密码学实验第八组实验报告.docx
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密码学实验第八组实验报告
云南大学数学与与统计学院
上机实践报告
课程名称：
密码学实验
学期：
2013-2014学年第一学期
成绩：
指导教师：
陆正福
学生姓名：
卢富毓
学生学号：
20101910072
实验名称：
数字水印
实验要求：
必做
实验学时：
4学时
实验编号：
No.8
实验日期：
2013/12/15
完成日期：
2012/12/30
学院：
数学与统计学院
专业：
信息与计算科学
年级：
2010级
一、实验目的
熟悉并掌握数字水印的内容。
二、实验内容
用Matlab实现图像数字水印的离散余弦变换嵌入和提取。
三、实验环境
Win7,Matlab,Java&Eclipse
四、实验过程（请学生认真填写）：
1.预备知识：
二维DCT变换原理：
M×N矩阵的二维离散余弦变换定义为：
其中，f（m,n）是M×N矩阵中坐标为（m,n）元素的原始值，
F（u,v）是经离散余弦变换后对应值。
对应的DCT逆变换定义为：
其中:
2.实验过程
A、原理分析：
水印嵌入思路：
（1）选用灰色图像lena.jpg作为宿主图像，选用二值图像c.jpg作为水印图像。
（2）提取原始图像lena的像素矩阵A和嵌入图像c的像素矩阵B；
（3）对像素矩阵A进行8*8分块，然后进行（快速）DCT变换；
（4）在进行DCT像素矩阵中的特定位置嵌入水印信息（如果B中对应位置是1则加一个系数d，否则减d）。
水印提取思路：
（1）获得原始图像的像素矩阵A和水印的嵌入图像的像素矩阵A*;
（2）对A和A*进行8*8分块，并进行（快速）DCT变换。
（3）比较进行DCT像素矩阵中嵌入水印的5个位置系数大小，如果A*对应位置上系数大则水印信息为1，相反为0。
B、实验结果：
可以看出，Matlab处理图像变换，造成图像的失真度很小，效果很好。
这个实验最开始我想用Java实现的，但在实验过程中遇到很多问题，虽然最后从理论上弄懂了，但是实现起来并不容易，最后完成了代码，却没有得到好的结果。
五、实验总结
1．遇到的问题、分析并的出方案（列出遇到的问题和解决办法）：
遇到问题：
如何Java中将图像信息提取成为矩阵块，以及如何将像素矩阵还原成图像
分析并解决：
只是由于过于急于编写程序，对文献[1]中的细节部分没有仔细研究，只是对离散余弦变换这块阅读了一下，在编写代码过程中遇到一些Java调用包之类的问题，都查看文档跟参考文献尝试解决。
2．体会和收获。
由于准备考研的事情导致了这学期编写的实验质量不是很高。
由于对数字水印处理这方面没有花太多时间深究，阅读文献也并不全面，导致最后的Ｊａｖａ实现有问题，没有得到较好的结果，但在这个过程中，通过阅读文献还是学到很多东西，比如学长讲的是灰色图像如何嵌入水印和提取水印，在学习过程中，我还了解到如何在彩色图像中进行水印的嵌入和提取。
六、参考文献
《应用密码学》林岱岳
《密码学概论》wadetrape
《JAVA实现图像处理》
七、教师评语：
八、代码
//Matlab代码
clc;
clear;
M=256;
N=32;
d=5;
NewPrint=zeros（N,N,'uint8'）;
InsertImage=zeros（M,M,'uint8'）;
D=zeros（M,M）;
I=imread（'d.jpg'）;
subplot（2,2,1）;
imshow（I）;
title（'³õʼͼÏñ'）;
Origin=imread（'c.jpg'）;
subplot（2,2,3）;
imshow（Origin）;
title（'ǶÈëͼÏñ'）;
%
%ˮӡǶÈëËã·¨
%
fori=1:
N
forj=1:
N
II=zeros（8,8）;%·Ö¿é
fork=1:
8
forl=1:
8
II（k,l）=I（8*（i-1）+k,8*（j-1）+l）;
end
end
Idct=dct2（II）;%Dct±ä»»
if（Origin（i,j）==0）
Idct（4,4）=Idct（4,4）-d;
Idct（4,5）=Idct（4,5）-d;
Idct（4,6）=Idct（4,6）-d;
Idct（5,4）=Idct（5,4）-d;
Idct（5,5）=Idct（5,5）-d;
Idct（5,6）=Idct（5,6）-d;
else
Idct（4,4）=Idct（4,4）+d;
Idct（4,5）=Idct（4,5）+d;
Idct（4,6）=Idct（4,6）+d;
Idct（5,4）=Idct（5,4）+d;
Idct（5,5）=Idct（5,5）+d;
Idct（5,6）=Idct（5,6）+d;
end
Bidct=idct2（Idct）;%Idct±ä»»
fork=1:
8
forl=1:
8
InsertImage（8*（i-1）+k,8*（j-1）+l）=Bidct（k,l）;
end
end
end
end
fori=1:
256
forj=1:
256
InsertImage（i,j）=round（InsertImage（i,j））;
end
end
subplot（2,2,2）;
imshow（InsertImage）;
title（'º¬ÓÐˮӡµÄͼÏñ'）;
%
%ˮӡÌáÈ¡
%
imwrite（InsertImage,'e.jpg','quality',100）;
IV=imread（'e.jpg'）;
fori=1:
N
forj=1:
N
a=0;
b=0;
II=zeros（8,8）;
