一种改进的LSB彩色图像信息隐藏方法

摘 要： 为了提高信息隐藏容量，而又保证安全性和不可感知性，对传统基于LSB（Least Significant Bit）的信息隐藏方法进行了以下两方面改进：增加载体空间容量以提高信息隐藏量；引入混沌序列对秘密信息进行加密以提高信息隐藏的安全性。在经典Lena图像上对改进方法进行验证，结果表明该方法在保持载体图像视觉特性和纹理特性的同时，信息隐藏量由原来的12.5%提高到21%，混沌序列的引入不仅使得信息隐藏安全性得到保证，而且也消除了信息提取过程中对原载体的依赖。

关键词： 信息隐藏； LSB； 位图； 混沌序列

中图分类号： TN918?34； TP309 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）09?0088?03

0 引 言

随着Internet技术和多媒体技术的飞速发展，多媒体信息安全问题正日益成为人们关注的焦点[1]。为了确保信息系统的安全，信息加密被广泛应用于各种数据信息系统。与传统加密方法相比，信息隐藏利用人的感觉器官对数字信号的感觉冗余，以数字媒体或数字文件为载体，通过一定的算法将秘密信息隐藏在载体信息中，并且不易被人的知觉系统所觉察，从而达到隐蔽通信的目的[2]，近年来，伴随着各种保护多媒体信息安全技术的出现，信息隐藏已成为一门新的学科展现在学术研究的舞台[3]。

典型的信息隐藏算法按隐秘空间的不同，可以分为时域隐藏算法和频域隐藏算法。LSB[4?6]（最低有效位）是时域信息隐藏技术最常见的算法，它具有嵌入简单、隐藏容量大、很好的不可感知性等优点，因而被广泛应用于图片信息的加密处理[7?9]。近年来，也出现了许多LSB的改进算法，如文献[10]提出一种动态RS隐写分析算法来诊断LSB隐藏技术；文献[11]提出采用反转模式的LSB替代技术对图片信息进行隐藏；李桂芸等提出一种基于图像向量索引奇偶性进行信息隐藏的算法[12]。虽然上述改进算法都在一定程度上对基于LSB的信息隐藏方法进行了改进，但有的只提高了信息隐藏容量，并未考虑容量提高带来的安全性不足和不可感知性较差的问题；有的提高了信息隐藏的安全性，但处理后的图片较原图片失真很多，或者采用的方法较为复杂。基于这些问题，本文提出一种新的LSB改进算法，以兼顾信息隐藏容量和安全性两个方面。

1 改进算法的原理

最低有效位（LSB）嵌入技术是将信息嵌入像素值的最低比特位，并且为了增加信息的安全性，现有的一些算法通过把秘密信息的各位与载体字节中的每一位进行异或运算然后将所得结果存储在最低位，从而达到信息隐藏的目的。很明显采用这种传统方法，像素每一字节中只有最后一位作为载体空间来隐藏信息，隐藏量势必很低；此外，当信息传送到目的地后，信息的提取需要原载体，这会带来操作上的不方便。基于此，本文从以下两个方面对基于LSB的隐藏技术进行改进：

1.1 增加载体容量

根据色彩的生理学理论，人眼对绿色（G）最为敏感，红色（R）次之，而对蓝色最不敏感。众所周知，视觉的亮度公式可用I=0.3R+0.59G+0.11B来进行衡量，即三种基色（R、G、B）对视觉亮度的贡献比例约为1.0∶2.5∶5.0，因此本文考虑用待隐藏信息替换像素RGB亮度分量中不同的最低比特位个数，以实现图片信息的隐藏技术。将经典Lena图像各像素位分别提取并将其转换为二值图像所得到的结果如图1所示。从图1可知，图片信息的低0，1位基本呈现为噪声特征，在视觉上与原图像相关性可以视为0；从低2，3位已经能稍微看出与原图像有较小的相关；而第5，6，7位则包含了图像的大部分信息。从各位对像素值的影响分析，就可以利用低位对视觉的低相关性，将秘密信息数据存放在载体字节的最低1～2位中，这样对载体图像的品质影响人眼是几乎分辨不出来的，也就达到了对秘密信息的安全隐藏。基于上述分析，本文通过改变G分量最低1 b，改变R分量最低2 b，改变B分量最低2 b来增大信息的存储，这样一幅24位位图每像素可隐藏5个比特信息。