图像信息隐藏数字水印算法
5.1图象信息隐藏与水印算法(2)-数字水印基础教程
28
隐藏算法
计算图像边界 筛选隐藏位置 数据预处理（加密、随机化等） 数据替换
29
提取算法（需要原始图像）
从原始图像确定隐藏位置 提取信息
30
隐藏了764bits
31
4 渐进图像数字水印
图像渐进传输技术
网络用户在浏览图片时，首先获得一幅模糊 图像，随着时间的推移，用户可以逐步获得 更加清晰的图像，而如果用户不想看这幅图 像的全貌，可以取消该图像的进一步传输。 这样即节省了用户的时间，又节省了网络带 宽
b a (1 s)
组合图像形成嵌入信息的图像
16
提取算法
将接收图像分为88 的图像块 嵌入位置上的值记为b’ 在嵌入位置上，初始值设为零，用插值算 法根据周围像素值计算这些位置的值，记 为a’(=a)
b' ( 1) s' a
组合s并反置乱
17
原始载体图像 Lena ，512512
R0 3
0
[ R0 , R0 ] [ R1 , R1 ]
0.5
R1 3
1
42
嵌入算法
嵌入1
修改像素值，使得黑色像素的比例在[R1,R1+] 如果修改太大，则标志为无效
修改像素值，使得黑色像素的比例大于R1+3或小于R0 －3
嵌入0
修改像素值，使得黑色像素的比例在[R0-, R0] 如果修改太大，则标志为无效
位图文件头 位图信息头 调色板 图像矩阵
47
调色板：
数字水印编码算法
数字水印编码算法数字水印技术是一种将特定信息隐藏在数字媒体中以保护版权和验证数据完整性的方法。
数字水印编码算法是其中的核心部分，它决定了如何将信息嵌入到媒体中以及如何提取出隐藏的信息。
本文将介绍数字水印编码算法的基本原理和常见的几种算法。
数字水印编码算法的基本原理是在媒体的特定区域中，通过微小的变换来嵌入隐藏信息，这些变换在人眼或者其他传感器中是不可察觉的。
在数字图像中，常见的嵌入方法有像素值修改、离散余弦变换和离散小波变换等。
在数字音频中，常见的嵌入方法有低频扩频、频谱扩展和时间扩展等。
通过这样的嵌入方法，信息就被隐写在媒体中，起到了防伪、认证和追溯的作用。
一种常见的数字水印编码算法是基于离散余弦变换（DCT）的方法。
在这种算法中，将媒体分成多个块，对每个块进行DCT变换得到频域系数。
然后根据隐藏信息，在频域系数中进行微小的变换。
变换的方式可以是将信息加到系数中，或者在系数中微调一些分量。
最后进行逆DCT变换得到嵌入了隐藏信息的媒体。
在提取时，按照相同的方式对媒体进行DCT变换和逆DCT变换，就可以得到隐藏的信息。
另一种常见的数字水印编码算法是基于离散小波变换（DWT）的方法。
在这种算法中，同样将媒体分成多个块，对每个块进行DWT变换得到频域系数。
然后根据隐藏信息，在频域系数中进行微小的变换。
不同于DCT算法，DWT在频谱分析中更适合处理不同尺度的信息。
同样地，在提取时，按照相同的方式对媒体进行DWT变换和逆DWT变换，就可以得到隐藏的信息。
除了上述两种基本的数字水印编码算法，还有一些其他的算法。
例如基于人眼视觉特性的算法，它利用视觉系统的特性来增强水印的可见性或者提高抗干扰能力。
还有基于量化器特性的算法，它利用量化器的误差来嵌入和提取水印。
此外，还有一些基于传输特性的算法，它在数字媒体传输过程中嵌入和提取水印。
在数字水印编码算法中，除了嵌入和提取隐藏信息的功能，还有一些其他的要求。
例如鲁棒性，即算法要能在媒体经过压缩、裁剪、旋转等处理后仍然能够提取出水印。
信息隐藏技术在数字水印中的应用探究
信息隐藏技术在数字水印中的应用探究随着数字化时代的到来，数字媒体成为人们日常生活不可或缺的一部分。
然而，数字内容的广泛传播也给版权保护、数据完整性等方面带来了挑战。
为了解决这些问题，人们开始研究和应用信息隐藏技术，其中数字水印技术成为一种重要的手段。
本文将探究信息隐藏技术在数字水印中的应用，分析其原理和发展趋势。
一、信息隐藏技术的基本原理信息隐藏技术是通过在数字媒体中插入一种无感知的信息，使其不影响原始媒体内容的可视和可听性，同时实现对信息的确认和提取。
数字水印技术作为信息隐藏技术的一种形式，主要通过修改或嵌入数字媒体中的像素值、频谱或数据等，使得水印可以被嵌入和提取。
在数字水印中，嵌入的信息被称为水印信息，而被嵌入信息的数字媒体被称为载体。
嵌入水印的过程主要包含以下步骤：1. 选择合适的水印嵌入域：可以选择像素域、频域或压缩域等进行嵌入。
不同的域选择将影响水印的可靠性和对原始媒体的干扰程度。
2. 将水印信息与载体进行融合：通过修改载体中的像素或数据，将水印信息嵌入到载体中。
这一步骤可以使用不同的算法和技术来实现，如Least Significant Bit (LSB) 替换法、离散余弦变换 (DCT) 等。
3. 水印数据的可靠性检测：在嵌入水印后，需要对水印数据的可靠性进行验证，以确保水印可以被正确提取出来。
二、数字水印的应用领域数字水印技术在多个领域都有着广泛的应用，其中包括版权保护、信息认证、数据完整性等。
