图像数字水印的设计与实现

唐山师范学院专科毕业论文

题目图像数字水印的设计与实现

学生

指导教师

年级08级信息安全

专业计算机应用技术

系别计算机科学系

唐山师范学院计算机科学系

2023年6月

郑重声明

本人日勺毕业论文（设计）是在指导老师的指导下独立撰写并

完毕日勺。毕业论文（设计）没有抄袭、抄袭、造假等违反学术道德、

学术规范和侵权行为，本人乐意承担由此产生的多种后果，直至法律

责任；并可以通过网络接受公众的查询。特此郑重申明。

毕业论文（设计）作者（签名）:

2011年6月11a

目录

图像数字水印的设计与实现............................

摘要...............................................

1绪论................................................

1.1本课题研究的背景和意义.........................

1.2数字图像水印口勺发展历程和其现实状况............

2系统日勺需求分析......................................

2.1任务概述........................................

2.2功能需求........................................................2

3数字水印技术概括.................................................“・・・.2

3.1数字水印的概念和特性............................................2

3.2数字水印系统模型................................................2

3.3数字水印的分类..................................................3

4数字水印算法研究.................................................3

4.1空域算法......................................

4.2变换域算法....................................

5基于空域最低位算法实现对彩色和灰度图像的隐藏......................4

5.1最低有效位措施..................................................4

5.2数字水印图像LSB空域法日勺原理..................................4

5.3LSB日勺算法实现（嵌入和提取）..................................4

6调试和测试分析.....................................................5

6.1与否嵌入水印图像成功H勺判断.....................................5

6.2测试判断与否嵌入水印H勺根据.....................................5

7总结与心得..........................................................5

参照文献：............................................................6

致谢............................................................6

外文页.............................................

