数字水印算法介绍

数字水印算法列举
湖南科技大学计算机科学与工程学院
①基于LSB 的数字水印方案（空间域、不可逆、不可见和盲检测）
嵌入步骤：
（1）先把水印信息转化为二进制比特流I。

（2）根据I的长度生成密钥K，并且严格保存。

密钥K是对图像载体像素位置的一个映射。

（3）把I中的每一位依次根据密钥K，置换掉原始载体图像中相应位置的像素最后一位。

提取步骤：
（1）根据严格保存的密钥K遍历嵌入了水印的图像中的相应像素，提取出最后一位。

（2）将提取出来的每一位重新组合成水印信息。

②基于差分扩展的数字水印方案（变换域、可逆、不可见和盲检测）
嵌入步骤：
（1）将图像M分成像素点对（x，y），将水印信息转化为二进制比特流,比特流的每一位用m 表示。

（2）根据水印信息比特流的长度随机生成信息的嵌入位置k作为密钥信息严格保存。

（3）对图像M计算均值l和差值h：⎪⎩⎪⎨⎧-=+=y
x h y x floor l 2(（floor表示向下取整）
（4）将水印比特信息m以差值扩展的方法嵌入到差值h中：m
h h +⨯='2（5）将得到的h '代入（3）中，得到新的图像像素对，形成嵌入秘密信息后的图像C。

提取步骤：
（1）将图像C分成像素点对（x，y），读入密钥信息K。

（2）将图像C依旧按照嵌入步骤中的（3）式计算均值l和差值h。

（3）根据密钥k找到相应位置，提取差值h的最后一位比特信息m，再将差值h进行变换得到1>>='h h 。

（4）将提取到的比特信息m进行组合可以恢复水印信息，将得到的h '代入嵌入步骤的（3）中计算新的图像像素对可以恢复原始图像载体M。

③基于直方图修改的数字水印算法（空间域、可逆、不可见和盲检测）
嵌入步骤：（1）找到直方图的零点z和峰值点p，将z v p <<的像素值v自加1。

（2）漂移后的直方图v=p处即为嵌入水印的位置，将水印信息转化为二进制流并记为k，按顺序嵌入，即k v v +='；（3）得到的由像素值v '组成的图像就是嵌入秘密信息后的图像。

同时p、z以密钥的形式保存。

提取步骤：
（1）读取密钥，得到p、z的值。

（2）遍历图像的每个像素，当像素v=p时，提取信息0并保持数据不变；当v=p+1时，提取信息1并将数据减1。

（3）当v<p或v>z时，数据保持不变；当p-1<v<z时，数据自减1。

（4）提取到的比特信息可以组合成水印信息，重新计算像素后的图像即为原始载体图像。

④基于Hear小波变换矩阵的数字水印算法（变换域、可逆、不可见和盲检测）
嵌入算法：a.首先将原始图像C 进行一次Hear 小波变换，得到四块区域：LL、LH、HL、HH。

b.针对变换域中的高频区域，即LH、HL、HH 区域，采用直方图修改的方法，计算高频区域数据的直方图。

c.找到直方图的零点z 和峰值点p，并重新扫描高频区域的数据v，将z v p <<的系数值自加1。

d.漂移后的直方图v=p 处即为嵌入水印的位置，将水印图像转化为二进制流并记为k，按顺序嵌入，即k v v +='；
e.将嵌入了水印的变换域数据矩阵进行Hear 小波逆变换，并将z 和p 作为密钥严格保存下来。

提取算法：a.读取密钥，得到p、z。

b.将嵌入了水印的图像进行Hear 小波变换。

c.一次遍历变换域中的高频部分，当v=p 时，提取信息0并保持数据不变；
当v=p+1时，提取信息1并将数据减1。

d.当v<p 或v>z 时，数据保持不变；当p-1<v<z 时，数据自减1。

e.按照c 和d 遍历完整个变换域中的高频部分，水印信息就被解析出来。

f.将最后的变换域数据矩阵进行Hear 小波逆变换即能恢复出原始图像。

⑤基于DCT变换域的数字水印算法（变换域、不可逆、不可见和非盲检测）
水印嵌入：⑴首先将原始图像C 进行离散余弦变换得到变换域系数矩阵C '。

⑵在变换域系数矩阵中的中频段随机选出一些系数，进行如下操作：
i
m j i x j i x α+='),(),(其中：),(j i x 为DCT 系数i m 为第i 个秘密信息比特α为可调强度),(j i x '为隐藏
秘密后的DCT 系数
⑶将隐藏秘密后的DCT 系数矩阵进行DCT 逆变换，水印已经嵌入。

