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项目 负责人： 宣国荣 同济大学，200 7 年 3 月 29 日

国家自然科学基金委员会 重大研究计划 网络与信息安全资助项目 无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究 （2004年-2006年），编号：90304017 “ 结题报告 ” -------------- 第 1-22 页 “ 现场提问和回 答 ” --------- 第 23-28 页. 项目 负责人： 宣国荣 同济大学，200 7 年 3 月 29 日. “ 无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究 ” 取得的成果.

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项目 负责人： 宣国荣 同济大学，200 7 年 3 月 29 日

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  1. 国家自然科学基金委员会重大研究计划 网络与信息安全资助项目无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究（2004年-2006年），编号：90304017 “结题报告”--------------第1-22页“现场提问和回答”---------第23-28页 项目负责人：宣国荣 同济大学，2007年3月29日

  2. “无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”取得的成果“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”取得的成果 发表论文29篇论文，其中包括在最具影响的国际信息隐藏会议Information Hiding Workshop(IH2005)发表。本研究将数据隐藏与隐写分析结合。研究达到国际上的最前列。 • 已获得发明专利共8个，其中：中国发明专利1个，美国发明专利7个。 • 国际会议论文共14篇，其中： SCI 4篇，ISTP 9篇，EI 8篇 • 中文期刊论文共15篇，其中： EI 3篇。

  3. 3.对数据隐藏的认识通常论文只提出新的或改进的方法。但有人怀疑能否做到“无损数据隐藏”和“隐写分析”。弄清信息论本质,将有助于找到改进“无损数据隐藏”和“隐写分析”的方向和途径，也有利于拓宽其应用。 以下是我们对无损数据隐藏和隐写分析的认识，是本研究工作的基础： • 无损图象数据隐藏：数据隐藏是在图象尺寸不变条件下，保持和增加图象熵。如果不考虑视觉感知，该图象尺寸最大的熵，减去原有图象熵，就是最大可能的数据嵌入容量。（注意这里是数据嵌入而不是数据隐藏。）。如果保持原来图象熵的条件下，将“对视觉无意义的冗余信息，改造成有另外意义的非冗余的嵌入信息”，就是无损图象数据隐藏的本质。 • 图象隐写分析：由于自然图象的连续性，“对视觉无意义的冗余信息”与“对视觉有意义的信息”是相关的。而“嵌入信息” 与“对视觉有意义的信息”是互不相关的。因此通过统计分析，检测出有否“对视觉无意义的冗余信息，改造成有另外意义的非冗余的嵌入信息” ，这就是图象隐写分析。

  4. 3.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”特色之一3.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”特色之一 “用整数小波和直方图调整的图象无损数据隐藏” 原始图象（BMP）无损数据隐藏的 “第二代小波”和“直方图对” 嵌入方法，是我们独有的特色。 达到指标：对512×512 Lena图象 （1）当嵌入0.5bpp 时，PSNR=41.5。国际上是最高的。 （2）最大嵌入容量达到1.9bpp。国际上是最高之一。 2004年11月国际数字水印会议大会（IWDW04）专题报告 提到当前发表的“无损数据隐藏方法”14项最新成果，有3项是我们发表的。

  5. 3特色之一的图形原始图象（BMP）无损数据隐藏嵌入容量（bpp）和峰值信噪比（PSNR）的关系( 图上黑色*是我们实验的结果，是最好的 )

  6. 3特色之一的图形(续)原始图象（BMP）无损数据隐藏大容量（bpp）和峰值信噪比（PSNR）的关系(图上黑色*是我们实验的结果)3特色之一的图形(续)原始图象（BMP）无损数据隐藏大容量（bpp）和峰值信噪比（PSNR）的关系(图上黑色*是我们实验的结果)

  7. 3.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”特色之二3.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”特色之二 “JPEG图象的无损数据隐藏” 压缩图象（JPEG） “直方图对”方法嵌入量化DCT，是我们独有的特色。 达到指标： （1）JPEG的Lena图象，嵌入量达0.5bpp(131k bit)以上，国际上最高仅8k bit左右。 （2） 1000个二进制数据嵌入JPEG的Lena图象， Q=80时， PSNR=49.9. ，国际上是最高的。

  8. 3.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”特色之三3.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”特色之三 “小波直方图的特征函数的高阶矩特征的图象（BMP）隐写分析新方法” 小波直方图的特征函数的高阶矩作特征对原始图象（BMP）的隐写分析，是我们首次提出的，非常有效，而且是通用的方法。 达到指标： CorelDraw图象库1096张，1000个信号序列嵌入，COX隐藏方法 （1）本研究检测率为98% （2） Farid方法检测率为64%