IX=zeros（8,8）;
fork=1:
8
forl=1:
8
II（k,l）=I（8*（i-1）+k,8*（j-1）+l）;
IX（k,l）=IV（8*（i-1）+k,8*（j-1）+l）;
end
end
Idct=dct2（II）;
Idct2=dct2（IX）;
if（Idct（4,4）>Idct2（4,4））
a=a+1;
else
b=b+1;
end
if（Idct（4,5）>Idct2（4,5））
a=a+1;
else
b=b+1;
end
if（Idct（5,4）>Idct2（5,4））
a=a+1;
else
b=b+1;
end
if（Idct（5,5）>Idct2（5,5））
a=a+1;
else
b=b+1;
end
if（a>b）
NewPrint（i,j）=0;
else
NewPrint（i,j）=255;
end
end
end
imwrite（NewPrint,'f.jpg','quality',100）;
subplot（2,2,4）;
imshow（NewPrint）;
title（'ˮӡÌáÈ¡'）;
//Java代码
//嵌入水印
packageFDCT;
importjava.awt.image.BufferedImage;
importjava.awt.image.WritableRaster;
//FDCT水印嵌入
publicclassm3_2a{
privatestaticfinalintd=5;
publicstaticvoidmain（String[]args）{
m3_2aembed=newm3_2a（）;
embed.start（）;
}
publicvoidstart（）{
BufferedImageoImage=ImageAssistance.getImage（"Picture\\a.jpg","jpeg"）;
BufferedImagewImage=ImageAssistance.getImage（"Picture\\zhong.jpg","jpeg"）;
inttype=oImage.getType（）;
WritableRasteroRaster=oImage.getRaster（）;
WritableRasterwRaster=wImage.getRaster（）;
intoWidth=oRaster.getWidth（）;
intoHeight=oRaster.getHeight（）;
intwWidth=wRaster.getWidth（）;
intwHeight=wRaster.getHeight（）;
int[]oPixels=newint[3*oWidth*oHeight];
int[]wPixels=newint[3*wWidth*wHeight];
oRaster.getPixels（0,0,oWidth,oHeight,oPixels）;
wRaster.getPixels（0,0,wWidth,wHeight,wPixels）;
int[][][]RGBPixels=ImageAssistance.getRGBArrayToMatrix（oPixels,
oWidth,oHeight）;
//得到RGB图像的三层矩阵表示
double[][]rPixels=MathTool.intToDouble（RGBPixels[1]）;
int[][]wDMatrix=MathTool.arrayToMatrix（wPixels,wWidth,wHeight）;
double[][]result=rPixels;
//嵌入算法
for（inti=0;ifor（intj=0;jdouble[][]blk=newdouble[8][8];
//对原始图像8*8分块
for（intm=0;m<8;m++）{
for（intn=0;n<8;n++）{
blk[m][n]=rPixels[8*i+m][8*j+n];
}
}
double[][]dBlk=FDct.fDctTransform（blk）;
if（wDMatrix[i][j]==0）{
dBlk[3][3]=dBlk[3][3]-d;
dBlk[3][4]=dBlk[3][4]-d;
dBlk[3][5]=dBlk[3][5]-d;
dBlk[4][3]=dBlk[4][3]-d;
dBlk[5][3]=dBlk[5][3]-d;
}else{
dBlk[3][3]=dBlk[3][3]+d;
dBlk[3][4]=dBlk[3][4]+d;
dBlk[3][5]=dBlk[3][5]+d;
dBlk[4][3]=dBlk[4][3]+d;
dBlk[5][3]=dBlk[5][3]+d;
}
blk=IFDct.iFDctTransform（dBlk）;
//8block恢复
for（intm=0;m<8;m++）{
for（intn=0;n<8;n++）{
result[8*i+m][8*j+n]=blk[m][n];
}
}
}
}
double[][][]temp=newdouble[3][oWidth][oHeight];
temp[0]=MathTool.intToDouble（RGBPixels[0]）;
temp[2]=MathTool.intToDouble（RGBPixels[2]）;
temp[1]=result;
double[]rgbResult=ImageAssistance.getRGBMatrixToArray（temp）;
//把嵌入水印的结果写到BufferedImage对象