1. 版权保护：数字水印技术可以嵌入到音频、视频等数字媒体中，以证明其所有权和保护作品的版权。
一旦其中的水印信息被篡改或删除，就可以通过检测和提取水印来追溯到侵权来源，维护数字内容的版权权益。
2. 信息认证：数字水印技术可以用于验证数字媒体的真实性和完整性。
例如，在数字图像中嵌入水印信息可以用于确定图像是否被篡改过；在音频文件中嵌入水印信息则可以用于确认音频的来源和完整性。
3. 数据完整性：数字水印技术可以用于保护数据的完整性，防止数据在传输或存储过程中被篡改。
基于深度学习的医学图像数字水印算法
判别器
判断生成的数据是否真实 。
损失函数
通过比较真实和生成数据 之间的差异，最小化损失 函数。
数字水印嵌入与提取算法设计
水印嵌入
将数字水印嵌入到医学图像中，通过调整嵌入强度和位置来保证水印的鲁棒性和不可见性。
水印提取
从嵌入水印的医学图像中提取出水数据与环境
数字水印的分类
根据表现形式和用途，数字水印可分为可见水印和不可见水印。不可见水印主要 用于版权保护和数据认证，而可见水印则可直接显示在媒体上，用于标识版权和 防止盗版。
医学图像数字水印的特点与要求
医学图像的特点
医学图像具有较高的分辨率、对比度和专业性，同时存在较强的噪声和干扰。因此，医学图像数字水印需要具 有较高的鲁棒性和可靠性，以抵抗各种噪声和干扰。
研究方法
首先，我们使用深度学习技术对医学图像进行预处理，以便更好地提取图像 特征。然后，我们使用这些特征来嵌入水印信息。最后，我们使用实验来验 证所提出算法的有效性和鲁棒性。
02 医学图像数字水 印算法概述
数字水印技术
数字水印定义
数字水印是一种信息隐藏技术，通过在图像、音频、视频等数字媒体中嵌入隐含 的信息，以达到版权保护、真伪鉴别、数据认证等目的。
池化层
对特征图进行下采样，减少计算 复杂度。
全连接层
将特征图展平，并通过全连接层进 行分类或回归。
自动编码器（AE）模型
01
02
03
编码器
将输入数据编码成低维向 量。
解码器
将低维向量解码成原始数 据。
损失函数
通过比较输入和输出之间 的差异，最小化损失函数 。
生成对抗网络（GAN）模型
生成器
通过随机噪声生成新的数 据。
DCT变换的图像信息隐形水印技术资料
基于DCT域水印技术的图像信息隐藏方法研究摘要：数字水印是将特定的数字信息(水印)隐藏于数字化的多媒体数据(如图像、声音、视频和文本等)中，而不影响原数据的效果，并且可以从这些数据信息中部分地或全部地恢复出来，以达到版权保护的目的。
作为一门新兴的学科，数字水印有许多理论与实际技术问题善待解决。
本文主要是改进目前许多图像隐形水印算法在嵌入强度和含水印图像的质量评价等方面存在的问题，设计了一个较完整的基于DCT域的图像隐形水印算法，使该算法较好地兼顾不可感知性、稳健性和安全性。
本算法在充分考虑人类视觉系统掩蔽特性的基础上，首先把原图像各8×8块按Hilbert扫描顺序排列, 然后在原图像分块的Hilbert序列中选取一块图像的DCT域的三个中频分量之间嵌入水印。
嵌入水印具有很好的透明性，水印嵌入强度是与原图像特征相自适应的。
同时，水印的提取无须求助于原图像。
此外，实验结果也证明，该方法对图像调整、JPEG压缩和锐化图像等攻击具有较高的鲁棒性，是一种行之有效的水印嵌入方法。
关键词：DCT；水印；信息隐藏；鲁棒性；不可见性，嵌入强度;离散余弦变换;DCT-based domain of information hiding technologyimage watermarking method researchAbstract: Digital watermarking is a particular digital information (watermark) hiding in digital multimedia data (such as images, sounds, video and text, etc.), without affecting the original data, results, and information from these data, in part or All resume out in order to achieve the purpose of copyright protection. As an emerging discipline, digital watermarking has many theoretical and practical kind to solve technical problems. Of this paper is to improve the current number of invisible image watermarking algorithm in the containing watermark embedding strength and image quality evaluation of existing