  9. Farid方法 3特色之三的数据（BMP）图象小波域直方图的特征函数高阶矩特征的新方法”(39维 和 78维)

  10. 3.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”特色之四3.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”特色之四 “双向马尔科夫和高维特征分类的（JPEG）图象隐写分析方法” 高维特征（CNPCA或本征值重置分类）的双向马尔科夫模型的JPEG隐写分析，这是我们独有的特色。 达到指标： CorelDraw图象库1096张， 1K Byte二进制数据嵌入， “F5”隐藏方法： （1）本研究检测率为89 % （2） Fridrich方法检测率为74%

  11. 六篇代表性成果之一至四 (1) Guorong Xuan,等， Steganalysis Based on multipleSteganalysis Based on multiple features formed by statistical moments of wavelet characteristic functions, Information Hiding Workshop (IH2005), Barcelona, Spain, June 2005. Publisher:Springer-Verlag GmbH，ISSN: 0302-9743，Volume 3727 / 2005，pp. 262 - 277（SCI, EI, ISTP）注:IH2005是目前最重要的信息隐藏国际会议之一. (2) Guorong Xuan 等，Lossless Data Hiding Using Integer Wavelet Transform and Threshold Embedding Technique,IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME05),Amsterdam, Netherlands, July, 2005, （SCI,EI, ISTP） (3) Guorong Xuan 等，Lossless Data Hiding Using Histogram Shifting Method Based on Integer Wavelets，(IWDW 2006), （SCI,EI, ISTP） Publisher:LNCS4283, Spring-Verlag Berlin Heidelberg 2006, pp. 49-60" (4) Guorong Xuan 等, Steganalysis Using High-Dimensional Features Derived from Co-Occurrence Matrix and Class-wise Non-Principal Components Analysis (CNPCA)，(IWDW 2006), （SCI, EI, ISTP） Publisher:LNCS4283, Spring-Verlag Berlin Heidelberg 2006, pp.323-332"

  12. 六篇代表性成果之五： (5) Guorong Xuan 等， Identity Verification System Using Data Hiding and Fingerprint Recognition ,IEEE MMSP2005. （EI, ISTP） 基于 JPEG 2000 实时量化水印和指纹识别的身份认证。系统通过数据隐藏方法，将帐号以水印密码形式嵌入的指纹图像，通过互联网传送到银行。银行端解码取出隐藏水印密码帐号，进行退休金领取时的指纹身份认证。已投入试运行。

  13. 六篇代表性成果之六： (6) 获得发明专利 共8个 其中: 中国专利1个，美国专利7个。 =========================== 中国发明专利 基于整数小波的无损图象数字水印方法 宣国荣，柴佩琪，专利号：CN 02111629.6， 证书号：第146722 号，2004 年3 月10 日授权。

  14. 获得七个美国发明专利　(共二页,第一页) （1）美国发明专利，Methods and Apparatus for Lossless Data Hiding，Guorong Xuan and Yun Q. Shi，US patent ,serial no: 10/737,327, filed: Dec.16,2003 （2）美国发明专利，System and Method for Reversible Data Hiding based on Integer Wavelet Spread Spectrum，Guorong Xuan and Yun Q. Shi，US Patent ,serial no: 11/068,063 and，PCT/US2005/006604 , filed: Feb.28,2005 （3）美国发明专利，Invertible Data Hiding Based on Integer Wavelet Transform and Companding Technique，Guorong Xuan and Yun Q. Shi，US patent , serial no: 11/252,155 and，PCT/US2005/037255. , filed: Oct.17,2005 （4）美国发明专利，System and Method for Steganalysis，Yun Q. Shi and Guorong Xuan US patent serial no: 11/340,419 and，PCT/US2006/ , filed: Jan.25,2006

  15. 获得七个美国发明专利　 (共二页,第二页) （5）美国发明专利，Lossless Data Hiding Using Histogram Shifting in Integer Wavelet Transform Domain，Guorong Xuan and Yun Q. Shi，US patent, serial no.: 11/418,821 and ，PCT patent , filed: May 5,2006 （6）美国发明专利，Method for Identifying Marked Content, Such as Using a Class-Wise Non-Principal Component Approach，Guorong Xuan and Yun Q. Shi，US patent, serial no.: 11/418,820 and ，PCT patent , filed: May 5,2006 （7）美国发明专利，an Apparatus and Method for Reversible Data Hiding for JPEG Images ，Guorong Xuan and Yun Q. Shi，US patent, serial no.: 11/676,399, filed: Feb.19,2007