基于LSB图像数字水印的设计与实现

作者姓名张盟王晓敬

摘要

伴伴随互联网和数字多媒体技术的飞速发展，怎样■保护多媒体作品的版权和鉴别其真伪成为国

际上研究的热门课题.数字水印作为信息隐藏技术研究领域口勺重要分支，是实现版权保护或跟踪侵

权行为的有效措施。它是通过一定的算法将某些秘密信息------水印嵌入到被保护口勺数字多媒体（如

静止图像、音频、视频等）内容中，但不影响原内容u勺价值和使用，并且不能被人a勺感知系统察觉。

目前的数字水印算法已经有许多种。基本上可以按照嵌入措施分为空域和变换域两种。虽然空

域措施有一定的缺陷，不过算法简朴，比较轻易学习，并且具有很好a勺数字水印嵌入效果。本论文

针对底于空域a勺数字水印算法进行了研究，在简要简介本课题研究背景与本课题a勺国内外研究动态

n勺基础上，随即简介了数字水印技术口勺应用、特点等。本文通过对常见格式口勺图像的处理和基于空

域算法的数字水印口勺嵌入与提取算法进行了深入的分析和研究，采用基于空域LSB算法。勺数字水印

措施，将数字水印嵌入到图像的LSB位。通过VisualC++6.0编程实现最终口勺设计，并将实现数字

水印8勺嵌入、提取，以和图像和基本信息8勺显示。

关键词数字水印.算法.图像信息隐藏.Isb

1绪论

1.1本课题研究的背景和意义

数字图像水印技术是信息隐藏和信息安全技术领域的一种非常重要"勺分支，由于现代社会多媒

体信息交流发展迅速，电子出版物版权越来越难以处理，然而数字图像水印可以用信号处理口勺措施

在数字图像的数据中嵌入隙含的信息来实现新的版权保护措施，因此数字图像水印在短更的几年里,

已经得到了相称强劲的发展，如今已经成为数字图像处理领域的一种研究热点。

1.2数字图像水印的发展历程和其现实状况

目前的版权保护系统可以采用密码认证技术，不过老式的加密方式对多媒体信息的保护有一定

口勺局限性，不可以完全保证信息的安全性，一旦密码被破解，多媒体信息就可以被任意复制、篡改,

并且在法庭上很难取证。数字水印技术可以作为加密技术日勺补充，增强对多媒体信息的版权保护。

数字水印技术最早是在I994年得国际图像处理会议上由shcnydel等人提出的I，这一技术在当时

日勺学术界引起广泛的关注，并且迅速成为信息安全和图像处理领域的研究热点。此后，诸多高校、

研究机构、企业和企业都展开了对数字水印的研究，并获得了一定日勺成果。我国的数字水印技术研

究也得到了国家和有关部门的重视，并有某些研究成果逐渐走向实用化。

2系统的分析需求

2.1任务概述

数字水印日勺重要目日勺是将特定日勺信息加入到需要保护aI媒体信息中，加入的信息一般是可以代

表媒体信息版权的内容，如企业标志、媒体作者、特定代码等，并且要保证数字水印口:以抵御一定

E向袭击，而不被轻易日勺破坏和修改，同步数字水印要可以被提取或者可以被检测到。数字水印H勺详

细内容、算法、提取或检测过程根据实际应用有不一样的规定。

2.2功能需求

本课题基丁L5B算法的数字水卬嵌入、提取系统的洋细设“规定如下:

1:可以实现打开和保留常见格式日勺图像。

2：可以显示图像和嵌入时水印图像日勺有关信息。

3:可以实现对水印图像的嵌入以和有关信息的嵌入操作

4：系统可以判断图像与否嵌入了水印图像以和嵌入的水印图像的大小。

5：系统可以对灰度图像和彩色图像分别嵌入。

3数字水印技术概括

3.1数字水印技术的概念和特性

概念：数字水印是将某些标识信息（即数字水印）直接嵌入数字载体（包括多媒体、文档、软

件等）当中，但不影响原载体的使用价值，也不轻易被人的I知觉系统（如视觉系统或听觉系统）察

觉或注意到。通过这些隐藏在载体中日勺信息，可以到达确认内容创立者、购置者、传送隐秘信息或

者判断载体与否被篡改等目的。

特性：数字水印有诸字特性,其中最重要日勺二个特性是保真度、鲁棒性和容量ci般来说.容

量、鲁棒性和保真度三者互相制约，不也许设计一种使三者都到达最优的水印系统，只能根据实际

需要在三者中进行折衷。在实际应用中，可根据需要进行取舍。

3.2数字水印系统模型

数字水印处理技术重要包括数字水印的嵌入、提取和检测。通用的水印模型框架如图I、图2

所示:

图1数字水印嵌入模型

图2数字水印提取模型

3.3数字水印技术的分类

数字水印技术可以从不一样的角度进行分类，因此有多种分类措施。

按数字水印的特性可分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印。鲁棒数字水印重要用于标识数字媒体

