广义隐写编码与多载体安全隐写研究

数字隐写领域的新学术问题不断涌现，本项目将从三方面开展前沿的隐写研究。首先突破二、三元隐写编码的局限，发展广义隐写编码方法：基于分层机制构造适合于动态调整范围的隐写编码，"失真－嵌入率"性能接近理论极限；在统计约束条件下实施隐写编码，既降低隐写失真又保证统计特性无异常。其次发展安全的多载体批量隐写方法以对抗联合分析和信道干扰：求解秘密信息在不同载体的最佳分配方式，保证多载体统计特性分布无异常；将秘密信息分解隐藏于多个载体，由部分含密载体即可提取全部秘密信息；在统一框架下融合数据分解、纠错编码与隐写编码三种机制，同时保证多载体批量隐写的稳健性和隐蔽性。最后推动隐写安全性理论发展：定量分析多种统计特征和统计模型的相关性和互补性，建立包含多种特征及相互关系的完备特征系统，评估多载体隐写系统的安全性；考虑隐写编码可降低数据修改量，研究隐写编码安全嵌入容量。项目成果对国家安全和信息安全有重要意义。

本项目开展广义隐写编码和多载体安全隐写研究，对信息安全有重要意义。在广义隐写编码方面取得了一系列重要成果：基于多层结构的高效湿纸编码嵌入方法，将载体数据的多层结构中引入均衡修改策略尽可能利用可变数据密集区负载秘密信息，既不改动不可变数据又提高了嵌入效率，增强了隐写安全性；适合于载体数据较大幅度改变的隐写编码方法，利用数据多进制表示和网格编码机制突破了二、三元嵌入的限制，可承载较大嵌入量，并可生成一族优异的高效隐写编码方法，性能接近理论界；基于多叉树结构的隐写编码方法等。提出了多载体批量隐写机制，与隐写编码技术相结合可进一步提高统计隐蔽性，并可对抗信道不稳定引起的数据丢失情况，仅获得部分含密载体也可恢复秘密信息。在安全隐写方法方面取得多项成果：为对抗主流的隐写分析方法，综合考虑DCT系数的块内残差、块间残差以及系数值三方面因素设计了新的隐写失真代价函数，利用STC将秘密信息嵌入到JPEG图像中，使得含密图像的失真代价总和最小，达到安全隐写的目的；基于VLC映射思想提出在JPEG比特流中进行信息嵌入的无损隐藏方法，保存文件尺寸的同时提高了嵌入容量，且视觉质量并无下降；以及基于局部特性的自适应安全隐写方法等。隐写分析方面的主要成果如下：基于高维特征与贝叶斯集成分类进行JPEG隐写分析，根据DCT系数差分之间具有弱相关性设计了7850维差分共生矩阵特征，与非差分共生矩阵特征共同构成隐写分析特征，依据不同子分类器的准确度对所有子分类器的判决结果进行贝叶斯集成优化，显著提升隐写分析准确率；设计了隐写分析高维特征的融合规则，在降低维数的同时提高检测性能，有效击破当前主流的隐写方法；提出基于YCbCr颜色空间的彩色JPEG图像通用隐写分析方法， Markov特征、扩展DCT特征以及共生矩阵特征构成通道内特征，Y通道和Cb、Cr通道之间的差分特征构成通道间特征，由通道内特征和通道间特征分别构成子分类器，融合两类子分类器得到具有最佳检测性能的集成判决结果。另外，提出基于参考量共享机制的数字水印方法，可实现图像的篡改定位和内容恢复，并利用压缩感知和集成重构技术设计具有灵活自恢复质量的数字水印方案；还提出密文图像中的可逆信息隐藏方法、可分离的密文域可逆信息隐藏方法、密文图像的有损压缩和可分级编码方法，推动了密文域信号处理的发展。