縮圖像，并且其表示的域和指定保存的目標(biāo)變換域一致，則將其解碼至變換域保存；(2)如果圖像不為有損壓縮圖像，或其表示的域和指定保存的目標(biāo)變換域不一致，則將其解碼至空域，再變換至變換域保存。模塊C的音頻解碼部分如圖4所示。模塊C將音頻文件保存為時(shí)域的幅值數(shù)據(jù)或變換域的系數(shù)值數(shù)據(jù)。對(duì)于音頻文件保存為時(shí)域幅值數(shù)據(jù)時(shí)，采用下述方法處理(1)如果音頻為波形聲音文件，則直接保存為時(shí)域幅值數(shù)據(jù)；(2)如果音頻為無損壓縮的文件，則根據(jù)相應(yīng)編碼表解壓縮保存其時(shí)域幅值數(shù)據(jù)；(3)如果音頻為有損壓縮音頻，則根據(jù)其編碼器解碼至?xí)r域保存其時(shí)域幅值數(shù)據(jù)；對(duì)于音頻文件保存為變換域數(shù)據(jù)時(shí)，采用下述方法處理(1)如果音頻為有損壓縮音頻，并且其表示的域和指定保存的目標(biāo)變換域一致，則將其解碼至變換域保存；(2)如果音頻不為有損壓縮音頻，或其表示的域和指定保存的目標(biāo)變換域不一致，則將其解碼至?xí)r域，再變換至變換域保存。本發(fā)明的模塊D對(duì)圖像或音頻進(jìn)行隱寫防范處理，其中包括擾動(dòng)、信號(hào)處理和再10編碼或上述三種方式的復(fù)合，其中擾動(dòng)的方法為加噪、變形和去同步。其中對(duì)圖像數(shù)據(jù)的處理如圖5所示，對(duì)音頻數(shù)據(jù)的處理如圖6所示。本發(fā)明的模塊D對(duì)圖像或音頻進(jìn)行加噪擾動(dòng)時(shí)，具體可以是如下方法(1)小幅度量化對(duì)圖像(或音頻)數(shù)據(jù)在空域(或時(shí)域)或其他變換域的幅值，以一個(gè)較小的步長(zhǎng)做標(biāo)量量化，并使用一個(gè)偽隨機(jī)抖動(dòng)。(2)系數(shù)替換將圖像(或音頻)數(shù)據(jù)在空域(或時(shí)域)或其他變換域中系數(shù)值為Ci的系數(shù)部分(或全部)修改為C」，同時(shí)將系數(shù)值為Cj的系數(shù)部分(或全部)修改為Ci。(3)添加噪聲對(duì)圖像(或音頻)數(shù)據(jù)在空域(或時(shí)域)或其他變換域的幅值矩陣，加上一個(gè)微弱的噪聲信號(hào)矩陣，得到新的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的模塊D對(duì)圖像或音頻進(jìn)行變形擾動(dòng)時(shí)，具體可以是如下方法(1)輕微旋轉(zhuǎn)隨機(jī)或固定選取圖像某一點(diǎn)，將圖像旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小的角度，并重新采樣。(2)輕微扭曲將圖像的某幾個(gè)端點(diǎn)移動(dòng)位置，并重新采樣。經(jīng)過上述變換的圖像或音頻，需要重新采樣，以使計(jì)算機(jī)可以表示其內(nèi)容。本發(fā)明的模塊D對(duì)圖像或音頻進(jìn)行去同步擾動(dòng)時(shí)，具體可以是如下方法(1)輕微裁剪沿著圖像(或音頻)數(shù)據(jù)的邊緣，刪除若干條邊(或若干個(gè)點(diǎn))。(2)剔除線條在圖像數(shù)據(jù)空域左上角像素點(diǎn)附近的位置及圖像右下角像素點(diǎn)附近的位置隨機(jī)各選取一個(gè)點(diǎn)，并連成一條直線。將該直線在圖像中經(jīng)過的像素點(diǎn)刪除，然后把被切割的兩部分圖像合并。(3)剔除采樣點(diǎn)從音頻數(shù)據(jù)時(shí)域幅值采樣點(diǎn)中均勻地隨機(jī)選擇刪除一部分采樣點(diǎn)ο經(jīng)過上述變換的圖像或音頻，可以重新采樣，也可以不重新采樣。本發(fā)明的模塊D對(duì)圖像或音頻進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，具體可以是如下方法(1)再次有損壓縮。對(duì)圖像或音頻數(shù)據(jù)按有損壓縮編碼方式或經(jīng)改造的方式，進(jìn)行有損壓縮編碼。(2)重采樣對(duì)圖像或音頻數(shù)據(jù)按照一定比例縮放，或按一定精度重新采樣。(3)濾波對(duì)圖像或音頻數(shù)據(jù)以一種的濾波器在一定參數(shù)下進(jìn)行濾波處理。本發(fā)明的模塊D對(duì)圖像或音頻進(jìn)行再編碼處理時(shí)，可以不改變圖像或音頻數(shù)據(jù)本身。