摘自
資訊隱藏技術是資訊保安領域的乙個重要分支，通常意義下的資訊隱藏技術研究重點都集中在隱藏技術和分析技術，較少關注影象是否失真的問題。在原始載體影象嵌入了隱藏資訊後，會導致其產生某種程度上的永久性失真，即在隱藏資訊被提取之後，原始載體影象不能夠無失真地得到恢復。然而無損資訊隱藏技術作為近年來新興的資訊隱藏技術，能夠做到隱藏資訊提取後，載體影象仍能夠得到無失真的恢復。無損資訊隱藏技術的特點使其在載體影象的內容需要保護的情況下具有很高的應用需求和應用價值，如大量多**資料報括醫療影象系統、軍事影象系統和數字藝術品珍藏等。
無損資訊隱藏技術又稱可逆或可刪除資訊隱藏技術，主要指在原始影象沒有明顯降質的情況下嵌入隱藏資訊，若隱秘影象在傳輸過程中沒有發生變化，那麼合法使用者在提取出隱藏資訊後，原始影象能夠完全無失真復原。
影象的無損資訊隱藏技術和傳統資訊隱藏技術在方法和原理上沒有本質區別，不同在於對嵌入隱藏資訊的要求，即需要知道新增隱藏資訊的順序、位置和原始影象的更改資料。
一旦被竊密者獲取可追蹤定位該裝置，並啟用該裝置可能隱藏配置的無線發射和接收功能，達到竊密目的。因此，使用單位應將涉密網路中無損資訊隱藏技術使用金鑰k，通過隱藏演算法將隱藏資訊e嵌入到載體影象c中，得到隱秘影象s。接收方通過公共通道獲取金鑰k和隱秘影象s，通過資訊提取演算法可以無失真地提取隱藏資訊e和載體影象c。
隨著無損資訊隱藏技術應用需求的不斷擴大，該技術也成了近些年學者們研究的熱點。本章歸納了目前公開文獻中的一些具有代表性的演算法，目前基於影象的無損資訊隱藏技術大致可分為5類。
（一）基於算術取模運算的無損資訊隱藏技術
無損資訊隱藏的概念最早出現在2023年的乙份專利上，是當時柯達公司首次發布的將水印資料加到原始影象的空域，並能夠恢復原始影象。honsinger等人將原影象與要嵌入的水印進行模256運算，生成含水印影象。但是這種方法當載體影象的某些畫素值接
近255時，模加運算後資料會反轉接近0，反之亦然，所以說這種演算法不能嵌入大容量的資訊，且產生的隱秘影象質量下降嚴重。
（二）基於無失真壓縮的無損資訊隱藏技術
該方法最早由fridrich等人研究提出。原理是選取合適的影象位平面，把最不重要的位元位的資料進行無失真壓縮，使其出現冗餘空間再將隱藏資訊嵌入到產生的冗餘空間中。假設原始影象x，b是選取的合適的影象位平面，通過一定的無失真壓縮演算法將b壓縮成c（b），這樣就產生了冗餘空間m，其中m=b-c（b），可以將隱藏資訊嵌入隱藏在冗餘空間m中。該方法通常選擇最不重要的位平面進行壓縮，但由於平面含有豐富的影象資訊，壓縮率不高，故可以嵌入隱藏資訊的冗餘空間受限較大，同樣對於嵌入隱藏資訊量有一定的要求。
（三）基於差擴充套件的無損資訊隱藏技術
該方法最早由tian等人研究提出，是使用可逆數**算對2個畫素對進行差擴充套件，在最低位嵌入資料。假設（x，y）是載體影象中的一組畫素對，其中0≤x≤255,0≤y≤255。與上述基於無失真壓縮的無損資訊隱藏技術相比較，基於差擴充套件的無損資訊隱藏技術的嵌入資訊量較大。但由於該方法在嵌入過程中會產生比較多的附加資訊，導致占用較多可嵌入
資訊的空間。針對這個問題，後續有很多研究者在上述演算法的基礎上做了進一步的擴充套件和改進，進一步提高了嵌入資訊的容量。
（四）基於直方圖移位的無損資訊隱藏技術
該方法最早由ni等人研究提出，原理是計算載體影象的畫素直方圖，找出其**現頻率最高和最低的畫素值，稱其為最大值和
最小值。在最大值和最小值之間的畫素值+1（–1），即把畫素直方圖右移（左移）1位，產生冗餘空間嵌入隱藏資訊，其嵌入資訊容量就是畫素最大值出現的頻率。這種演算法的優點是計算複雜度低，高效產生冗餘空間實現隱藏資訊的嵌入，且由於嵌入時載體影象畫素值的改變最大為1，故得到的隱藏資訊的影象質量很高；缺點是大部分載體影象的畫素直方圖中的最大頻率並不高，導致資訊嵌入量仍然有限。
