畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于dct域的數(shù)字水印算法研究與應(yīng)用(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的圖像。 水印嵌入的結(jié)果 不可見水印嵌入 不可見水印的嵌入算法如圖 4與圖 5 所示。根據(jù)人眼對(duì)不同頻率光的敏感程度不同的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到圖像壓縮后對(duì)高頻分量的影響較大這個(gè)因素，選擇人眼較不敏感的中低頻段進(jìn)行水印嵌入，而沒有選擇人眼同樣不敏感的中高頻段和高頻段，這樣既保證了水印的不可見性，同時(shí)還避免了在圖像壓縮時(shí)對(duì)水印的損傷。另外，在中低頻嵌入時(shí)，嵌入起點(diǎn)的選擇也能使水印帶有一定的保密性，因?yàn)橹挥星度胝卟胖浪∈菑哪囊活l率點(diǎn)開始嵌入的，所以也就只有潛入者才能知道該從哪一頻率點(diǎn) 開始提取水印。首先按照?qǐng)D 4 所示的方法進(jìn)行預(yù)嵌入，將水印 DCT 域的值保存在一個(gè)全零的數(shù)組的中低頻段，該全零數(shù)組的大小要與原圖像的 DCT 域的大小相同。在保存時(shí)，當(dāng)遇到既不是行尾也不是列尾元素時(shí)，按照先行后列的順序進(jìn)行保存。如果是全零數(shù)組行尾，則在執(zhí)行換行動(dòng)作后，指向全零數(shù)組下一行的行首繼續(xù)保存。當(dāng)執(zhí)行到水印圖像 DCT 域的最后一個(gè)元素時(shí)保存結(jié)束。在正式嵌入時(shí)如圖 5所示，只需將已經(jīng)包含了水印 DCT域信息的數(shù)組直接疊加到原圖像的 DCT 域即可。 圖 6 是經(jīng)灰度處理后的原圖像，圖 7是水印圖像，圖8是嵌入了不可見水印后的圖像。 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 圖 8 嵌入不可見水印后的圖像 圖 6 進(jìn)過灰度處理的原圖像 圖 7 水印圖像 圖 4 不可見水印的預(yù)嵌入 + = DCT 域信息的數(shù)組 DCT域的值 組 + 圖 5 不可見水印的預(yù)嵌入 DCT域信息的數(shù)組 DCT域的值 像 = 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 可見水印嵌入 不可見水印的嵌入算法如圖 9與圖 10 所示。由于人眼對(duì)低頻分量的光較為敏感，所以選擇低頻段進(jìn)行水印嵌入。在嵌入時(shí)，首先按照?qǐng)D 9所示的方法進(jìn)行預(yù)嵌入，將水印 DCT 域的值保存在一個(gè)全零的數(shù)組的低頻段，該全零數(shù)組的大小要與原圖像的 DCT 域的大小相同。在保存時(shí)，當(dāng)遇到既不是行尾也不是列尾元素時(shí)，按照先行后列的順序進(jìn)行保存。如果是全零數(shù)組行尾，則在執(zhí)行換行動(dòng)作后，指向全零數(shù)組下一行的行首繼續(xù)保存。當(dāng)執(zhí)行到水印圖像 DCT 域的最后一個(gè)元素時(shí)保存結(jié)束。在正式嵌入時(shí)如圖 10所示，只需將已經(jīng)包含了水印 DCT 域信息的數(shù) 組直接疊加到原圖像的 DCT 域即可?？梢娝〉那度虢Y(jié)果如圖 11所示。 圖 9不可見水印的預(yù)嵌入 + = c包含水印 DCT域信息的數(shù)組 b水印 DCT域的值 a全零數(shù)組 + 圖 10 不可見水印的預(yù)嵌入 b包含水印 DCT域信息的數(shù)組 a原圖像 DCT域的值 c水印嵌入后的圖像 = 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 嵌入所得結(jié)果對(duì)比 在完成上述不可見與可見水印的嵌入后，對(duì)比圖 8 和圖 11可以明顯的看出不可見水印與可見水印的區(qū)別。在圖 8所示的嵌入不可見水印后的結(jié)果中，看不出水印圖像，而在圖 11所示的嵌入可見水印后的結(jié)果中可以明顯的看到水印圖像。另外，對(duì)比圖 6與圖 8 可以看到，嵌入不可見水印后的圖像與原圖像無明顯區(qū)別，這是由于經(jīng)過離散余弦變換后，原圖像的能量集中到了幾個(gè)低頻分量系數(shù)上，中低頻以上的頻段所包含的圖像能量較少，而在嵌入不可見水印時(shí)，正是在原圖像的中低頻分量疊 加水印圖像的 DCT 域值，所以對(duì)含有原圖像較多信息的低頻區(qū)域的影響不大。 本章小結(jié) 本章首先敘述了基于 DCT 域數(shù)字水印嵌入的一般原理，其中對(duì)不可見和可見水印的嵌入原理分別進(jìn)行了說明。然后給出了基于 DCT 域水印嵌入的一般流程。