但是，在模塊E處理時(shí)，須采用與模塊C解碼時(shí)不同的編碼方式或很不相同的參數(shù)。本發(fā)明的模塊D可以根據(jù)用戶的配置選擇隱寫防范方法，例如，小于100K的文件只做濾波變換，大于100萬像素的文件做輕微裁剪等。本發(fā)明的模塊E的功能為，將相應(yīng)的圖像或音頻數(shù)據(jù)編碼成圖像或音頻文件。模塊D采取重編碼處理的，模塊E須采用與模塊C解碼時(shí)不同的編碼方式或很不相同的參數(shù)。模塊D采取其他處理方式的，模塊E可以將處理后的像素值據(jù)按模塊C提取前的格式編碼成相應(yīng)圖像文件，并將處理后的時(shí)域幅值數(shù)據(jù)按模塊C提取前的格式編碼成相應(yīng)音頻文件。本發(fā)明的模塊F的功能為，將模塊E保存的圖像或音頻文件，按照模塊B剝離前的存在形式(例如WordRTF、或RAR等文件格式)重新替換模塊B中的內(nèi)容，并重新封裝成新的文件。本發(fā)明的模塊G的功能為，將模塊F封裝后的數(shù)據(jù)形式，按照模塊A截獲前的存在形式繼續(xù)發(fā)送給接收方。本發(fā)明所提出的方法可以達(dá)到破壞接收方使之無法得到正確隱蔽信息的效果。以發(fā)送方使用F5隱寫工具為例，具體實(shí)施效果如圖7a-圖7c所示。發(fā)送方選擇一幅隱寫底圖，即載體圖；發(fā)送方用F5隱寫工具對(duì)該載體圖進(jìn)行隱寫，其嵌入的隱蔽信息的密文形式如圖7a所示，嵌入后的隱寫圖和載體圖十分相似。發(fā)送方將該隱寫圖發(fā)送給接收方，在未經(jīng)本發(fā)明提出的方法處理的隱寫圖使用通信雙方事前約定的口令所提取的信息時(shí)F5隱寫工具的命令行輸出結(jié)果如圖7b所示，提取的結(jié)果和圖7a所示一致?？梢钥闯鼋邮辗綔?zhǔn)確得到了加密后的消息，解密后即可得到隱蔽信息。發(fā)送方經(jīng)本發(fā)明提出的方法處理后的隱寫圖和原隱寫圖也十分相似；經(jīng)本發(fā)明提出的方法處理后的隱寫圖使用通信雙方事前約定的口令所提取時(shí)F5隱寫工具提示的錯(cuò)誤信息，如圖7c所示，提取的文件為空?？梢钥闯?，接收方無法獲得正確的密文或部分正確的密文，從而也就無法解密獲得正確的消息。權(quán)利要求一種基于圖像和音頻再編碼處理的隱寫防范方法，包括以下步驟1)通過監(jiān)聽信道，從發(fā)送方截獲傳輸中的文件或數(shù)據(jù)包，阻止未經(jīng)隱寫防范處理的通信；2)對(duì)截獲的文件或數(shù)據(jù)包進(jìn)行剝離，提取出圖像和音頻文件；3)根據(jù)提取出的圖像和音頻文件的文件頭和內(nèi)容確定文件的格式，然后進(jìn)行解碼，得到圖像數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)；4)對(duì)步驟3)得到的圖像或音頻采用預(yù)先設(shè)置的隱寫防范方法進(jìn)行處理；5)按照步驟3)所解碼的圖像和音頻的格式，對(duì)步驟4)處理過的文件按照步驟3)解碼的程度重新編碼；6)按照步驟1)所截獲圖像和音頻的存在形式，對(duì)步驟5)處理過的文件重新封裝，替代截獲的文件或數(shù)據(jù)包；7)對(duì)步驟6)封裝后的數(shù)據(jù)包，繼續(xù)發(fā)送給接收方。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)對(duì)截獲的數(shù)據(jù)包作如下處理(2-1)如果截獲的數(shù)據(jù)是格式文檔，包括Word文檔、PowerPoint幻燈片和RTF文檔，則查找文檔內(nèi)是否含有圖像或音頻對(duì)象；(2-2)如果截獲的數(shù)據(jù)是壓縮文件，則對(duì)其解壓縮并查找其中是否含有圖像或音頻文件；(2-3)如果截獲的數(shù)據(jù)是圖像或音頻文件，則直接剝離并輸出。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)進(jìn)行解碼時(shí)，對(duì)其中的一部分文件塊解碼或?qū)φ麄€(gè)文件解碼。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)進(jìn)行解碼時(shí)，包括如下方式直接解碼到變換域；直接解碼到空域或時(shí)域；直接解碼到空域或時(shí)域并變換到變換域。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4)進(jìn)行隱寫防范處理時(shí)，采取擾動(dòng)或者信號(hào)處理或者再編碼的方法進(jìn)行處理，或者上述方法的復(fù)合；其中，采取擾動(dòng)處理時(shí)，采用加噪擾動(dòng)、變形擾動(dòng)或去同步擾動(dòng)的方法。