信息的版权信息，它规定嵌入的水印可以抵御对媒体11勺常规编辑和恶意袭击。而脆弱水印相反，它

对袭击敏感，可以根据脆弱水卬U勺状态判断原始信息与否被修改正。

按数字水印所附载的媒体可分为图像水印、音频水印、视频水印和文本水印等。每一种数字化

的媒体均有对应口勺水印算法，这也导致了数字水印算法口勺复杂性。

按数字水印影藏的位置划分可以分为空（时）域数字水印、频域数字水印、时/频数字水印和时

间/尺度数字水印。

按数字水印的可见性可以分为可见数字水印和非可见数字水印。可见数字水印一般是将企业表

达叠加到原始图像上、算法比较简朴，也有对应I内应用软件。而不可见数字水印规定嵌入的水印是

不能被人的视觉系统感知的，其算法相对复杂，目前还没有较成熟的应用软件。

4数字水印算法研究

在正式简介LSB算法前，简介一下水印重要有哪些种是必要的。一般从大体上来分，水印就是

空域措施和变换域措施两大类：

4.1空域算法

空域算法，即本文即招论述口勺措施，它日勺整个实现过程是在空域中完毕的，所谓的空域就是与

变换域相对，就是说不需要对图像进行任何变换而是直接在图像的每个象素上进行水印的嵌入，本

文论述的LSB法就是空域法中较基础也是最重要口勺措施之一。一般来讲，此法的强健性不是尤其日勺

满意，但它口勺最大长处是简朴易行，影藏的信息量比较大，因此仍然受到重视。

4.2变换域算法

变换域算法,一般来讲，在图像通过离散傅立.叶变换,余弦变换,沃尔什变换或小波变换等其中

任何一种后，再加入水印，就称其为变换域法，由此来看，只要有一种变换就有一种水印嵌入的措

施。此外变换域法中，水臼是嵌在变换后的系数上的，因此可以有一定H勺强健性，例如，离散余弦

变幻的水印可以抵御JEPG压缩，小波变换的水印可以抵御JEPG2023压缩，这就是变换域法目前比

较流行的原因。

5基于空域最低位算法实现对彩色和灰度图像的隐藏

5.1最低有效位措施

LSB算法也叫做最低有效位，是一种较为基础日勺信息隙臧算法。在位图图像数据中，每8位称

作一种位面。一般，5个最高位面具有人眼可见的故意义的信息、，在其他的位面中儿乎没有视觉信

息，它们表达图像中很细小的局部，在图像学日勺范围中，它们称作噪声。运用位图格式位面欧I这种

特性，我们可以将水印的数据嵌入到人眼不易察觉的位置，这种措施就是LSB算法。一般日勺LSB

算法中，信息嵌入在图像的后4位。

5.2数字水印图像LSB空域法的J原理

LSB翻译成中文就是最不重要位，顾名思义，就是要把水印图像嵌入到载体图像H勺最不重要位

上。大家都懂得一副256级灰度图中每一种象素是有8位二进制构成，例如111111（255）,其中每

一位在这个象素所起到的作用是不一样样的，最高位就代表1（）00（）（）（）（）（128）,而最低位1却只代表

1,这就给水印提供了最直援的提醒，可以通过变化一幅图像的最低位来嵌入数据。由于虽然载体图

像的所有最低位都变化了，图像自身也基本不会发生任何变化，即满足了水印的性质之一透明性。

5.3LSB的算法实现

按照上述原理，我们可以由一下几步来完毕水印的嵌入和提取：

（I）将一副256级灰度图像日勺部分或所有的最低位置零（部分还是所有取决于嵌入水印口勺大小）,

在这个过程中要明确，虽然图像的最低位已经被修改正了，但由于人的生理涂点即人的眼睛

只能识别大概40级灰度，因此这一点点日勺修改对人的视觉没有任何影响，在置零时采用的J

重要是判断这个象素灰度级与否被2整除，可以的就不变，不可以的J就减1这样口勺算法比较

简朴易行。

（2）将一副二值的图像按照一定的算法嵌入到原图像中，这个算法一般是保密的，一般状况可以

称这个算法为密钥，在这里为了简介简朴只采用了按次序嵌入，即假如水印图像日勺值为0,

则把原图像的对应最低位设为0：同样假如水印图像时值为1,则把原图像的最低位设为1：

这样就完毕了图像H'、J嵌入。

(3)水印日勺提取，即在得到带有水印W、J图像后，只要按照嵌入H勺算法即密钥去把图像日勺最低位的

象素值提取出来那么就可以真正的得到想要口勺水印图像。

6调试和测试分析

6.1与否嵌入水印图像成功的判断

嵌入水印后的效果，既有载体图像如图3所示(灰度级图像)，大小为200*200。水印信息

为随机生成IJ勺秘密信息，LSB算法选用最低位平面来嵌入秘密信息。最低位平面对图像的视觉

效果影响最轻微，但很轻易受到噪声影响和袭击，瓦采用在一种区域中嵌入相似的信息。

图3载体图像图4嵌入水印后的图像

6.2测试判断与否嵌入水印的根据

通过提取水印算法提取水印，可得到随机艮H0位秘密信息：。由此可以判断该图像已嵌入

了水印，若