An Automatic Cost Learning Framework for Image Steganography Using Deep Reinforcement Learning

强化学习 计算机科学 隐写术 嵌入 隐写分析技术 人工智能 像素 机器学习 过程(计算) 人工神经网络 深度学习 理论(学习稳定性) 操作系统
作者
Weixuan Tang,Bin Li,Mauro Barni,Jin Li,Jiwu Huang
出处
期刊:IEEE Transactions on Information Forensics and Security [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:16: 952-967 被引量:137
标识
DOI:10.1109/tifs.2020.3025438
摘要

Automatic cost learning for steganography based on deep neural networks is receiving increasing attention. Steganographic methods under such a framework have been shown to achieve better security performance than methods adopting hand-crafted costs. However, they still exhibit some limitations that prevent a full exploitation of their potentiality, including using a function-approximated neural-network-based embedding simulator and a coarse-grained optimization objective without explicitly using pixel-wise information. In this article, we propose a new embedding cost learning framework called SPAR-RL (Steganographic Pixel-wise Actions and Rewards with Reinforcement Learning) that overcomes the above limitations. In SPAR-RL, an agent utilizes a policy network which decomposes the embedding process into pixel-wise actions and aims at maximizing the total rewards from a simulated steganalytic environment, while the environment employs an environment network for pixel-wise reward assignment. A sampling process is utilized to emulate the message embedding of an optimal embedding simulator. Through the iterative interactions between the agent and the environment, the policy network learns a secure embedding policy which can be converted into pixel-wise embedding costs for practical message embedding. Experimental results demonstrate that the proposed framework achieves state-of-the-art security performance against various modern steganalyzers, and outperforms existing cost learning frameworks with regard to learning stability and efficiency.

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