基于差值直方图平移的可逆水印算法设计与实现

%主要实现水印的嵌入. clear ; close all; image = imread('Baby.tif'); %载入图像的值 w = 3; %w放大的是竖直方向 l = 3; %l放大的是水平方向 newimage=extenRGB(image,w,l); newimage = uint8(newimage);%格式转换，否则无法显示 figure,imshow(image),title('原始图像'); %显示原始图像,使用figure，imshow可以同时显示多个imshow figure,imshow(newimage),title('放大图像'); %显示放大图像 imwrite(image,'原始图像.tif'); imwrite(newimage,'载体图像.tif'); Carrier=imread('载体图像.tif'); figure,imshow(Carrier),title('载体图像'); %将图像放大，这样两个相邻的像素点之间的像素差值更小，峰值更高 %接下来构建差值直方图，并研究如何嵌入； %分组 [m,n]=size(Carrier);%m是行，n是列 %倒S扫描，将扫描路径经过的像素值存储在一个数组中 loc=1;%表示当前扫描的总像素个数 flg=0;%表示扫描方向，默认向右 for i = 1 : m if flg==0 for j = 1 : n A(loc)=Carrier(i,j); loc=loc+1; end flg=1; else for j = n:-1:1 A(loc)=Carrier(i,j); loc=loc+1; end flg=0; end end loc k=1; block=floor(m*n/3);%获得总的分组数 for i = 1 : block for j = 1 : 3 B(i,j) = A(k);%每三个像素一组，将数据放到B中 k=k+1; end end loc=1; %由于m*n可能不是整除3，所以将没被存储起来的数据单独放起来，用于更准确的恢复图像 if mod(m*n,3)~= 0 num = mod(m*n,3); for i=(m*n-num+1):m*n Omission(loc) = A(i); loc=loc+1; end end %找到三个数中值最小的那个数与中间位置的数换 for i = 1 : block [min_,pos] = min(B(i,:));%pos获取最小值所在位置，min获取最小值，此处不使用，仅为凑函数 if pos~= 2 t = B(i, 2); B(i, 2) = B(i,pos); B(i,pos) = t; %将交换的位置记录下来 REC(i,1) = 1; REC(i,2) = pos; end %计算每三个数之间的差值并存到数组difference difference(i,1)=B(i,1)-B(i,2); difference(i,2)=B(i,3)-B(i,2); end %构建差值直方图 figure,imhist(difference),title('差值直方图'); %嵌入水印，并进行直方图平移 %找到top值和bottom，此时就找到了最多的像素数，这样就可以容纳最多的嵌入元素 h = imhist(difference); top = find(h==max(h(:))); bottom=find(h==min(h(:))); bottom=min(bottom);%差值直方图的样子是规定好了的，一定从0-255高度由高变低,top与bottom都是直方图的下标 %输出top与bottom用于提取水印时使用，Baby图片的top=2,bottom=28 top bottom watermark=imread('水印.png');%经过测试，这个位图是一个二值水印图，全图要么是白色，要么是黑色，不存在灰色 %扫描要嵌入的图像，对它的扫描顺序可以是任意的，只要嵌入时的扫描顺序与恢复顺序一致即可 %先将图像转为而二值图像 watermarkstander=graythresh(watermark); %thresh1=0.5216 watermark = im2bw(watermark,watermarkstander); %获取水印图像的大小 [p,q]=size(watermark); marksum=p*q; %将水印图像所有的像素从上到下，从左到右扫面成一个一维数组 loc=1; for i=1:p for j=1:q mark(loc)=watermark(i,j); loc=loc+1; end end %水印的嵌入,峰值点处嵌入水印(嵌入水印的过程就是如果要嵌入的是1，就同样将其向右平移，如果是0则无需移动) %不是峰值点处并且处在top与bottom之间的就向右平移， %如果左右都需要向右平移，则修改中间像素的值，如果只平移左右中的一个，则只改左或者右的值，使其差增加1即可 %如果改变的是中间的，可能是1.左右皆为top，嵌入两个1 2.