空域变换的可逆图像水印算法研究(源码)
随着互联网的日益发展，数字水印技术成为了保护数字多媒体信息版权和鉴别信息内容的重要方法。然而，大部分的水印技术方法在对载体图像嵌入或提取水印信息的过程中，都会对载体图像造成一定的伤害，导致载体图像的失真和无法恢复，所以针对一些特殊领域，一种名为可逆水印的新的数字水印的技术出现了。本文研究了空域变换的可逆数字水印算法，首先对水印信息进行处理，提升水印信息的保密性，在水印嵌入方面尽量做到高的不可察觉性，提取水印时保证水印信息和载体图像的完整性。并且改进了算法，还对算法进行了一系列的攻击测试，得到了测试数据。此空域算法容易实现，嵌入容量大，不可见性强。关键词 数字水印，可逆水印，空域变换，嵌入水印
目录
1绪论 1
1.1 背景 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 研究现状 2
2 可逆水印 2
1.1 可逆水印的基本原理 2
1.2 可逆水印分类 3
1.3 可逆水印的特性 4
1.4 可逆水印算法性能的指标 5
1.5 水印算法的安全性 6
1.6 研究内容 6
3 算法介绍 6
3.1 Arnold置乱 7
3.2 LSB算法 7
3.4 评估需要的算法 8
4 算法的实现 9
4.1 水印的嵌入 9
4.2 水印的提取 10
5 结果分析 11
5.1 嵌入容量 11
5.2 仿真测试结果 12
5.5 本章小结 14
结语 15
致谢 16
参考文献： 17
1绪论
背景
互联网技术蓬勃发展，多媒体技术的日益普及，数字水印技术已经成为人们保护数字多媒体信息安全、实现多数字媒体信息内容的鉴别的重要手段和方案。
一般的水印是将水印信息嵌入载体信息中，从而实现版权的保护，重点关注的对象是水印信息。在嵌入提取水印信息过程中或多或少都会改变原始图像信息；然而在一些对图像完整性要求较高的领域,如医学图像、军事图像、机密仪器的制造图像等方面,由于对原始图像不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
能有丝毫的改变的严格要求,以便于精确地判断图像的内容，原始图像不能有任何的改变，即使是由于水印信息的嵌入而导致原始图像发生一点点的不可察觉的变化也是不能容忍的，所以在提取水印信息后不允许对原始图像产生任何影响,在这种情况下,一种称为可逆数字水印的技术应运而生，得到了许多研究人员的关注。
可逆水印又称无损水印，是数字水印的一个重要的分支。与一般的数字水印技术相比，可逆水印技术有一个独特的方面,就是原始图像在提取出水印信息之后,还能够准确的恢复由于水印信息嵌入所造成的原始载体数据的损坏。可逆水印具体是指在确保嵌入水印信息的载体图像在传输过程中不发生变化，容许嵌入过程中对载体图像造成的一定的质量破坏，那么，提取水印信息后才能恢复原始的载体图像。
研究目的及意义
可逆水印技术的涉及到多个领域，尤其是对于图像完整性要求较高的领域，可逆水印技术因其独有的能恢复原始载体图像的特点展现出了独特的优越性。在军事领域，可逆水印技术用来验证数字图像的真实性和完整性；在医学领域，用来检测医疗图像的传输及存储过程，保证图像不被修改；在学术领域，用来检测学术图像的真实性，防止学术图像造假；在商业领域，用来防止对票据的纂改，保证票据的完整性。可逆水印技术因其对图像的完整性和真实性等方面的优点在各个领域里都发挥出了巨大的作用。
1.3 研究现状
可逆水印技术的兴起仅仅二十年左右，可逆水印技术已经成为当前水印技术研究方向迅速发展的热点。就目前的研究来看，可逆水印算法研究成果主要分为两类：一是基于空间域算法，二是基于变换域算法。1997年Barton基于空间域提出的一种脆弱水印算法是最早的关于可逆水印的算法。其后，2003年Tian提出了基于差值扩展的可逆信息隐藏技术。2009年Tsai提出了基于直方图变换的可逆水印算法。现如今，基于空间域的可逆水印算法是最多的，经过而是多年的发展，可逆水印算法也会越来越多。