problems, designed a more complete image based on DCT domain invisible watermarking algorithm, so that the algorithm has better balance can not be perceived Xing, robustness and security.The algorithm taking full account of the human visual system masking, based on the first of the original image of 8 × 8 Kuai by Hilbert scan order, and then in the original image sub-block Hilbert select an image sequence of DCT-3 IF components of the between the embedded watermark. Embedded watermark has good transparency, watermark embedding strength is adaptive characteristics of the original image. Meanwhile, the watermark extraction is no need to resort to the original image. In addition, the experimental results also show that the method of image adjustment, JPEG compression, and sharpening images have a high attack robustness, is an effective method of watermark embedding.Keywords: DCT; watermark; information hiding; robustness; invisibility, embedding strength; discrete cosine transform;目录1引言............................................................................................................................................. - 4 -1.1数字水印信息隐藏技术简介. (4)1.2课题的研究背景 (5)1.3行业发展现状 (6)1.4本课题的研究目标和主要内容 (7)2图像隐形水印技术..................................................................................................................... - 7 -2.1DCT变换的基本原理：.. (8)2.2DCT域水印算法的特点 (10)2.3图像隐形水印的性能评估 (11)2.3.1水印的稳健性分析 ................................................................................................... - 11 -2.3.2图像质量评价方法 .................................................................................................. - 12 -2.3.3水印的性能测试 ...................................................................................................... - 13 -3基于DCT域的图像隐形水印算法实现 ................................................................................ - 15 -3.1问题分析 (15)3.1.1水印嵌入位置的选择 .............................................................................................. - 15 -3.1.2含水印图像的质量评价 .......................................................................................... - 16 -3.2水印的制作 .. (20)3.2.1水印信号的预处理 .................................................................................................. - 20 -3.2.2水印的嵌入.............................................................................................................. - 21 -3.3水印的提取 .. (23)3.4水印的检测 (24)4仿真分析................................................................................................................................... - 24 -4.1水印的性能测试 (25)4.2实验结果分析 (26)4.3水印图像抗攻击性能实验 (27)5小结与致谢............................................................................................................................... - 28 -5.1致谢 .. (28)6参考文献................................................................................................................................... - 29 -1引言1.1 数字水印信息隐藏技术简介随着信息科技的不断发展，信息隐藏技术作为隐蔽通信和知识产权保护的重要手段而被广泛应用。
数字水印 空格嵌入算法
数字水印是一种在数字媒体（如图像、音频、视频等）中嵌入隐藏信息的技术。
空格嵌入算法是数字水印中的一种常见算法，用于在文本中嵌入数字水印。
空格嵌入算法的基本原理是利用文本中的空格字符来嵌入隐藏信息。
下面是一个简单的空格嵌入算法的示例：
1. 选择要嵌入的隐藏信息，例如一个二进制序列。
2. 将要嵌入的文本拆分成单词。
3. 对于每个单词，将其空格字符按照一定规则替换成隐藏信息中对应的比特（0或1）。
4. 重新组合修改后的文本，形成带有隐藏信息的文本。
在提取隐藏信息时，可以使用相同的算法来检测和还原嵌入的数字水印。
通过解析文本中的空格字符，可以提取出隐藏信息。
需要注意的是，空格嵌入算法是一种简单的嵌入方法，可能容易受到攻击或检测。
在实际应用中，可能需要采用更复杂的算法来增加嵌入的安全性和鲁棒性。
基于信息隐藏技术的数字水印研究
基于信息隐藏技术的数字水印研究数字水印是一种不可见的标识，它能够嵌入在数字内容中，从而防止信息被复制和非法使用。
数字水印技术有着广泛的应用，如音视频版权保护、图像识别和数据完整性验证等。
其中，信息隐藏技术是实现数字水印的核心，它的研究能够提高数字水印的鲁棒性和隐蔽性。
1. 信息隐藏技术信息隐藏技术是将目标信息嵌入到其他信号中，使得嵌入后的信号在保持可接受的质量损失的前提下，尽可能地保持原信号的相似性。
信息隐藏技术主要有两种：基于转换和基于编码。
前者是通过对原信号进行转换，如离散余弦变换和小波变换等，将嵌入信息嵌入到变换系数中；而后者则是通过对原信号进行编码，如LDPC码和Turbo码等，将嵌入信息嵌入到编码信息中。
2. 数字水印数字水印分为可见水印和不可见水印两种。
可见水印指的是在原图像上嵌入具有一定透明度的图像，以标识版权信息或加强图像的可信度。
而不可见水印则是将目标信息嵌入到图像、音频或视频等数字内容中，并且嵌入后的信息是不可感知的。
数字水印有着广泛的应用场景，如图像识别、版权保护、数据完整性验证等。
3. 数字水印的应用数字水印技术可以广泛应用于各个领域。
在版权保护方面，数字音乐、数字电影、数字图书等数字内容都有可能遭受盗版和侵权行为，数字水印的应用可以有效地防止这些行为的发生。
在图像识别方面，数字水印能够对照片、视频等内容进行唯一的标识，从而有效防止内容被篡改或恶意复制。
在数据完整性验证方面，数字水印也能够帮助验证数据的真实性和完整性，是数据保密的重要措施。
4. 数字水印的研究方向数字水印研究的主要方向是提高数字水印的容错率和隐蔽性。
其中，容错率是指数字水印在经过媒介的变换和干扰后依然能够被准确地提取出来的能力；而隐蔽性则是指数字水印能够被嵌入到原信号中，又不影响原信号的质量和效果的能力。
为了提高数字水印的容错率和隐蔽性，研究者们提出了许多算法和技术，如小波变换、奇异值分解以及机器学习等。
实用技巧：如何选择适用的信息隐藏算法
实用技巧：如何选择适用的信息隐藏算法信息隐藏算法是一种在数字媒体中嵌入秘密信息的技术，它在现实生活中有着广泛的应用，例如数字水印、隐写术等。
