基于不同图层的LSB自适应数字水印隐藏算法研究_宫海梅1
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理论与算法
58
2016.21
基于不同图层的 LSB 自适应数字水印隐藏算法研究
宫海梅
（海南工商职业学院信息工程系，海南海口，570203）
摘要 ：针对时域的最低有效位（LSB）算法鲁棒性低且抗攻击能力弱的问题，提出了一种时域范围内基于不同图层的 LSB 自适
应数字水印隐藏算法，主要思想是图像可由 RGB 三个颜色矩阵表示，在这三种颜色分量上，根据 HVS 的特性，在低位上动态的
嵌入隐藏信息，直到载体图像所有像素点嵌入完毕。试验结果表明，该算法实现简单，嵌入、提取信息速度快，隐藏信息量大，具
有很高的安全性。
关键词 ：空间域 ；最低有效位（LSB）；信息隐藏 ；数字水印
中图分类号 ：TP391 文献标识码 ： A
Research on LSB adaptive digital watermarking algorithm based on
different layers
Gong Haimei
(Department of information Engineering, Hainan Technology And Business College,Hainan Haikou，570203)
Abstract ：
The least significant bit(LSB) algorithm in the spatial domain has low robustness and weak anti
attack ability.A LSB adaptive digital watermarking algorithm based on different layers in spatial domain is
proposed,The main idea is that the image can be represented by RGB three color matrix,in these three kinds
of color components,According to the characteristics of HVS,Hidden information can be embedded dynamically
in the low position.Until all the pixels of the cover image are embedded,Experimental results show that the
algorithm is simple,can hide large amount of information and has high security.
Keywords ：
spatial domain;least significant bit (LSB);information hiding;digital watermarking
0 引言
随着互联网技术的快速发展，人们主要通过网络进行信息交
流，网络成为信息传播的主要方式。媒体元素如文字、图形、图像、
声音、视频及动画等很多种，其中图像信息交流约占信息交流总
量的 70%，图像交流在整个信息交流的过程中占比很高。采用何
种方式对图像进行保密传输，尤其是关于企业计划、乃至国家安
全和未来发展的图像，诸如此类问题是需要长期研究的。
1 LSB 隐藏现状分析及算法提出
近年来，国内外在 LSB 数字水印隐藏技术方面进行了很多
深入的研究，提出了许多 LSB 改进算法。其中，文献提出了在最低
三位进行信息隐藏，低三位是在 6th、7th、8th 上分别进行的 ；
文献提出了通过一种有效的分存技术，先将秘密数字图像进行分
解，可以得到若干图像，然后将分解图像隐藏到几幅有意义的图
像中进行传输，通过这种技术来保障秘密图像的安全性 ；文献通
过对隐秘信息进行预处理，首先置乱、加密，然后嵌入载体图像最
低位 ；文献提出了一种亚仿射变换，对图像进行置乱，然后利用
矩阵编码思想来改进图像的嵌入方式 ；文献提出了一种图像隐
藏算法，该方法是基于可逆矩阵乘法的，对秘密图像进行置乱，然
后进行隐藏 ；文献提出了采用预置乱，用 Arnold 变换对秘密信
息进行置乱，然后进行信息嵌入，嵌入过程中，调整载体信息最低
两个比特位，最后用逻辑运算实现信息隐藏 ；文献采用预先匹配
方法，若匹配失败再替换的原则，将秘密信息连续两位分别依次
隐藏于载体图像中最低四位的两位上 ；文献提出了一种基于图
像向量索引奇偶性的新的置乱算法，首先进行置乱再进行信息隐
藏，以上算法大多通过改变隐藏信息的最低位置、置乱、加密、来
提高信息隐藏性能。
鉴此，本文提出了一种时域范围内的基于不同图层的 LSB 自
适应数字水印隐藏法，主要思想是图像可由 RGB 三个颜色矩阵表
示，可以在这三种颜色分量上，根据 HVS 的特性，在低位上动态的
嵌入隐藏信息，直到载体图像所有像素点嵌入完毕。嵌入信息不
固定在最低位，本身就将信息置乱了，当载体图像足够大时，数字
水印的隐蔽信息可以被冗余嵌入，提高抗攻击能力。
2 基于不同图层的 LSB 自适应数字水印隐藏算法
进行信息隐藏过程中，以图像作为隐蔽信息的载体时，可以
理解为在强背景 ( 载体图像 ) 下附加一个弱信号 ( 秘密信息 )，
这个附加的弱信号需要满足某个条件，即需要低于某个对比度门
限，只有这样视觉系统才能无法感知到信号的存在。在具体实践
过程中，根据 HVS 的对比度特性，该门限值受多种因素影响，如
背景的照度、背景的纹理复杂性以及信号频率等。背景越亮，纹理
越复杂 ( 或者说边缘丰富 )，门限就越高，这类现象称为亮度掩
蔽和纹理掩蔽。
在文献中，设背景的照度为 I，假设在背景照度为均匀的情
况下，则人眼恰好能够识别物体需要的背景照度为 I+ △ I。其中，
△ I 的大小约等于 0.02×I。根据 HVS 特性，做进一步研究发现，
△ I 与 I 的关系更接近指数关系，他们具体的关系如下 ：
（1）
其中，I0 为对比度门限，当取 I=0 时的值，a 为常数，取值
范围为∈ (0.6, 0.7)。
设 y 为载体图像低位隐藏信息的位数，根据以上结论，y 的
取值基本满足视觉系统需求，取值为常数，4 ～ 5 时就可以需求。
DOI:10.16520/j.cnki.1000-8519.2016.21.127
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