  16. 4.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”小结 ( 共四页,第一页 ) 本项目“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”(90304017)中，采用“直方图对”方法和第二代小波嵌入方法，已达到国际上最好的水平。对于512×512 的256级灰度Lena图象，当嵌入随机数据0.5bpp时，峰值信噪比（PSNR）达到41.5，是目前最好的。隐藏随机数据容量达到1.9bpp，是目前最大容量。

  17. 4.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”小结 ( 共四页,第二页 ) 压缩图象（JPEG） “直方图对”方法嵌入量化DCT，是我们独有的特色。 提出小波特征函数的高阶矩作特征对原始图象（BMP）的隐写分析。达到指标： CorelDraw图象库1096张，1000个信号序列嵌入，COX隐藏方法:本研究检测率为98%，比 Farid方法检测率高34个百分点，是目前最好的。

  18. 4.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”小结 ( 共四页,第三页 ) 提出用高维特征的模式识别方法和小波的特征函数的统计矩来检测JPEG图象。对1K Byte随机数据，用”F5”隐藏方法，分别隐藏在图象库256级灰度CorelDraw768×512　的1096张中，目前其他最高检出率74%，而我们能达到89%，是目前最好的。

  19. 4.“无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”小结 ( 共四页,第四页 ) 本项目共计发表论文29篇，其中国际会议14篇，包括在最具影响的信息隐藏国际会议 (IH2005)，国内核心杂志发表15篇。已获得专利共8个。国际上已有许多引用我们的文章。并开始用于实际，基于JPEG2000的身份认证系统已投入试运行。

  20. 4. 本项目 “无损图象数据隐藏的理论与关键技术研究”(90304017) 按照申请书全部完成。

  21. 25.报告完毕 谢谢！ 宣国荣 个人网页：http://grxuan.org

  22. 25. 现场提问 和 回答 2007年3月29日上午11时30分

  23. 25. 现场提问1： 　　图象数据隐藏怎样会无损的？你提出的无损图象数据隐藏，是否在嵌入数据后的图象与原来图象一样。 回答： 图象数据隐藏是指数据嵌入后，数据和图象都能无损恢复。嵌入数据后的图象与原来图象不一样。但要求：（1）视觉不能觉察（PSNR要高）；（2）从图象中能无损地恢复原始数据；（3）将数据取出后，图象也能无损恢复。

  24. 25. 现场提问2： 　　你提出在小波域无损数据隐藏。能否不用小波，直接在空域进行。例如Ni发表在IEEE Trans. on CSVT 2006 no. 3 文章在空域数据隐藏，PSNR可以达到48． 你比较过没有？ 回答： 　 比较过。本研究小波域无损数据隐藏的PSNR比Ni的文章的PSNR高，而且Ni的嵌入数据的容量很小（本PPT第4页图中方块点就是Ni的结果 ） 。我和Ni有许多交流，实际上Ni也是我们待发表的文章的作者之一。

  25. 25. 现场提问3： 　　你提出的小波域无损数据隐藏中，如何作直方图调整？灰度压缩范围参数怎样选择？是否可以不作直方图调整，采取增加后处理办法？ 回答： 　　为了防止溢出，在嵌入数据前，作直方图调整，将灰度动态范围压缩。压缩范围可以预先设定，然后修正。也可以先不调整，在发现溢出后，然后逐步调整，直到不溢出为止。我们尝试过后处理办法，最后放弃了，因为增加后处理，占容量多，比较复杂 。

  26. 25. 现场提问4： 　　你提出的JPEG图象无损数据隐藏，数据是否隐藏在量化DCT中，但量化DCT的非零系数不多，如何嵌入？ 回答： 我们的JPEG图象无损数据隐藏，是数据隐藏在量化DCT中，能保证无损地恢复。关于JPEG图象无损数据隐藏的嵌入方法，我们将以论文形式公开发表。目前论文已经投出，正在审查。我们将详细说明我们的方法。

  27. 25. 现场提问5： 　　你用Lena图象作为例子，是否只做了一个Lena图象的实验？隐写分析是CorelDraw 的图库是否黑白的？ 回答： 本PPT中用Lena图象作为例子，是为了便于与其他方法作比较。实际上我们对各种不同类型图象，包括人物、风景、指纹、医学断层（核磁共振）图象等，包括文献中常用作比较的图象。试验过数百张，本无损数据隐藏方法都是可行的。CorelDraw 的图库有1096张，是彩色的，我们将RGB转换成YUV。本研究将Y图象作为灰度图象作隐写分析。 （现场提问完）

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