基于LSB的图像数字水印实验

1. 实验类别

设计型实验：MATLAB设计并实现基于LSB的图像数字水印算法。

2. 实验目的

了解信息隐藏中最常用的LSB算法的特点，掌握LSB算法原理，设计并实现一种基于图像的LSB隐藏算法。

 

3. 实验条件

(1) Windows 2000或Windows Xp以上操作系统；

(2) MATLAB 6.5以上版本软件；

(3)图像文件

4. 实验原理

 基于LSB的图像数字水印

任何多媒体信息在数字化时都会产生物理随机噪声，而人的感官系统对这些随机噪声并不敏感。替换技术就是利用这个原理，通过使用秘密信息比特替换随机噪声，从而实现信息隐藏目的。图像高位平面对图像感官质量起主要作用，去除图像最低几个位平面并不会造成画面质量的下降。利用这个原理可用秘密信息（或称水印信息）替代载体图像低位平面以实现信息嵌入。

LSB算法选用最低位平面来嵌入秘密信息，最低位平面对图像的视觉效果影响最轻微，但很容易受噪声影响和攻击，可采用冗余嵌入的方式来增强稳健性加以解决，即在一个区域中嵌入相同的信息，提取时根据该区域中的所有像素判断。

 

1.嵌入水印.m脚本代码:

clear all;
clc;
picpath = input('请输入图片绝对路径(加单引号):');
watermark_path = input('请输入水印文件绝对路径(加单引号):');
msgfid = fopen(watermark_path,'r');     % 打开秘密文件，读入秘密信息
[key,count] = fread(msgfid,'ubit1');    % 读取秘密信息，存入key，count为成功读入了多少位
fclose(msgfid);                         % 关闭文件
i = imread(picpath);
i1 = i(:,:,1);                          % 提取RGB第1层嵌入水印
[row,col] = size(i1);                   % x行y列
contents = row * col;                   % 图像能嵌入水印最大比特数
if count > contents
    disp('warning: 当前图片容量无法通过LSB方法嵌入所有水印信息!按enter退出matlab.');
    pause;
    quit;
else
    disp(['当前图片通过LSB能嵌入的最大水印比特数为: ',num2str(contents),' bits']);
end
key_counter = 1;
round_counter = 0;
total_watermark_bits = 0;
if mod(count,row) == 0
    round = floor(count/row);
else
    round = floor(count/row) + 1;
end
 
for ii=1:1:round
       for jj = 1:1:row
           i1(jj,ii) = bitset(i1(jj,ii),1,key(key_counter,1));% bitset函数改变像素值最后一位bit为水印bit值
           key_counter = key_counter + 1;
           total_watermark_bits = total_watermark_bits + 1;
           if key_counter > count
               break;
           end
       end  %内层for
       round_counter = round_counter + 1;
       disp(['当前嵌入轮数: ',num2str(round_counter)]);
       if key_counter > count
           disp(['LSB嵌入正常结束!共嵌入水印比特数: ',num2str(total_watermark_bits),' bits']);
           break;
       end
end  %外层for
i(:,:,1) = i1; 
imwrite(i,'E:\new\LSB_watermarked.bmp');
figure;
subplot(1,2,1);
imshow(picpath);
title('原始图像');
subplot(1,2,2);
imshow(i);
title('LSB嵌入水印后的图像');

 

运行截图:

2.提取水印.m脚本代码:

clear all;
clc;
picpath = input('请输入待提取LSB水印图片绝对路径(加单引号):');
watermark_bits = input('请输入提取的水印比特数:');
i = imread(picpath);                                   % 读取含有水印信息的彩色图像
i1 = i(:,:,1);
key = zeros(watermark_bits,1);                         % 创建一个watermark_bits行1列的全0矩阵，用于存放水印比特
[row,col] = size(i1);   
key_counter = 1;
round = 0;
round_counter = 0;
total_watermark_bits = 0;
if mod(watermark_bits,row) == 0
    round = floor(watermark_bits/row);
else
    round = floor(watermark_bits/row) + 1;
end
for ii = 1:1:round
    for jj = 1:1:row
        key(key_counter,1) = bitget(i1(jj,ii),1);  % 提取图像矩阵的bit水印信息
        key_counter = key_counter + 1;
        total_watermark_bits = total_watermark_bits + 1;
        if key_counter > watermark_bits
            break;
        end 
    end %内层for
    round_counter = round_counter + 1;
    disp(['当前提取轮数: ',num2str(round_counter)]);
    if key_counter > watermark_bits
        disp(['LSB水印提取正常结束!共提取水印比特数:',num2str(total_watermark_bits),' bits']);
        break;
    end
end %外层for

fobject = fopen('E:\new\LSB_watermark.txt','w');       % 以只写模式打开一个名为mark_message.txt的文件,不存在则创建之
fwrite(fobject,key,'bit1');               % 将key矩阵中的数作为bit写入文件句柄为fobject的文件
fclose(fobject);                          % 关闭文件句柄所对应的文件

运行后hidden.txt与LSB_watermark.txt文件水印内容

 

LSB水印实验的要点

1.该实验选取的是彩色RGB图像，是3维图像，因此要选RGB中的某一层进行水印嵌入，可以选第1，2或3层，分别对于R,G,B层,本实验选择R层及第一层i1 = i(:,:,1)

2.还应对图像所能容纳水印比特最大数进行检查，以防水印信息太多导致嵌入失败.

 

3.嵌入完成后，要将选取的RGB层赋给原3维矩阵对应层i(:,:,1) = i1

 

4.代码注意if及for与end配对，一个if或for配一个end

上述脚本在matlab6.5能正确运行.

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