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1、数字图像水印 LSB 的实现Abstract: Digital Watermarking is a kind of advanced technology of information hiding, and LSB algorithm is one of the very classical ways of digital watermarking. Although now the frequency domain of watermarking is used more popularly, the spatial domain of watermarking has its own m
2、erits-easy. In the article a very practical and easy LSB algorithm is realized by VC, embedding a binary image into a 256-gray levels image.Key Words ：Image watermarking, Bit plane, LSB 摘 要：数字水印技术是一种现在化的信息隐藏技术，而 LSB（Least Significant Bits）算法又 是数字水印的基础方法之一，虽然数字水印的变换域近来得到很快的发展，但空域法有它自 身的优点，那就是它的简易性。本文
3、通过 VC 实现了一种简单易行的方法实现了 LSB 的水印 的隐藏，把一二值图像嵌入 256 级灰度图像中。 关键字：图像水印， 位平面， LSB1 引言数字图像水印技术是信息隐藏和信息安全技术领域的一个非常重要的分支，由于现 代社会多媒体信息交流发展迅速，电子出版物版权越来越难以解决，然而数字图像水印 可以用信号处理的方法在数字图像的数据中嵌入隐含的信息来实现新的版权保护方法， 所以数字图像水印在短短的几年里，已经得到了相当强劲的发展，如今已经成为数字图 像处理领域的一个研究热点。2 图像水印的背景和原理2.1 图像水印的性质作为一种新的信息隐藏方法，必然有其自身的性质和特点，下面来一一介绍
4、一下： （1）不可感知性(undetectability)：水印算法的嵌入不应产生可感知的数据修改，也 就是说在加入水印后的图像必须和原图像一致，这样可以使非法侵权者无法 判断图像中是否有水印信息。 （2）健壮性（robustness）：在图像被嵌入数字水印后，水印必须能够承受住必要 的信号处理，而不会造成水印的较大损坏或丢失。一般来说，常见的信号处 理有：噪声干扰，滤波，平滑，裁剪，有损压缩等等。 （3）低复杂性：当然是所用的算法简单是人们所追求的目标，这也是 LSB 最大的 优点。 （4）透明性：从生理角度来看，嵌入水印后原图像不能画质降低或走样，人的眼 睛必须是看不出的，也就是说对人眼是
5、透明的。2.2 图像水印的分类在正式介绍 LSB 算法前，介绍一下水印主要有那些种是必要的。一般从大体上来分， 水印就是空域方法和变换域方法两大类： 空域法，即本文即将论述的方法，它的整个实现过程是在空域中完成的，所谓的空域就是 与变换域相对，就是说不需要对图像进行任何变换而是直接在图像的每个象素上进行 水印的嵌入，本文论述的 LSB 法是空域法中较基础也是最重要的方法之一。一般来讲，此 法的健壮性不是特别的满意，但它的最大优点是简单易行，隐藏的信息量比较大，因此仍 然受到重视。 变换域法，一般来讲，在图像通过离散傅立叶变换，余弦变换，沃尔什变换或小波变换等其中任何一种后，再加入水印，就称其为
6、变换域法，由此来看，只要有一种变换就有 一种水印嵌入的方法。另外变换域法中，水印是嵌在变换后的系数上的，因此可以有一定 的健壮性，例如，离散余弦变换的水印可以抵抗 JEPG 压缩，小波变换的水印可以抵抗 JEPG2000 压缩。这也是变换域法现在比较流行的原因，在这里主要论述空域法，变换域法 就不多介绍了。有兴趣的话可以看相关文献。2.3 LSB空域法的原理LSB 翻译成中文就是最不重要位，顾名思义，就是要把水印图像嵌入到载体图像的最 不重要位上。大家都知道一副 256 级灰度图中每一个象素是由 8 位二进制构成，例如 11111111（255） ，其中每一位在这个象素所起到的作用是不一样的，
