基于DWT和MATLAB的数字水印嵌入与提取算法实现（附代码）

基于DWT和MATLAB的数字水印嵌入与提取算法实现

本文介绍一种基于离散小波变换（DWT）的数字水印算法，并在MATLAB中实现水印的嵌入和提取。

算法原理

该算法的核心思想是在DWT域中选择合适的子带嵌入水印信息。具体步骤如下：

1. 对原始图像进行一层DWT变换，得到LL、LH、HL和HH四个子带。
2. 计算LH和HL子带的平均值，选择平均值较小的子带用于嵌入水印。
3. 将水印信息嵌入到选定的子带中。
4. 对嵌入水印后的子带进行DWT逆变换，得到嵌入水印的图像。

MATLAB代码实现

水印嵌入函数 wm.m

function J = wm(I,w,g)
% 此函数为嵌入过程
% 输入：I为原始图像；w为水印信息；g为水印嵌入的阈值
% 输出：J为嵌入水印的图像
%%
%参数设置
step = 0.5; %小波系数增长步长
%%
[mm,nn] = size(I);
%一层小波分解
[LL,LH,HL,HH] = dwt2(I,'haar');
%=======计算avr_LH======
[m0,n0] = size(LH); avr_LH = 0;
for i = 1:m0
    for j = 1:n0
        avr_LH = avr_LH + abs(LH(i,j));
    end
end
avr_LH = avr_LH/(m0*n0);

%=======计算avr_HL======
[m1,n1] = size(HL); avr_HL = 0;
for i = 1:m1
    for j = 1:n1
        avr_HL = avr_HL + abs(HL(i,j));
    end
end
avr_HL = avr_HL/(m1*n1);

%判断嵌入的子带
if avr_LH <= avr_HL
    num = 0; loca = LH;
else
    num = 1; loca = HL;
end

%%
%嵌入水印
if num == 0
    loca = wm_type_0(loca,w,step,g);  %LH是横向，写出嵌入子函数
else
    loca = wm_type_1(loca,w,step,g);  %HL是纵向，写出嵌入子函数
end
%%
if num == 0
    LH = loca; 
else
    HL = loca; 
end
J = idwt2(LL,LH,HL,HH,'haar',[mm,nn]);   %小波逆变换，还回原始图像
end

LH子带水印嵌入函数 wm_type_0.m

function loca = wm_type_0(loca,w,step,g)
% 此函数用于在LH子带嵌入水印
% 输入：loca为要嵌入水印的子带
%      w为水印信息
%      step为小波系数增长步长
%      g为水印嵌入的阈值
% 输出：loca为嵌入水印后的子带

[m2,n2] = size(loca);
index = 1;
%取出2*2的块
for k = 1:2:m2-1
    for kk = 1:2:n2-1
        tem = loca(k:k+1,kk:kk+1);
        a11 = tem(1,1);
        a12 = tem(1,2);
        a21 = tem(2,1);
        a22 = tem(2,2);
        if 0 == w(index)            
            for s = step:step:100*step
                if a11-a12<=g   %如果满足条件，a11增，a21减
                    a11 = a11 + s;
                    a21 = a21 - s;
                else
                    break;     %不满足条件，跳出此循环
                end
            end
            %-----如果a21和a22不满足条件，则也要调整------------
            if a21-a22<=g
                a21 = a21 + step;
                a22 = a22 - step;
            end
        end
        if 1 == w(index)            
            for s = step:step:100*step
                if a11-a12>=-g   %如果满足条件，a11减，a21增
                    a11 = a11 - s;
                    a21 = a21 + s;
                else
                    break;     %不满足条件，跳出此循环
                end
            end
             %-----如果a21和a22不满足条件，则也要调整------------
            if a21-a22>=-g
                a21 = a21 - step;
                a22 = a22 + step;
            end
        end
        index = index + 1;        
        tem(1,1) = a11;
        tem(1,2) = a12;
        tem(2,1) = a21;
        tem(2,2) = a22;
        loca(k:k+1,kk:kk+1) = tem;        
    end    
end

end

水印提取

水印提取的过程与嵌入过程类似，需要根据嵌入时选择的子带和水印嵌入方式进行提取。

总结

本文介绍了一种基于DWT的数字水印算法，并提供了详细的MATLAB代码实现。该算法简单易懂，具有一定的鲁棒性和安全性，可以应用于数字图像版权保护等领域。