BufferedImageoutImage=newBufferedImage（oWidth,oHeight,type）;
WritableRasteroutRaster=outImage.getRaster（）;
//将像素写入到Raster
outRaster.setPixels（0,0,oWidth,oHeight,rgbResult）;
//将BufferedImage对象写入磁盘
ImageAssistance.setImage（outImage,"Picture\\r.jpg","jpg"）;
}
}//end
//提取水印
packageFDCT;
//程序名：
m3_2b.java
//目的：
用于FDCT水印提取实验
//编写时间：
2008年10月13日
importjava.awt.image.*;
publicclassDistill{
publicstaticvoidmain（String[]args）{
Distilldistill=newDistill（）;
distill.start（32,32）;
}
publicvoidstart（intwWidth,intwHeight）{
Stringfnm="Picture\\r.jpg";
Stringfnm1="Picture\\d.jpg";
//mImage是嵌入水印后的图像
BufferedImagemImage=ImageAssistance.getImage（fnm,"jpeg"）;
//原始图像
BufferedImageoImage=ImageAssistance.getImage（fnm1,"jpeg"）;
WritableRasteroRaster=oImage.getRaster（）;
WritableRastermRaster=mImage.getRaster（）;
intoWidth=oRaster.getWidth（）;
intoHeight=oRaster.getHeight（）;
int[]oPixels=newint[3*oWidth*oHeight];
int[]mPixels=newint[3*oWidth*oHeight];
oRaster.getPixels（0,0,oWidth,oHeight,oPixels）;
mRaster.getPixels（0,0,oWidth,oHeight,mPixels）;
//得rgb图像三层矩阵，mRgbPixels[0]表示b层分量
int[][][]mRgbPixels=ImageAssistance.getRGBArrayToMatrix（mPixels,
oWidth,oHeight）;
int[][][]oRgbPixels=ImageAssistance.getRGBArrayToMatrix（oPixels,
oWidth,oHeight）;
double[][]oDPixels=MathTool.intToDouble（mRgbPixels[2]）;
double[][]mDPixels=MathTool.intToDouble（oRgbPixels[2]）;
double[][]result=newdouble[wWidth][wHeight];
for（inti=0;ifor（intj=0;jresult[i][j]=0;
}
}
//提取水印算法
for（inti=0;ifor（intj=0;jdouble[][]oBlk=newdouble[8][8];
double[][]mBlk=newdouble[8][8];
intd=0;
intf=0;
for（intm=0;m<8;m++）{
for（intn=0;n<8;n++）{
oBlk[m][n]=oDPixels[8*i+m][8*j+n];
mBlk[m][n]=mDPixels[8*i+m][8*j+n];
}
}
double[][]dOBlk=FDct.fDctTransform（oBlk）;
double[][]dMBlk=FDct.fDctTransform（mBlk）;
if（dOBlk[3][3]d++;
}else{
f++;
}
if（dOBlk[3][4]d++;
}else{
f++;
}
if（dOBlk[3][5]d++;
}else{
f++;
}
if（dOBlk[4][3]d++;
}else{
f++;
}
if（dOBlk[5][3]d++;
}else{
f++;
}
if（d>=f）{
result[i][j]=0;
}else{
result[i][j]=1;
}
}
}
int[]outResult=MathTool.matrixToArray（result）;
//把嵌入水印的结果写到BufferedImage对象
BufferedImageoutImage=newBufferedImage（wWidth,wHeight,
BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR）;
WritableRasteroutRaster=outImage.getRaster（）;
outRaster.setPixels（0,0,wWidth,wHeight,outResult）;
ImageAssistance.setImage（outImage,"Picture\\mark.jpg","jpeg"）;//将BufferedImage对象写入磁盘
}
}//end
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