最后，在前面的基礎(chǔ)上，完成了不可見與可見水印的嵌入，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析說明。 圖 11 嵌入可見水印后的圖像 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 4 數(shù)字水印的提取設(shè)計(jì) DCT 域數(shù)字水印提取流程 提取數(shù)字水印的流程圖如圖 12所示。程序開始執(zhí)行后，首先讀取嵌入水印后的圖像與原圖像。讀取成功之后對(duì)兩者進(jìn)行灰 度變換，使兩幅圖像成為簡(jiǎn)單的灰度圖像，然后對(duì)灰度圖像進(jìn)行離散余弦變換，得到兩幅灰度圖像所對(duì)應(yīng)的變換域的值。將嵌入水印后的圖像的 DCT 域的值減去原圖像的 DCT 域的值，相減后得到的是水印圖像所對(duì)應(yīng)的 DCT 域的值，但此時(shí)得出的水印圖像的 DCT域的值可能并不是從零頻開始向后延續(xù)的，所以需要進(jìn)行相應(yīng)的位置調(diào)整，才能輸出正常的水印圖像。將調(diào)整后的結(jié)果進(jìn)行 DCT 反變換，得到空域上的水印圖像。其中位置調(diào)整這一步不是必需的，如果水印不是從零頻開始嵌入的，那么在提取時(shí)需要進(jìn)行相應(yīng)的位置調(diào)整。假如水印就是從零頻開始嵌入的，那么相 減提取后的結(jié)果也是從零頻開始的，這樣就不再需要進(jìn)行位置調(diào)整。 用嵌入水印圖像的 DCT 域的值減去原圖像的 DCT 域的值 開始 讀取嵌入水印后的圖像與原圖像 將相減后的結(jié)果調(diào)整到從零頻開始 對(duì)調(diào)整后的結(jié)果進(jìn)行 DCT 反變換 對(duì)灰度圖像進(jìn)行 DCT 將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像 結(jié)束 圖 12 提取水印流程圖 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 水印提取的結(jié)果 不可見水印提取 圖 15 不可見水印的提取結(jié)果 圖 13 不可見水印的提取 b原圖像的 DCT域的值 a嵌入水印后 DCT域的值 c從中低頻開始的水印圖像 DCT域的 值 = a位置調(diào)整前 b位置調(diào)整后 圖 14不可見水印提取后的位置調(diào)整 位置調(diào)整 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 本文的提取過程示意圖如圖 13和圖 14所示。在嵌入水印后的圖像的 DCT域上減去原圖像的 DCT 域的值，得到的是從中低頻段開始并向后延續(xù)的水印圖像的 DCT 域的值，此時(shí)的結(jié)果是錯(cuò)位的水印頻域信息，需要進(jìn)行相應(yīng)的位置調(diào)整。如前所述，只有嵌入者才知道水印具體是從哪一頻點(diǎn)開始嵌入的，所以也就只有嵌入者才能知道該從哪一頻點(diǎn)開始提取。對(duì)錯(cuò)位的水印的頻域進(jìn)行位置調(diào)整后，使其 DCT 域的值從零頻開始向后延續(xù)，這樣就得到了正常位置的水印的 DCT 域的值，經(jīng)過離散余弦反變換后即 可輸出水印圖像，如圖 15 所示。當(dāng)然，水印提取出來之后，可以根據(jù)具體情況，對(duì)水印進(jìn)行濾波、增強(qiáng)、銳化等步驟，使水印圖像更加清晰。 可見水印提取 圖 17 可見水印的提取結(jié)果 圖 16不可見水印的預(yù)嵌入 b原圖像的 DCT域的值 a嵌入可見水印后 DCT域的值 = c 水印圖像的 DCT 域的值 河北工業(yè)大學(xué) 城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 可見水印的提取算法示意圖如圖 16所示，在嵌入可見水印后的圖像的 DCT域上減去 原圖像的 DCT 域的值，等到的是水印圖像的 DCT 域的值。為了說明方便，圖 16 的水印圖像是從零頻開始的，如果相減后的結(jié)果是從低頻開始的，那么如前所述要進(jìn)行相應(yīng)的位置調(diào)整。圖 17 是提取出的水印圖像。 提取所得結(jié)果對(duì)比 不可見水與印可見水印的提取結(jié)果如圖 15 和圖 17 所示。圖 15是不可見水印的提取結(jié)果，在提取過程中，為了使水印圖像顯示清晰，提取時(shí)使用了中值濾波，并對(duì)圖像進(jìn)行了銳化。在圖 15所提取得到的水印圖像中，圖像有一些模糊，這是由于經(jīng)過離散余弦變換后，原圖像能量的大部分都集中到了低頻分量的幾個(gè)系數(shù)上 ，中低頻及以上的分量包含的能量較少，這時(shí)在往中低頻疊加水印信息，對(duì)原圖像的影響較大。另外，在后續(xù)存儲(chǔ)嵌入水印后的圖像時(shí)有一步四舍五入的過程，這樣當(dāng)頻域相減提取水印時(shí)，由于原圖像中低頻段本身所包含的能量就