[发明专利]基于多尺度融合空洞卷积残差网络的大容量图像隐写方法

说明书

本发明公开了一种基于多尺度融合空洞卷积残差网络的大容量图像隐写方法，利用改进的ResNet作为骨干网，去掉了ResNet中的所有池化层，在残差模块的残差连接中引入空洞卷积，并采用了多尺度融合的结构。同时为了提高隐写的安全性，隐写网络采用了隐写分析网络进行对抗训练。训练隐写网络和显现网络时均采用了基于卡方距离的损失函数设计，从而能够以良好的透明性在图像中隐写图像，并以较高的保真度从含密图像中提取出秘密图像，同时又有较高的安全性，不易被隐写分析工具检测到。

技术领域

本发明属于信息安全中的信息隐藏技术领域，具体涉及图像隐写。

背景技术

信息隐藏技术在信息安全保障体系的诸多方面发挥着重要作用，应用领域包括数据保密通信、身份认证、数字作品的版权保护与盗版追踪、数字作品完整性与真实性鉴定、内容恢复等。随着Internet和移动互联网的快速发展和普及应用，多媒体信息的交流已达到前所未有的广度和深度，其发布形式也愈加丰富。人们可以通过博客、微信公众号、朋友圈、QQ空间和其他各种网络平台发布自己的数字作品(包括音频、视频、动画、图像等)、传递重要信息和进行网络贸易等。但随之出现的问题也日益突出，如作品侵权更加容易、作品篡改也更加方便。人们可以通过网络轻而易举地得到他人的原始作品，尤其是数字化的图像、音乐、电影等，盗用者不仅可以非法获得这些作品，而且可以进行复制、修改、生产和再传输等，这些不法行为严重侵害了作者的著作权，给版权所有者带来巨大的经济损失，危害社会精神文明的良性循环。因此，如何充分利用Internet的便利，又能有效地保护知识产权，已受到人们的高度重视。在这样的背景下，信息隐藏技术再次引起了人们的关注，多媒体的版权保护和安全问题则给它注入了新的生机与活力，由其发展和演变而来的数字水印技术也成为了当今学术界研究的前沿方向和热点。信息隐藏是将秘密信息以不可见的方式隐藏在一个宿主信号中，并在需要的时候将秘密信息提取出来，以达到隐蔽通信和版权保护等目的。图像隐写将秘密信息隐藏到图像中，该图像可以公开传送，通过约定的算法又可以将秘密信息从含密图像中提取出来，除了发送方和接收方，其他人员无从得知该图像所包含的隐藏信息。1996年5月30日，在英国剑桥牛顿研究所召开了第一届国际图像隐写学术研讨会，图像隐写学科逐渐独立出来；此后出现了一系列成功的隐写方法和隐写工具，最直接的隐写算法是利用图像的最低有效位(LSB)进行图像隐写，然而这类算法易被攻击和检测。为了克服LSB易被攻击的缺点，研究者们提出了变换域信息隐写，常用的变换域隐写技术将秘密信息写入离散余弦变换(DCT，Discrete Cosine Transform)域，离散小波变换域(DWT，Discrete Wavelet Transform)，或离散傅立叶变换域(DFT，Discrete FourierTransform)。为了进一步提高隐写算法的安全性和隐蔽性，研究者们又提出了HUGO、S-UNIWARD、WOW等内容自适应隐写术，使包含秘密信息的含密图像不易被隐写分析算法检测到。