水印提取：⑴将原始图像和嵌入了水印的图像进行DCT 变换，分别得到DCT 系数矩阵A 和B。

⑵依次遍历两个矩阵，将系数不相等的地方进行B-A 操作还原出秘密信息片段。

⑶将所有还原的秘密信息片段连接起来，即可还原出水印信息。

⑥基于二值水印图像的可见数字水印盲检测算法（空间域、不可逆、可见和盲检测）
水印嵌入：⑴加载水印图像和原始载体图像，分析二值水印图像，确定黑还是白是需要嵌入的水印颜色。

⑵获取水印图像长宽a 和b 以及嵌入初始位置坐标（x，y）和强度因子c。

⑶利用置换原理将水印图像的像素乘上强度因子c 置换掉载体图像中以（x，y）为初始位置的长宽都等于水印图像的区域块，注意只对水印图像中确定的需要嵌入的颜色进行操作，并严格保存x，y，a，b 和c 作为密钥信息。

水印提取：⑴读入密钥信息。

⑵利用x 和y 定位到载体图像具体的位置，根据长宽分别为a 和b 以及强度因子c 分离出水印。

这种方式无法恢复原始图像。

⑦基于二值水印图像的可见数字水印非盲检测算法（空间域、不可逆、可见和非盲检测）水印嵌入：⑴加载水印图像和原始载体图像，分析二值水印图像，确定黑还是白是需要嵌入的水印颜色。

⑵获取水印图像长宽a 和b 以及嵌入初始位置坐标（x，y）和强度因子c。

⑶利用置换原理将水印图像的像素乘上强度因子c 置换掉载体图像中以（x，y）为初始位置的长宽都等于水印图像的区域块，注意只对水印图像中确定的需要嵌入的颜色进行操作.
水印提取：⑴载入原始载体图像A 和嵌入了水印的图像B ⑵同时遍历两个图像的像素信息，如果遇到不同的像素位置，即可按顺序记录下B 图中的像素信息。

⑶最后将记录的像素信息组合在一起，即可提取出水印图像。

⑧基于小波变换的图像水印算法
数字水印嵌入技术
通过Arnold 变换将水印图像W 进行置乱，然后按行序列排成一维的向量W *，
W *={w i *|i=1,2,…,M,w i *={0,1}},设某一点的坐标为（x，y），则HL2中位于该点的小波系数
为f 2(x,y),HL1中位于该点的小波系数为f 2(x,y)，按如下步骤进行水印嵌入：
1、对原始灰度图像进行二级小波分解，分别得到一级和二级水平细节子带HL1，HL2。

2、按前述嵌入位置的选取方法，从HL2中选取M 个待嵌入水印的位置（x，y）。

3、将二值水印序列嵌入到第二步选出位置的小波系数上，对于某一具体位置（x，y），嵌入水印公式如下：
A1/A2×mean-a 1×A1；(w i *=0)&(f 2(x,y)>A1/A2×mean)
f ‘2（x，y）=f 2(x,y)-a 2×A1；(w i *=0)&(f 2(x,y)≤A1/A2×mean)
A1/A2×mean +a 1×A1；(w i *=1)&(f 2(x,y)>A1/A2×mean)
f 2(x,y)+a 2×A1；(w i *=1)&(f 2(x,y)>A1/A2×mean)
其中f ‘2（x，y）为嵌入水印之后的HL2系数，mean 为HL1中的四个小波系数f 1
（2x-1，2y-1）、f 1（2x-1，2y）、f 1（2x，2y-1）、f 1（2x，2y）的均值，A1为HL2中所有系数的绝对值的均
值，A2为HL1中所有系数绝对值的均值，a 1、a 2为设定的参数，用于调节水印嵌入的强度算
法中将A1/A2的数值作为密钥保存。

4、利用小波逆变换进行重构，生成含水印的图像。

水印提取算法：1、对含水印图像进行二级小波分解，得到水平细节子图HL2‘、HL1，.
2、根据随机种子Seed 选取HL2‘中M 个位置（x，y）处系数，并按下式提取水印信息WW=
｛ww i |i=1，2，…,M｝ww i =1（f ‘2（x，y）≥A1/A2×A2’）其他ww i =0其中A2‘为HL1’中所
有系数绝对值的均值。

3、将上一步提取出的一维水印序列变为二维，然后根据密钥S 进行Arnold 变化，得到提出
的水印图像WW ‘。