7、最高位就代表 10000000（128） ，而最低位 1 却只代表 1，这就给水印提供了最直接的提示，可以通过改 变一幅图像的最低位来嵌入数据。因为即使载体图像的所有最低位都改变了，图像本身也 基本不会发生任何变化，即满足了水印的性质之一透明性。例如图 1 是一个 44 的二维图 像和它的最低位的位平面图像。图 1 最低位平面示例 在最低位的二维图中完全可以去按照一定的算法去修改形成所需要的水印图像，这 样，就达到了我们所想要的目的。3 LSB 的算法实现按照上述原理，我们可以由以下几步来完成水印的嵌入和提取： （1）将一副 256 级灰度图像的部分或所有的最低位置零（部分还是所有取决于所嵌入
8、 水印的大小） ，在这个过程中要明确，虽然图像的最低位已经被修改过了，但由于人的生理 特点即人的眼睛只能识别大概 40 级灰度，所以这一点点的修改对人的视觉没有任何影响， 在置零时采用的主要是判断这个象素灰度级是否能被 2 整除，可以的就不变，不可以就减 1 这样的算法比较简单易行，置零前后的图像的比较如图 2。127111463356458667121419658549255 2551101010100111111图 2 置零前与置零后图像的对比（2）将一幅二值的内蒙古工业大学图标的图像按照一定的算法嵌入到原图像中，这个 算法一般是保密的，一般情况可以称这个算法为密钥，在这里为了介绍简单只采
9、用了按顺 序嵌入，即如果水印图像的值为 0，则把原图像的相应最低位设为 0；同样如果水印图像的 值为 1，则把原图像的最低位设为 1，这样就完成了图像的嵌入。 嵌入前后的图象对比如 图 3。图 3 嵌入前与嵌入后的对比（3）水印的提取，即在得到带有水印的图像后，只要按照嵌入的算法即密钥去把图像 的最低位的象素值提取出来那么就可以真正的得到想要的水印图像，提取出的水印和原水 印比较如图 4。图 4 所嵌入的图像与所提取的图像对比首先进行了加入噪声的验证，对加入水印的图像加入椒盐噪声，然后进行提取，发 现提取出的图像虽然受了些影响，但影响很小，水印依然可以辨识。如图 5：图 5 加入胡椒噪声后的图
10、像与水印图像然后进行了中值滤波的验证，在对加入水印的图像 33 的均值滤波后，再提取， 可以看到图像比胡椒噪声的影响大一些，但仍可达到人的辨识范围。如图 6 所示。图 6 均值滤波的图像与水印图像最后进行了 JEPG 的压缩处理，在经历了压缩再还原后，提取出的图像已经面目全飞 了，一点信息也没有了，所以这里体现了，空域法的局限性。如图 7。图 7 JEPG 压缩后的图像与水印图像4结束语综上所述，空域 LSB 法的确有其自身的优点和好处，而且已经达到了一定的要求如简易性，不可见性和一定的健壮性。而它的另一个优点也有很好的体现，那就是每个象素都可以隐藏信息，关于在最低的两位也可以嵌入水印，本文限
11、于篇幅没有做过多的介绍，可见隐藏信息量之大，但也存在着明显的缺点，那就是对压缩一类的信号处理后，水印信息会丢失的干干净净，由此来看，变换域和空域是相互补充的，要想图像的水印技术有进一步发展，还要做出相当大的努力，但数字水印的前景还是一片光明的。参考文献:1Rafael C.Gonzalez. Digital Image Processing .Beijing：Publishing House of Electronics Industry,2002.2Kenneth R.Castleman Digital Image Processing, Publishing House of Electronics Industry,2002.3Ming Shing Hsieh, Perceptual Digital Watermarking for Image Authentication in Electronic Commerce, Electronic Commerce4 Research,2004,158-1594 王炳锡等，数字水印技术，西安：西安电子科技大学出版社，2003.5 郎锐，数字图像处理 VC 的实现，北京：希望电子出版社，20036 施鹏飞等，数字水印技术的研究，信息与控制，2000，4143.