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在采取加噪擾動(dòng)時(shí)，采用下列方法的一種或幾種1)小幅度量化對(duì)圖像或音頻數(shù)據(jù)在空域或時(shí)域或其他變換域的幅值，以一個(gè)設(shè)定的步長(zhǎng)做標(biāo)量量化，并使用一個(gè)偽隨機(jī)抖動(dòng)；2)系數(shù)替換將圖像或音頻數(shù)據(jù)在空域或時(shí)域或其他變換域中系數(shù)值為Ci的系數(shù)部分或全部修改為…，同時(shí)將系數(shù)值為…的系數(shù)部分或全部修改為Ci；3)添加噪聲對(duì)圖像或音頻數(shù)據(jù)在空域或時(shí)域或其他變換域的幅值矩陣，加上一個(gè)微弱的噪聲信號(hào)矩陣，得到新的數(shù)據(jù)。7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于對(duì)圖像或音頻，在變形擾動(dòng)時(shí)，采用下列方法的一種或兩種7-1)輕微旋轉(zhuǎn)隨機(jī)或固定選取圖像某一點(diǎn)，將圖像旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，并重新采樣；7-2)輕微扭曲將圖像的某幾個(gè)端點(diǎn)移動(dòng)位置，并重新采樣。8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)圖像或音頻，在去同步擾動(dòng)時(shí)，采用下列方法的一種或幾種8-1)輕微裁剪沿著圖像或音頻數(shù)據(jù)的邊緣，刪除若干條邊或若干個(gè)點(diǎn)；8-2)剔除線條在圖像中隨機(jī)選取不重合的兩個(gè)點(diǎn)，并連成一條直線，將該直線在圖像中經(jīng)過的像素點(diǎn)刪除，然后把被切割的兩部分圖像合并；8-3)剔除采樣點(diǎn)從音頻數(shù)據(jù)時(shí)域幅值采樣點(diǎn)中均勻地隨機(jī)選擇刪除一部分采樣點(diǎn)。9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于對(duì)圖像或音頻，在信號(hào)處理時(shí)，采用下列方法的一種或幾種9-1)再次有損壓縮，對(duì)圖像或音頻數(shù)據(jù)按有損壓縮編碼方式或經(jīng)改造的方式，進(jìn)行有損壓縮編碼；9-2)重采樣對(duì)圖像或音頻數(shù)據(jù)按照設(shè)定比例縮放，或按設(shè)定精度重新采樣；9-3)濾波對(duì)圖像或音頻數(shù)據(jù)以一種濾波器在設(shè)定參數(shù)下進(jìn)行濾波處理。10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)圖像或音頻，在再編碼時(shí)，不改變圖像或音頻數(shù)據(jù)本身，而步驟5)與步驟3)解碼時(shí)采用不同的編碼方式或不相同的參數(shù)。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于圖像和音頻再編碼處理的隱寫防范方法，包括步驟1)通過監(jiān)聽信道，從發(fā)送方截獲傳輸中的文件或數(shù)據(jù)包；2)對(duì)截獲的文件或數(shù)據(jù)包提取出圖像和音頻文件；3)根據(jù)提取出的圖像和音頻文件的文件頭和內(nèi)容確定文件的格式，進(jìn)行解碼，得到圖像和音頻數(shù)據(jù)；4)對(duì)得到的圖像或音頻數(shù)據(jù)采用隱寫防范方法進(jìn)行處理；5)按照解碼時(shí)的圖像和音頻的格式，對(duì)步驟4)處理過的文件重新編碼；6)按照截獲圖像和音頻的存在形式，對(duì)步驟5)處理過的文件重新封裝；7)繼續(xù)發(fā)送給接收方。本發(fā)明的方法能夠有效防止通過圖像和音頻隱寫進(jìn)行信息泄露和非法通信，接收方由于無法得到和發(fā)送方一致的圖像或音頻數(shù)據(jù)，無法提取隱藏信息。文檔編號(hào)G06T1/00GK101908203SQ20101023047公開日2010年12月8日申請(qǐng)日期2010年7月13日優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日發(fā)明者馮登國(guó),趙險(xiǎn)峰,黃煒申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院軟件研究所