可逆数据嵌入编码及其在多媒体安全中的应用

可逆信息隐藏能保证在提取隐藏数据的同时无损重构原始载体，在数字版权保护、图像篡改检测等多媒体安全领域有着重要应用。为了改进各类可逆信息隐藏方法的性能，本项目围绕可逆信息隐藏的核心编码问题- - 可逆数据嵌入编码- - 开展研究。通过结合"载体压缩-数据嵌入"联合编码和"载体解压-数据提取"联合解码，来充分挖掘解码端的边信息，研究接近嵌入效率理论上界的编码构造方法。通过类型转换，将主流的可逆信息隐藏方法纳入统一的编码模型，然后利用编码使嵌入失真最小化，进而改进可逆信息隐藏的传统应用，如图像完整性认证、视频信息标注等。为了适应云计算或社交网络等应用中保护数据私密性的需求，进一步探索在密文域进行可逆信息隐藏的方法。本项目旨在从编码角度将可逆信息隐藏的研究推向更深入的层次。研究成果在多媒体文件管理、传输与认证等领域具有广阔的应用前景，并为分布式存储环境中多媒体数据的隐私保护提供新思路。

可逆隐藏是信息隐藏的一个分支。可逆性指接收方不仅可以提取消息还可以无损重构载体。这种技术在数据标注和认证等领域有重要应用。本项目研究可逆隐藏的最优编码理论，以及可逆隐藏的算法设计和应用，取得了以下成果：.1. 构造最优可逆隐藏编码。早在2002年，两位IEEE Fellow，Kalker 和 Willems，就建立了可逆隐藏的理论模型，证明了可逆隐藏的率失真界。但之后十年，如何实现可逼近理论界的编码一直是可逆隐藏领域待解决的核心问题。我们在2011年首先针对二元载体得到了可逼近率失真界的递归构造编码方法，然后我们将此方法推广到了多元载体，并进一步扩展使之适用于各种失真度量。而且证明了“只要熵编码可以达到熵，则递归构造可以达到可逆隐藏的率失真界”。这一结果本质上构建了可逆隐藏与信源编码之间的一致关系，也为可逆隐藏算法设计提供了强有力的工具。.2. 改进可逆隐藏算法。因为可逆嵌入编码具有通用性，可以用于各种载体。我们利用最优嵌入编码，改进了二值图像可逆隐藏、灰度图像可逆隐藏和JPEG图像可逆隐藏。.3. 扩展可逆隐藏应用。我们将可逆隐藏应用于多个领域，包括：.1）.借助可逆隐藏引出的一次一密隐写思想，改进了空域图像自适应隐写算法。利用可逆隐藏与自适应隐写的对偶性，提出了新的自适应JPEG隐写算法。.2）.将可逆隐藏扩展到密文域，提出了新的加密图像可逆隐藏框架，可用于加密外包图像的管理。.3）.在数据完整性认证领域，利用可逆隐藏，提出了视频序列、心电图序列、DNA序列的完整性认证和自恢复方案。.4）.发现了可逆隐藏与保序加密之间的联系，提出了半保序加密的概念，并基于最优可逆隐藏编码设计了半保序加密算法。