（五）基於變換域的無損資訊隱藏技術
上述的4種無損資訊隱藏技術都是基於空域畫素值變換構造冗餘空間進行隱藏資訊嵌入的。還有一類資訊隱藏技術是基於變換域的，主要是通過修改主訊號某些指定的頻域係數來嵌入資料。基於變換域的資訊隱藏技術中，頻率變換域中嵌入隱藏資訊的方法有很多，包括快速傅利葉—梅林變換fmt、離散余弦變換dct、哈達碼ht和小波變換wt等，其中小波變換方法由於其分解的影象恰好與人類視覺特性相符和具有計算複雜度低等特性，成了研究者們選擇研究的熱點物件。
宣國榮等人提出了一種基於整數小波變換的無損資訊隱藏方法。對原始影象進行整數小波變換，選擇中高頻係數的中位平面進行無失真壓縮，將隱藏資訊嵌入產生的冗餘空間，再通過逆整數小波變換得到隱秘影象。
目前，基於變換域的無損資訊隱藏技術發展迅速，很多研究者在小波變換的基礎上進行了演算法的改進和變換，在隱秘影象質量和計算複雜度等方面有了較大提高。如中國科技大學郭志川等人提出的基於改進整數小波變換的無損資訊隱藏方法等。
隨著無損資訊隱藏技術應用需求的不斷擴無損資訊隱藏技術的實質就是找到可逆的演算法規則產生有效的冗餘空間，並在冗餘空間中進行隱藏資訊嵌入。如果沒有冗餘空間就無法嵌入隱藏資訊；如果沒有可逆規則就無法恢復不失真的原始影象。可見冗餘空間和可逆規則是嵌入過程中的2個關鍵點，二者缺一不可。
理論上，嵌入過程中對載體影象的改變越小，隱秘影象的失真就越小。構造的冗餘空間越大，能夠嵌入的資訊量就越大。因此，如何在對原始載體影象改變盡可能小的前提下，得到最大的冗餘空間，就成了無損資訊隱藏技術研究的關鍵點。關鍵技術包括以下幾方面。
（一）如何能夠構造更多的冗餘空間。目前很多嵌入演算法均存在冗餘空間有限的問題，無論採取何種技術方法，在保證演算法可逆的前提下，應盡可能產生更多的冗餘空間以便嵌入更多的隱藏資訊。
（二）高資訊嵌入量和高隱秘影象質量的平衡問題。無損資訊隱藏技術在確保能夠恢復原始影象的前提下，高資訊嵌入量是首要關注的指標，但如果一味地增加冗餘量會導致原始影象資料修改的增加，造成隱秘影象質量下降嚴重。因此，需要在高容量和高質量中尋找乙個適當的平衡點。
（三）資訊隱藏和提取演算法的研究。高難度較複雜的隱藏和提取演算法很難保證資料通訊的連續性和穩定性，在很多實際應用中如處理較大資料量等情況下是不適用的。因此，一種高效簡單的資訊隱藏和提取演算法是研究的重點。無損資訊隱藏技術的主要研究目標是以最小的失真取得最大的嵌入容量，同時盡可能保持低的計算複雜性。故評價無損資訊隱藏技術的評價指標主要包括：嵌入容量、影象質量和計算複雜度。
1.嵌入容量
目前的大多文獻通常以bpp（bitsperpixel）為單位表示嵌入容量，即載體影象的乙個畫素最多可以嵌入的位元數。值越大表示嵌入容量越大。
2.影象質量
影象質量是指嵌入隱藏資訊後得到的隱秘影象的質量，通常以psnr（peaksignal-to-noiseratio）為單位度量。psnr值越高，隱秘影象的質量就越好。
3.計算複雜度
通常使用o（x）來表示演算法的複雜度，有時也直接使用某軟硬體平台下所花費的時間表示。o（x）數值越小或所花的時間越少，則表示計算複雜度越小。
伴隨著資訊科技的飛速發展和數字影象的廣泛應用，資訊隱藏技術已經成為資訊保安領域的乙個研究熱點，目前基於數字影象的資訊隱藏技術可以說已經比較完善和成熟，而無損資訊隱藏技術的相關研究卻起步不久，還有很多急需解決的和有待研究的問題，其潛在的應用領域也在不斷地擴充套件，因此該技術將是今後學者們研究的乙個熱點。
（原載於《保密科學技術》雜誌2023年9月刊）
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