基于MATLAB的數(shù)字圖像水印系統(tǒng)開發(fā)與算法討論

魏雅慧 林宇馳 李成偉 榮先釗

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，生活的質(zhì)量得到了相當(dāng)大的改善，越來越多的人對攝影有著濃厚的興趣，但是從而引發(fā)另一個(gè)問題——版權(quán)問題。為滿足在不被影響原來圖片的質(zhì)量與使用價(jià)值的基礎(chǔ)上，通過數(shù)字圖形處理領(lǐng)域的算法進(jìn)行嵌入數(shù)字載體，從而可達(dá)到保護(hù)信息安全與版權(quán)的保護(hù)。該系統(tǒng)使用MATLAB開發(fā)，有著良好的兼容性、移植性和可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)了多種數(shù)字圖像水印的添加的算法，并且進(jìn)行評估算法的好壞。

關(guān)鍵詞：MATLAB；數(shù)字水印添加；評估算法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.109

1 引言

攝影已近愈來愈成為社會的新潮流，但是中國這個(gè)大環(huán)境下部分人的知識產(chǎn)權(quán)意識薄弱，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)上肆意傳放著盜版資源和隨意篡改資源。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種數(shù)字添加的算法，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分辨出算法的優(yōu)劣。

2 數(shù)字水印添加技術(shù)

2.1 線性疊加原理及步驟

首先可通過MATLAB自帶rgb2gray（）函數(shù)將圖片轉(zhuǎn)化為灰度圖像，再通過size（）函數(shù)將兩幅圖片的行與列像素變?yōu)榇笮∫恢鲁叽纭Ｈ缓筮M(jìn)行圖像的疊加運(yùn)算，將圖片的像素矩陣進(jìn)行二元一次函數(shù)的變換。最后輸出得到的添加數(shù)字水印。

2.2 基于小波變換的原理及步驟

首先可通過MATLAB自帶rgb2gray（）函數(shù)將圖片轉(zhuǎn)化為灰度圖像，再通過size（）函數(shù)將兩幅圖片的行與列像素變?yōu)榇笮∫恢鲁叽纭Ｈ缓髮⒍S圖片像素矩陣進(jìn)行小波的多層分解，將得到的結(jié)果提取尺度1的方向的高頻與低系數(shù)和尺度2方向的高頻與低頻系數(shù)。最后將得到結(jié)果進(jìn)行疊加得出添加數(shù)字水印后的圖像。

2.3 基于空域的LSB的原理與步驟

首先可通過MATLAB自帶rgb2gray（）函數(shù)將圖片轉(zhuǎn)化為灰度圖像，再通過size（）函數(shù)將兩幅圖片的行與列像素變?yōu)榇笮∫恢鲁叽?。然后利用高位平面對圖像的品質(zhì)起到主要的作用，所以可以通過去掉圖片最低的幾個(gè)位平面，得到的結(jié)果不會影響到圖片的質(zhì)量的下降。最后利用水印信息來代替原來載體圖片的低位面進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水印的添加。

3 數(shù)字水印算法的比較

3.1 線性疊加與哈爾小波的結(jié)果對比

兩種算法的差別是線性疊加是空間域?qū)崿F(xiàn)的，哈爾小波則是用時(shí)間域進(jìn)行變換，線性疊加的算法實(shí)現(xiàn)簡單，但是效果一般，而哈爾小波則利用小波變換對圖像信息就行更有效的處理。但是在水印提取這一環(huán)節(jié)上的話，線性疊加優(yōu)于哈爾小波變換如圖1，圖2所示。

3.2 基于LSB算法的討論

每一張圖片的一位像素都是由8位二進(jìn)制組成，而通過將每個(gè)像素點(diǎn)的二進(jìn)制的數(shù)據(jù)組成一個(gè)位平面，通過將對位平面分析得出較好的方式來嵌入水印信息。得到的嵌入水印后的圖片質(zhì)量介于線性疊加與哈爾小波之間，提取出來的水印質(zhì)量也在線性疊加與哈爾小波之間。分析結(jié)果如圖3。

4 GUI設(shè)計(jì)

MATLAB自帶的GUIDE提供了一系列工具用于建立GUI對象。這些工具極大簡化了設(shè)計(jì)和建立GUI的過程。使用GUIDE可以完成GUI圖形界面布置，GUI編程。本系統(tǒng)基于GUIDE來設(shè)計(jì)開發(fā)。

5 總結(jié)

通過上述討論，LSB算法的嵌入水印效果與水印提取的圖像質(zhì)量處于線性疊加與哈爾小波處理后的圖片質(zhì)量之間，雖然哈爾小波變換嵌入水印的圖片對原圖片影響較小，表現(xiàn)情況更優(yōu)，但是提取水印的變現(xiàn)卻較差。因此本系統(tǒng)將使用LSB算法進(jìn)行水印添加提取的開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

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[4]樊偉.基于小波變換的全息水印算法及應(yīng)用研究[D].北京印刷學(xué)院，2018.

作者簡介：魏雅慧（1990-），女，湖北宜昌人，工學(xué)碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)控制、圖像處理、機(jī)器視覺、儀器儀表及自動化裝置。