选择适用的信息隐藏算法对于确保隐私安全和维护数据完整性至关重要。
本文将探讨如何选择适用的信息隐藏算法，并介绍一些相关的实用技巧。
一、了解不同类型的信息隐藏算法信息隐藏算法可以分为两大类：隐写术和数字水印。
隐写术是将秘密信息隐藏在一个覆盖物中，例如一张图片、一段音频或一个视频。
这种算法主要考虑的是如何隐藏信息，且隐藏后的图像、音频或视频仍然具有很高的相似性，不会引起人们的怀疑。
数字水印则是在媒体中嵌入一些不可见的标识符，用于识别和保护数字内容的所有者权益。
数字水印的目的是在不影响媒体质量的情况下，为媒体内容提供安全保护和溯源能力。
二、考虑数据安全和可逆性要求在选择适用的信息隐藏算法时，需要考虑不同的需求。
首先，需要确定数据安全的等级要求。
如果需要高度安全的保护，例如在军事、金融和法律领域中，则应选择更加复杂和难以破解的算法。
然而，过于复杂的算法可能导致性能下降和嵌入容量的减少，因此需要权衡取舍。
其次，需要考虑隐藏信息的可逆性要求。
有些应用场景要求嵌入的信息能够被完全恢复，例如数字水印用于版权保护。
而有些应用场景则可以容忍信息的部分丢失，例如隐写术中的秘密消息。
对于可逆性要求高的场景，应选择支持逆操作的算法。
三、根据媒体类型选择算法不同的媒体类型对算法的选择也有一定的影响。
例如，在图像领域中，常用的信息隐藏算法有Least Significant Bit（LSB）算法和基于变换域的算法。
LSB算法是在图像像素的最低有效位（LSB）中嵌入秘密信息，对于灰度图像和彩色图像都适用。
而基于变换域的算法则是在图像变换后的频域或空域中嵌入信息，例如离散余弦变换（DCT）域、小波变换域等。
对于音频和视频媒体，选择合适的信息隐藏算法也具有挑战性。
一种常见的方法是直接对媒体信号进行处理，例如改变音频的相位或幅度，或在视频帧中嵌入秘密信息。
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b ? a (1? ? s)
? 组合图像形成嵌入信息的图像
16
? 提取算法
? 将接收图像分为 8? 8 的图像块
? 嵌入位置上的值记为 b'
? 在嵌入位置上，初始值设为零，用插值算
法根据周围像素值计算这些位置的值，记
为a'(=a)
( b' ? 1) s'? a
?
? 组合s并反置乱 17
5.1 图像信息隐藏（数字水印） 算法
1
图像水印算法介绍
? 普通图像水印 ? 图像鲁棒性水印 ? 图像脆弱性水印
2
数字水印三要素
? 水印本身的结构
? 版权所有者、合法使用者等具体信息 ? 伪随机序列 ? 图标
? 水印嵌入算法 ? 水印检测算法
3
数字水印框架
? 嵌入
C
CPP
G
W WPP
K
CPP ?1 CW
? 组合t形成秘密图像
22
算法扩展
? 多址隐藏
? 选择多个不同的位置，嵌入多幅图像
23
Lena 原始图像
Airplane原始图像
隐藏了Airplane的Lena图像 PSNR=40.58db
恢复的Airplane图像 PSNR=26.91db
24
被破坏的图像
恢复的Airplane PSNR=14.02db
32
? 渐进流数字水印是一种可以用于图像渐 进传输的水印算法，它使得图像在渐进 传输时，只需图像的部分信息即可恢复 图像中隐藏的数字水印，而无需等待所 有的图像数据传输到客户端才检测出水 印
? 渐进水印可分为空间域渐进水印和变换 域渐进水印
4
? CPP ：对被保护的数PP ：对数字水印 W 进行的预处理
? G ：数字水印嵌入算法
? CPP ?1 ：CPP 的逆操作
? C：被保护的数字产品
? W：水印信息
? K：数字水印嵌入算法的密钥
? CW ：嵌入数字水印后的数字产品
5
数字水印框架
? 提取
C
CW
CPP
D
WRP
W' / 水 印 是 否 存在
K
6
? D ：数字水印提取算法 ? WRP：
? 对直接提取水印的算法，就是 WPP 的逆操作 ? 对判决水印存在与否的算法，则就是数字水印的
判决算法
? 提取过程的输出：两种
? 直接提取水印 ? 判断水印是否存在
? 提取过程中，是否需要原始载体，取决于嵌 入提取算法
线边的中间像素、孤立黑（或白）像素等位 置隐藏信息
27
? 满足以下条件的位置不能隐藏数据：
? 该像素既是其所在区域的左边界，同时又是右边界； ? 该像素既是其所在区域的上边界，同时又是下边界； ? 该像素只是左边界、右边界、上边界、下边界四种
边界情况中的一种情况； ? 该像素的周边八个像素中与该像素同色的所有像素
? 对载体图像做8x8的DCT变换
t1
t2
t3
t4
s3 s4
s1 s2
20
? 嵌入：
? 用t的值替换s的值
s???t
? ? 越大，恢复的秘密图像的质量越好，而隐 藏后的载体图像质量则越差
? ? 越小，则情况相反
21
? 提取：
? 对载体图像做 8x8的DCT变换 ? 对相应位置计算：
t ? (1/? )? s
OC ? ?oc(i, j),1 ? i, j ? N?
