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实验6 数字图像水印 【实验目的】 1．了解频域水印的特点 2．掌握基于DCT 系数关系的图像水印算法原理 【实验内容】（二选一） 1．DCT 域的图像水印嵌入与提取 2．完全脆弱图像水印实验 【实验环境】 1．Windows 7 操作系统 2．MATLAB 2014a 版本软件 3．图像文件 【原理简介】 1 ．DCT 域的图像水印嵌入与提取 在信号的频域（变换域）中隐藏信息要比在时域中嵌入信息具有更好的鲁棒 性。一副图像经过时域到频域的变换后，可将待隐藏信息藏入图像的的显著区域， 这种方法比LSB 以及其他一些时域水印算法更具抗攻击能力，而且还保持了对人 类感官的不可察觉性。常用的变换域方法有离散余弦变换（DCT ）、离散小波变 换（DWT ）和离散傅立叶变换（DFT ）等 。 本章介绍一种提取秘密信息的时候不需要原始图像的盲水印算法，算法的思 想是利用载体中两个特定DCT系数的相对大小来表示隐藏的信息。载体图像分为 8×8分块，进行二维DCT 变换，分别选择其中的两个位置，比如用(u ,v )和(u ,v ) 1 1 2 2 代表所选定的两个系数的坐标。如果Bi (u1, v1) Bi (u 2, v 2) ，代表隐藏1，如果相反， 则交换两系数。如果Bi (u1, v1) Bi (u 2, v 2) ，代表隐藏0 ，如果相反，则交换两系数。 提取的时候接收者对包含水印的图像文件进行二维DCT 变换，比较每一块中约定 位置的DCT系数值，根据其相对大小，得到隐藏信息的比特串，从而恢复出秘密 信息。但是在使用上述算法的过程中，注意到如果有一对系数大小相差非常少， 往往难以保证携带图像在保存和传输的过程中以及提取秘密信息的过程中不发 生变化。因此在实际的设计过程中，一般都是引入一个Alpha 变量对系数的差值 进行控制，将两个系数的差别放大，可以保证提取秘密信息的正确性。 2 ．完全脆弱图像水印实验 在保证多媒体信息一定感知质量的前提下，将数字、序列号、文字、图像标 志等作为数字水印嵌入到多媒体数据中，当多媒体内容受到怀疑时，可将该水印 提取出来用于多媒体内容的真伪识别，并指出篡改位置，甚至攻击类型等。这种 水印称为脆弱性水印，脆弱性水印分为完全脆弱性水印和半脆弱性水印。当原始 载体内容发生改变时，被嵌入的水印信息就遭到了破坏，因此图像的接收方就不 能完整的提取水印信息。从而可以鉴定原始数据是否被篡改。完全脆弱水印主要 用于完整性保护，图像不能发生任何修改，图像如果发生一个比特的修改都会影 响水印信息的提取。而半脆弱水印对一般图象处理（如：滤波、加噪声、替换、 压缩等）有较强的免疫能力（鲁棒性），但是能检测到对图像的恶意篡改，一般 用于内容保护。 完全脆弱水印系统要求图像的任何部分均不能被修改，检测器对图像任何细 微的变动都会做出拒绝判决。完全脆弱水印一般是从空域 LSB 水印算法演变过 来，其中最有代表性的是校验和（checksum ）算法、公钥认证水印算法和查找表 水印算法。 本节介绍的算法的原理如下：校验和算法首先计算每个像素字节最高7 位的 checksum 值, Checksum 值定义为一系列相同长度数据的二进制位的模2 和。在 该算法中，此长度为 8 个连续像素中的最高 7 位 的联合长度，共 56 位。在 Checksum 值计算过程中，整幅图像中的每个像素都参与计算，但每个像素只计 算一次，最后结果为56 位 的数据。该算法随后在图像中随机选取56 个像素， 将每个像素的最低位变为与上述Checksum 比特位相同，以此存储Checksum 值， 从而完成水印的嵌入。图像认证时，只需要将被检图像的Checksum 值与提取的 水印信息进行比较，便可得知图像是否被篡改。 在这个算法中，随机选取的存放Checksum 值的像素位置以及Checksum 值 本身构成了水印信息。在提取水印时，只需计算图像的Checksum 值并与水印信 息中的Checksum 值进行比较，便可知水印是否因遭受篡改而被破坏。 【实验步骤】 1 ．DCT 域的图像水印嵌入与提取 （1）嵌入水印信息 源代码dcthiding.m 如下