基于MATLAB的數字圖像水印系統開發與算法討論

魏雅慧 林宇馳 李成偉 榮先釗

摘 要：隨著科技的進步，生活的質量得到了相當大的改善，越來越多的人對攝影有著濃厚的興趣，但是從而引發另一個問題——版權問題。為滿足在不被影響原來圖片的質量與使用價值的基礎上，通過數字圖形處理領域的算法進行嵌入數字載體，從而可達到保護信息安全與版權的保護。該系統使用MATLAB開發，有著良好的兼容性、移植性和可擴展性，實現了多種數字圖像水印的添加的算法，并且進行評估算法的好壞。

關鍵詞：MATLAB；數字水印添加；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，但是中國這個大環境下部分人的知識產權意識薄弱，從而導致網絡上肆意傳放著盜版資源和隨意篡改資源。本系統實現多種數字添加的算法，通過實驗現象分辨出算法的優劣。

2 數字水印添加技術

2.1 線性疊加原理及步驟

首先可通過MATLAB自帶rgb2gray（）函數將圖片轉化為灰度圖像，再通過size（）函數將兩幅圖片的行與列像素變為大小一致尺寸。然后進行圖像的疊加運算，將圖片的像素矩陣進行二元一次函數的變換。最后輸出得到的添加數字水印。

2.2 基于小波變換的原理及步驟

首先可通過MATLAB自帶rgb2gray（）函數將圖片轉化為灰度圖像，再通過size（）函數將兩幅圖片的行與列像素變為大小一致尺寸。然后將二維圖片像素矩陣進行小波的多層分解，將得到的結果提取尺度1的方向的高頻與低系數和尺度2方向的高頻與低頻系數。最后將得到結果進行疊加得出添加數字水印后的圖像。

2.3 基于空域的LSB的原理與步驟

首先可通過MATLAB自帶rgb2gray（）函數將圖片轉化為灰度圖像，再通過size（）函數將兩幅圖片的行與列像素變為大小一致尺寸。然后利用高位平面對圖像的品質起到主要的作用，所以可以通過去掉圖片最低的幾個位平面，得到的結果不會影響到圖片的質量的下降。最后利用水印信息來代替原來載體圖片的低位面進而實現水印的添加。

3 數字水印算法的比較

3.1 線性疊加與哈爾小波的結果對比

兩種算法的差別是線性疊加是空間域實現的，哈爾小波則是用時間域進行變換，線性疊加的算法實現簡單，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節上的話，線性疊加優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位二進制組成，而通過將每個像素點的二進制的數據組成一個位平面，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量介于線性疊加與哈爾小波之間，提取出來的水印質量也在線性疊加與哈爾小波之間。分析結果如圖3。

4 GUI設計

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計和建立GUI的過程。使用GUIDE可以完成GUI圖形界面布置，GUI編程。本系統基于GUIDE來設計開發。

5 總結

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量處于線性疊加與哈爾小波處理后的圖片質量之間，雖然哈爾小波變換嵌入水印的圖片對原圖片影響較小，表現情況更優，但是提取水印的變現卻較差。因此本系統將使用LSB算法進行水印添加提取的開發。

參考文獻：

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[2]張曉琪，胡振，唐天國，張佳麗.一種復合加密的小波變換圖像數字水印技術研究[J].電子技術與軟件工程，2018（05）：66-68.

[3]劉博.數字全息圖像水印加密處理的研究[D].哈爾濱理工大學，2018.

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

作者簡介：魏雅慧（1990-），女，湖北宜昌人，工學碩士，助理實驗師，主要研究方向：計算機控制、圖像處理、機器視覺、儀器儀表及自動化裝置。