左top loc = 1; for i = 1 : block %如果两个都是峰值点，则可以嵌入两个水印信息 if(loc < marksum - 1) if difference(i, 1) == top && difference(i, 2) == top %相当于GAP（i，1）+ 1，GAP（i，2 + 1）即向右平移一个单位 %因为嵌入就要平移 差值直方图平移就意味着原始图像块的像素值要改变 %来使它们之间的差值发生变化 if mark(loc) == 1 && mark(loc + 1) == 1 B(i,2) = B(i, 2) - 1; end if mark(loc) == 1 && mark(loc + 1) == 0 B(i,1) = B(i, 1) + 1; end if mark(loc) == 0 && mark(loc + 1) == 1 B(i,3) = B(i, 3) + 1; end %如果loc与loc+1位置上的只都是0的话则不需要平移，就不用管了 loc = loc + 2; end end %只有左边的差值是top 只能嵌入一个水印 if(loc < marksum) if difference(i, 1) == top && difference(i, 2) ~= top if mark(loc) == 1 && (difference(i,2) > top && difference(i,2) < bottom) == 1 B(i, 2) = B(i, 2) - 1; end if mark(loc) == 1 && (difference(i,2) > top && difference(i,2) < bottom) == 0 B(i, 1) = B(i, 1) + 1; end if mark(loc) == 0 && (difference(i,2) > top && difference(i,2) < bottom) == 1 B(i, 3) = B(i, 3) + 1; end loc = loc + 1; end end %只有一个峰值点的情况二 只能嵌入一个水印 if(loc < marksum) if difference(i, 1) ~= top && difference(i, 2) == top if mark(loc) == 1 && (difference(i,1) > top && difference(i,1) < bottom) == 1 B(i, 2) = B(i, 2) - 1; end if mark(loc) == 1 && (difference(i,1) > top && difference(i,1) < bottom) == 0 B(i, 3) = B(i, 3) + 1; end if mark(loc) == 0 && (difference(i,1) > top && difference(i,1) < bottom) == 1 B(i, 1) = B(i, 1) + 1; end loc = loc + 1; end end %不嵌入水印但是也要平移 if(loc < marksum) if difference(i, 1) ~= top && difference(i, 2) ~= top if (difference(i,1) > top && difference(i,1) < bottom) == 1 && (difference(i,2) > top && difference(i,2) < bottom) == 1 B(i, 2) = B(i, 2) - 1; end if (difference(i,1) > top && difference(i,1) < bottom) == 1 && (difference(i,2) > top && difference(i,2) < bottom) == 0 B(i, 1) = B(i, 1) + 1; end if (difference(i,1) > top && difference(i,1) < bottom) == 0 && (difference(i,2) > top && difference(i,2) < bottom) == 1 B(i, 3) = B(i, 3) + 1; end end end end %将所有的元素重新整合，包括omission中的 %先根据REC中的记录将所有调整过位置的元素位置换过来 for i=1:block if REC(i,2)~=0 t=B(i,2); B(i,2)=B(i,REC(i,2)); B(i,REC(i,2))=t; end end %m是原始图像的行，n是原始图像的列,先放到一维数组中，然后在组装 loc=1; for i=1:block for j=1:3 UpdateA(loc)=B(i,j); loc=loc+1; end end %将原来多出来的没放在B数组中的元素添加上 if mod(m*n,3)~= 0 num = mod(m*n,3); for i=1:num UpdateA(loc)=Omissiom(i); loc=loc+1; end end %将所有数据统一到AddPating数组中 flg=0;%设定填装方向，初始方向为向右 loc=1; for i=1:m if flg==0 for j=1:n AddPating(i,j)=UpdateA(loc); loc=loc+1; end flg=1; else for j = n:-1:1 AddPating(i,j)=UpdateA(loc); loc=loc+1; end flg=0; end end %显示添加水印的图片 figure,imshow(AddPating),title('嵌入水印的图像'); %因为嵌入程序与提取复原程序不在一个文件中，所以将嵌入水印的图像写入计算机，通过另外一个程序对该图像进行水印提取 imwrite(AddPating,'嵌入水印后的图像.tif');