目前，世界上的大多数国家都非常看好可逆水印技术的发展。国外许多政府部门、著名大学和出名的研究机构或公司等都在积极进行这方面的研究，并且诞生了大量的可逆水印算法。
在国内，数字水印的研究及应用已经发展到一定得水平，有不少著名大学、研究机构和公司等也紧跟国际的步伐，开展这方面的研究，我国在该领域的研究也取得较好的成果。
国内有也有一些出名的研究公司，已经有成熟的水印产品。如上海阿须数码有限公司、成都宇飞信息工程有限责任公司和北京握奇信安网络技术有限公司等，它们对水印技术的研究都走在了前沿。
2 可逆水印
1.1 可逆水印的基本原理
可逆水印可以将水印信息以完全可逆的形式嵌入到载体图像中，满足一般水印技术的不可感知性；在水印的提取阶段，嵌入的水印能从载体图像中完地提取出来，同时原始载体图像能被完整且精确地恢复，即恢复后的图像与原始载体图像相同。下图就是可逆水印的基本原理图：
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可逆水印基本原理图
1.2 可逆水印分类
随着水印技术应用领域的不断扩展，水印技术的分类方式并不统一，不同的分类方式就有不同的分类，它们中的有些有相似点却又有区别。可逆水印可以从以下的角度进行划分：
按对嵌入的算法来分，可以分为脆弱认证可逆水印、半脆弱可逆水印和高容量可逆水印。高容量可逆水印是当前可逆水印技术研究的热点，嵌入容量相对于前两种可逆水印方案有很大的提高。
按鲁棒性来分，可以分为易脆可逆水印、半易脆可逆水印和鲁棒可逆水印。 这里的鲁棒性是值从水印方面来说，在含有水印的图像遭受到攻击的情况下，仍然能够从含有水印的载体中完整的提取出嵌入的水印信息，称这种可逆水印为鲁棒可逆水印。在含有水印的载体遭受到一种或几种攻击之后，如果能正确提取出水印，而再遭受其他类型的攻击之后不能争取提取出原始水印，称为半脆弱的可逆水印。含有水印的载体遭受任何类型的攻击或是改动之后，都不能提取出原始水印和恢复原始载体，称为脆弱的可逆水印。
目录
1绪论 1
1.1 背景 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 研究现状 2
2 可逆水印 2
1.1 可逆水印的基本原理 2
1.2 可逆水印分类 3
1.3 可逆水印的特性 4
1.4 可逆水印算法性能的指标 5
1.5 水印算法的安全性 6
1.6 研究内容 6
3 算法介绍 6
3.1 Arnold置乱 7
3.2 LSB算法 7
3.4 评估需要的算法 8
4 算法的实现 9
4.1 水印的嵌入 9
4.2 水印的提取 10
5 结果分析 11
5.1 嵌入容量 11
5.2 仿真测试结果 12
5.5 本章小结 14
结语 15
致谢 16
参考文献： 17
1绪论
背景
互联网技术蓬勃发展，多媒体技术的日益普及，数字水印技术已经成为人们保护数字多媒体信息安全、实现多数字媒体信息内容的鉴别的重要手段和方案。
一般的水印是将水印信息嵌入载体信息中，从而实现版权的保护，重点关注的对象是水印信息。在嵌入提取水印信息过程中或多或少都会改变原始图像信息；然而在一些对图像完整性要求较高的领域,如医学图像、军事图像、机密仪器的制造图像等方面,由于对原始图像不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
能有丝毫的改变的严格要求,以便于精确地判断图像的内容，原始图像不能有任何的改变，即使是由于水印信息的嵌入而导致原始图像发生一点点的不可察觉的变化也是不能容忍的，所以在提取水印信息后不允许对原始图像产生任何影响,在这种情况下,一种称为可逆数字水印的技术应运而生，得到了许多研究人员的关注。