OS ? ?os(i, j),1 ? i, j ? N??
14
? 伪随机置换：对原始秘密图像进行伪随
机置换，得到OS? ? 将图像OS?和 OC分为大小分别为4?4和
8? 8的图像块
15
? 嵌入算法
? 在OC的嵌入位置上，初始值设为零 ? 用插值算法根据周围像素值计算这些位置的
10
1 图像插值数字水印
? 是一种空间域水印 ? 图像插值的主要目的是确定图像中一些
未知像素值，可用于受损图像的修复， 图像的放大等处理操作
11
插值
12
算法实现
? OC为原始载体图像 ? OS为原始秘密图像， N?=N/2
OS OC
13
算法实现
? 目的是将OS隐藏到OC中，并将得到的新
图像通过公开信道进行传送
7
? 根据预处理的不同，可以分为
? 空间域水印（预处理为空操作） ? 变换域水印（预处理为各种变换）
8
水印算法设计的原则
? 稳健性
? 抵抗各种攻击 ? 寻找不变量
? 不可见性
? 不能引起察觉
9
各种图像水印算法
? 图像插值数字水印 ? DCT系数置换法 ? 二值图像数字水印 ? 渐进图像数字水印 ? 无失真数据隐藏算法 ? 小波系数量化法 ? 基于Lagrange 插值的密钥分存水印算法 ? 基于中国剩余定理的水印分存算法
? 当? 太小时，对载体图像的破坏小，隐藏效果也好， 但恢复的秘密图像质量则会较差
? 当? 太大时，对载体图像的破坏较大，隐藏的效果 不理想，当然恢复的秘密图像的质量却会很好
? ? 的选择：平衡载体图像和秘密图像的质量
19
2 DCT系数置换法
? OC为原始载体图像，分为8x8的块 ? OS为原始秘密图像，分为2x2的块
原始载体图像 Lena ，512?512
原始秘密图像 Airplane ，256?256
伪装后的载体图像. PSNR=43.12db
恢复的秘密图像. PSNR=29.83db.
18
特点
? 此算法是一个空间域的图像水印算法，它对 图像压缩、滤波等处理带来的破坏的抵抗力 较弱
? 适用于隐蔽传输（无干扰环境） ? 系数? 的选择：不能太大或太小
都是既是左边界或右边界，同时又是上边界或下边 界。
28
? 隐藏算法
? 计算图像边界 ? 筛选隐藏位置 ? 数据预处理（加密、随机化等） ? 数据替换
29
? 提取算法（需要原始图像）
? 从原始图像确定隐藏位置 ? 提取信息
30
隐藏了764bits
31
4 渐进图像数字水印
? 图像渐进传输技术
? 网络用户在浏览图片时，首先获得一幅模糊 图像，随着时间的推移，用户可以逐步获得 更加清晰的图像，而如果用户不想看这幅图 像的全貌，可以取消该图像的进一步传输。 这样即节省了用户的时间，又节省了网络带 宽
25
Hall原始图像
隐藏了Airplane和Hall的Lena图像 PSNR=39.4db
恢复的密图之一 PSNR=26.31db
恢复的密图之二 PSNR=23.89db
26
3 二值图像数字水印
? 确定在图像的哪些位置可以隐藏数据， 哪些位置不能隐藏数据
? 在图像黑（或白）色区域的边界上 ? 在图像全黑（或全白）的区域不能隐藏数据 ? 要避免在图像中的细线（一个像素宽）、直