图像隐写基于matlab DWT数字水印多种攻击效果对比含Matlab源码 1134期

Posted 2021-08-16 紫极神光

一、简介

小波变换原理
小波变换是一种信号的时间一尺度(时间一频率)分析方法，一种窗口大小固定不变形状可改变，时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。它具有多分辨率分析( Multi-resolution Analysis)的特点，且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。
小波分析方法在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辦率和较低的频率分辦率，所以被誉为“数学显微镜”。正是这种特性，使小波变换具有对信号的自适应性。
小波分析被看成调和分析这一数学领域半个世纪以来的工作结晶，已经广泛地应用于信号处理、图像处理、量子场论、地震勘探、语音识别与合成、音乐、雷达、CT成像、彩色复印、流体湍流、天体识别、机器视觉、机械故障诊断与监控、分形以及数字电视等科技领域。
原则上讲，传统上使用傅里叶分析的地方，都可以用小波分析取代。小波分析优于傅里叶变换的地方是在时域和频域同时具有良好的局部化性质。

这样小波变換对不同的频率在时域上的取样步长是调节性的:在低频时，小波变换的时间分辨率较低，而频率分辦率较高；在高频时，小波变换的时间分辨率较高，而類率分辨率较低。这正符合低频信号变化缓慢而高频信号变化迅速的特点。
这便是它优于经典傅里叶变换与短时傅里叶变换的地方。

二、源代码

clc
clear all;


k=20;          
blocksize=8;   % 设置块的大小

% 读入原图像
file_name='_lena_std_bw.bmp';
cover_object=double(imread(file_name));
 
% 原图像的行数与列数
Mc=size(cover_object,1);         %原图像行数
Nc=size(cover_object,2);         %原图像列数

% 最大嵌入信息量
max_message=Mc*Nc/(blocksize^2);

% 读入水印图像
file_name='c.bmp';
message=double(imread(file_name));

%%水印图像的行数与列数
Mm=size(message,1);               %水印行数
Nm=size(message,2);               %水印列数

message_vector=reshape(message,1,Mm*Nm);

% 检查水印信息是否过大
if (Mm*Nm> max_message)
  error('水印太大')
end

% 产生watermarked_image,并写入原图信息
watermarked_image=cover_object;


% 将图像分块嵌入
% 当 (2,2) > (2,3) 且 message_pad(kk)=0
% 当 (2,2) < (2,3) 且 message_pad(kk)=1

%%在提取水印时，如果cD1(2,2)>cD1(2,3)便是嵌入了水印的黑色像素，
%%反之则是嵌入了白色像素
x=1;
y=1;
h=waitbar(0,'嵌入水印，请等待');
for (kk = 1:length(message_vector))

  % 对块进行DWT变换
  [cA1,cH1,cV1,cD1] = dwt2(cover_object(x:x+blocksize-1,y:y+blocksize-1),'haar');
  % 如果 message_pad(kk)== 0
  if (message_vector(kk) == 0)

    % 且(2,2) < (2,3) ，交换它们
    if (cD1(2,2) < cD1(2,3))
          temp=cD1(2,3);
          cD1(2,3)=cD1(2,2);
          cD1(2,2)=temp;
    end
  
  % 如果message_pad(kk) == 1, 
  elseif (message_vector(kk) == 1)
    
    % 且(2,2) > (2,3) ，交换它们
    if (cD1(2,2) >= cD1(2,3))
          temp=cD1(2,3);
          cD1(2,3)=cD1(2,2);
          cD1(2,2)=temp;
    end
  end
  
  % 检查(2,2) ， (2,3)的差是否>= k
  if cD1(2,2) > cD1(2,3)
    if cD1(2,2) - cD1(2,3) < k
        cD1(2,2)=cD1(2,2)+(k/2);
        cD1(2,3)=cD1(2,3)-(k/2);         
    end
  else 
      if cD1(2,3) - cD1(2,2) < k
        cD1(2,3)=cD1(2,3)+(k/2); 
        cD1(2,2)=cD1(2,2)-(k/2);
    end
  end
    
  %IDWT
  watermarked_image(x:x+blocksize-1,y:y+blocksize-1)= idwt2(cA1,cH1,cV1,cD1,'haar',[Mc,Nc]);


  % 移动到下一块
  if (x+blocksize) >= Nc
    x=1;
    y=y+blocksize;
  else
    x=x+blocksize;
  end
  waitbar(kk/length(message_vector),h);
end
close(h);

% 转换为uint8并写入dwt_watermarked.bmp
watermarked_image_uint=uint8(watermarked_image);
imwrite(watermarked_image_uint,'dwt_watermarked.bmp','bmp');

% 计算psnr值
psnr=psnr(cover_object,watermarked_image), 

% 显示图像
%figure(1)
%imshow(message,[]);
%title('水印');
figure(2)
subplot(1,2,1);
imshow(watermarked_image,[])
title('嵌入水印图像')
subplot(1,2,2);
imshow(cover_object,[]);
title('原图');




%提取源码
clear all;

blocksize=8;   % 设置块的大小

% 读入嵌入水印图像
file_name='dwt_watermarked.bmp';
watermarked_image=double(imread(file_name));

% 嵌入水印图像的行数与列数
Mw=size(watermarked_image,1);         %嵌入水印图像的行数
Nw=size(watermarked_image,2);         %嵌入水印图像的列数

% 最大嵌入信息量
max_message=Mw*Nw/(blocksize^2);

% 读入原始水印
file_name='c.bmp';
orig_watermark=double(imread(file_name));

% 原始水印的行数与列数
Mo=size(orig_watermark,1);    %原始水印的行数
No=size(orig_watermark,2);    %原始水印的列数

% 将图像分块提取水印
x=1;
y=1;
h=waitbar(0,'水印提取中，请等待');
for (kk = 1:max_message) 

  % 对块进行dwt变换
  [cA1,cH1,cV1,cD1] = dwt2(watermarked_image(x:x+blocksize-1,y:y+blocksize-1),'haar');
  
  % 如果cD1(2,2) > cD1(3,3) 那么 message_vector(kk)=0
  % 否则 message_vector(kk)=1
  if cD1(2,2)>cD1(2,3)
    message_vector(kk)=0;
  else
    message_vector(kk)=1;
  end


  % 移动到下一块
  if (x+blocksize) >= Mw
    x=1;
    y=y+blocksize;
  else
    x=x+blocksize;
  end
  waitbar(kk/max_message,h);
end

三、运行结果

四、备注

版本：2014a