可逆水印又称无损水印，是数字水印的一个重要的分支。与一般的数字水印技术相比，可逆水印技术有一个独特的方面,就是原始图像在提取出水印信息之后,还能够准确的恢复由于水印信息嵌入所造成的原始载体数据的损坏。可逆水印具体是指在确保嵌入水印信息的载体图像在传输过程中不发生变化，容许嵌入过程中对载体图像造成的一定的质量破坏，那么，提取水印信息后才能恢复原始的载体图像。
研究目的及意义
可逆水印技术的涉及到多个领域，尤其是对于图像完整性要求较高的领域，可逆水印技术因其独有的能恢复原始载体图像的特点展现出了独特的优越性。在军事领域，可逆水印技术用来验证数字图像的真实性和完整性；在医学领域，用来检测医疗图像的传输及存储过程，保证图像不被修改；在学术领域，用来检测学术图像的真实性，防止学术图像造假；在商业领域，用来防止对票据的纂改，保证票据的完整性。可逆水印技术因其对图像的完整性和真实性等方面的优点在各个领域里都发挥出了巨大的作用。
1.3 研究现状
可逆水印技术的兴起仅仅二十年左右，可逆水印技术已经成为当前水印技术研究方向迅速发展的热点。就目前的研究来看，可逆水印算法研究成果主要分为两类：一是基于空间域算法，二是基于变换域算法。1997年Barton基于空间域提出的一种脆弱水印算法是最早的关于可逆水印的算法。其后，2003年Tian提出了基于差值扩展的可逆信息隐藏技术。2009年Tsai提出了基于直方图变换的可逆水印算法。现如今，基于空间域的可逆水印算法是最多的，经过而是多年的发展，可逆水印算法也会越来越多。
目前，世界上的大多数国家都非常看好可逆水印技术的发展。国外许多政府部门、著名大学和出名的研究机构或公司等都在积极进行这方面的研究，并且诞生了大量的可逆水印算法。
在国内，数字水印的研究及应用已经发展到一定得水平，有不少著名大学、研究机构和公司等也紧跟国际的步伐，开展这方面的研究，我国在该领域的研究也取得较好的成果。
国内有也有一些出名的研究公司，已经有成熟的水印产品。如上海阿须数码有限公司、成都宇飞信息工程有限责任公司和北京握奇信安网络技术有限公司等，它们对水印技术的研究都走在了前沿。
2 可逆水印
1.1 可逆水印的基本原理
可逆水印可以将水印信息以完全可逆的形式嵌入到载体图像中，满足一般水印技术的不可感知性；在水印的提取阶段，嵌入的水印能从载体图像中完地提取出来，同时原始载体图像能被完整且精确地恢复，即恢复后的图像与原始载体图像相同。下图就是可逆水印的基本原理图：
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可逆水印基本原理图
1.2 可逆水印分类
随着水印技术应用领域的不断扩展，水印技术的分类方式并不统一，不同的分类方式就有不同的分类，它们中的有些有相似点却又有区别。可逆水印可以从以下的角度进行划分：
按对嵌入的算法来分，可以分为脆弱认证可逆水印、半脆弱可逆水印和高容量可逆水印。高容量可逆水印是当前可逆水印技术研究的热点，嵌入容量相对于前两种可逆水印方案有很大的提高。
按鲁棒性来分，可以分为易脆可逆水印、半易脆可逆水印和鲁棒可逆水印。 这里的鲁棒性是值从水印方面来说，在含有水印的图像遭受到攻击的情况下，仍然能够从含有水印的载体中完整的提取出嵌入的水印信息，称这种可逆水印为鲁棒可逆水印。在含有水印的载体遭受到一种或几种攻击之后，如果能正确提取出水印，而再遭受其他类型的攻击之后不能争取提取出原始水印，称为半脆弱的可逆水印。含有水印的载体遭受任何类型的攻击或是改动之后，都不能提取出原始水印和恢复原始载体，称为脆弱的可逆水印。
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