基于MATLAB的数字图像水印系统开发与算法讨论

魏雅慧 林宇驰 李成伟 荣先钊

摘 要：随着科技的进步，生活的质量得到了相当大的改善，越来越多的人对摄影有着浓厚的兴趣，但是从而引发另一个问题——版权问题。为满足在不被影响原来图片的质量与使用价值的基础上，通过数字图形处理领域的算法进行嵌入数字载体，从而可达到保护信息安全与版权的保护。该系统使用MATLAB开发，有着良好的兼容性、移植性和可扩展性，实现了多种数字图像水印的添加的算法，并且进行评估算法的好坏。

关键词：MATLAB；数字水印添加；评估算法

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

1 引言

摄影已近愈来愈成为社会的新潮流，但是中国这个大环境下部分人的知识产权意识薄弱，从而导致网络上肆意传放着盗版资源和随意篡改资源。本系统实现多种数字添加的算法，通过实验现象分辨出算法的优劣。

2 数字水印添加技术

2.1 线性叠加原理及步骤

首先可通过MATLAB自带rgb2gray（）函数将图片转化为灰度图像，再通过size（）函数将兩幅图片的行与列像素变为大小一致尺寸。然后进行图像的叠加运算，将图片的像素矩阵进行二元一次函数的变换。最后输出得到的添加数字水印。

2.2 基于小波变换的原理及步骤

首先可通过MATLAB自带rgb2gray（）函数将图片转化为灰度图像，再通过size（）函数将两幅图片的行与列像素变为大小一致尺寸。然后将二维图片像素矩阵进行小波的多层分解，将得到的结果提取尺度1的方向的高频与低系数和尺度2方向的高频与低频系数。最后将得到结果进行叠加得出添加数字水印后的图像。

2.3 基于空域的LSB的原理与步骤

首先可通过MATLAB自带rgb2gray（）函数将图片转化为灰度图像，再通过size（）函数将两幅图片的行与列像素变为大小一致尺寸。然后利用高位平面对图像的品质起到主要的作用，所以可以通过去掉图片最低的几个位平面，得到的结果不会影响到图片的质量的下降。最后利用水印信息来代替原来载体图片的低位面进而实现水印的添加。

3 数字水印算法的比较

3.1 线性叠加与哈尔小波的结果对比

两种算法的差别是线性叠加是空间域实现的，哈尔小波则是用时间域进行变换，线性叠加的算法实现简单，但是效果一般，而哈尔小波则利用小波变换对图像信息就行更有效的处理。但是在水印提取这一环节上的话，线性叠加优于哈尔小波变换如图1，图2所示。

3.2 基于LSB算法的讨论

每一张图片的一位像素都是由8位二进制组成，而通过将每个像素点的二进制的数据组成一个位平面，通过将对位平面分析得出较好的方式来嵌入水印信息。得到的嵌入水印后的图片质量介于线性叠加与哈尔小波之间，提取出来的水印质量也在线性叠加与哈尔小波之间。分析结果如图3。

4 GUI设计

MATLAB自带的GUIDE提供了一系列工具用于建立GUI对象。这些工具极大简化了设计和建立GUI的过程。使用GUIDE可以完成GUI图形界面布置，GUI编程。本系统基于GUIDE来设计开发。

5 总结

通过上述讨论，LSB算法的嵌入水印效果与水印提取的图像质量处于线性叠加与哈尔小波处理后的图片质量之间，虽然哈尔小波变换嵌入水印的图片对原图片影响较小，表现情况更优，但是提取水印的变现却较差。因此本系统将使用LSB算法进行水印添加提取的开发。

参考文献：

[1]梁欣.基于小波变换和矩阵奇异值分解的二值水印研究[J].甘肃科技纵横，2018，47（03）：1-3.

[2]张晓琪，胡振，唐天国，张佳丽.一种复合加密的小波变换图像数字水印技术研究[J].电子技术与软件工程，2018（05）：66-68.

[3]刘博.数字全息图像水印加密处理的研究[D].哈尔滨理工大学，2018.

[4]樊伟.基于小波变换的全息水印算法及应用研究[D].北京印刷学院，2018.

作者简介：魏雅慧（1990-），女，湖北宜昌人，工学硕士，助理实验师，主要研究方向：计算机控制、图像处理、机器视觉、仪器仪表及自动化装置。