实验六 DCT域图像数字水印算法

一、实验目的

在学习数字图像处理理论的基础上，设计实现DCT域图像数字水印算法，完成给定数字图像水印的嵌入和提取功能。锻炼综合和自学能力，以及独立编制、调试及运行复杂程序的能力，培养图像处理大型程序设计的实践能力，独立分析、解决技术问题的能力。
1、了解数字图像水印的概念、特点、分类、及其应用；
2、掌握数字图像水印的原理；
3、理解数字图像水印嵌入和检测过程；
4、进一步掌握Matlab在图像处理中的仿真功能。

二、实验的原理与内容

基于DCT的数字水印算法，首先将原始图像分成8×8的块，根据HVS特性将图像块进行分类。然后，对所有图像块做DCT变换。在DCT域，根据块分类的结果，不同强度的水印分量被嵌入到图像块的DCT系数中。
根据人类视觉系统的特性，水印嵌入到原始载体信号的高频系数中，其视觉不可见性较好，但其鲁棒性较差；反之，由于直流和低频分量携带了较多的信号能量，在图像失真的情况下，仍能保留主要成分，因此，将数字水印嵌入到低频系数中其鲁棒性较好 ，但是其数字水印的不可见性较差。反之，将水印嵌入到高频系数中，不可见性好，但鲁棒性差，所以，一般的水印算法将水印信号嵌入到原始图像的中频系数中。
最常用的嵌入规则为：
                
其中W为水印信号，X为被保护的原始图像载体的DCT变换系数，为嵌入水印后的载体系数。a为根据不同情况而变化的比例因子，它表示嵌入水印的强度，具体可由试验确定。基于人类视觉系统的自适应数字水印，其基本原理就是利用人类视觉特性中的视觉门限阈值JND决定是否加入水印及加入水印的强度。
当图像的各像素间差值较小时，应用乘法规则，否则采用加法规则。一般说来，乘法准则的抗失真性能要优于加法准则。
水印的检测是通过计算相关函数实现的。从嵌入水印的图像中提取是嵌入过程的逆过程，把提取出来的水印与原水印进行相似性运算，与指定的阈值比较，可确定是否存在水印。
实验内容：
1、设计一个数字水印算法，实现将给定的图像logo.tif（大小为64×64）作为水印图像嵌入到原始图像lena.tif（大小为256×256）中。并用提取算法从嵌入水印后的图像中再提取出水印图像。
2、对加水印后的图像进行噪声攻击，检测算法的抗攻击能力。

三、实验报告要求

1、简述DCT数字水印算法的基本原理；
2、叙述算法设计的主要思想和实现步骤；
3、给出Matlab实现算法的程序流程框图和源程序，要求源程序可读性好，必要时须加注释；
4、给出实验结果，原始图像、嵌入水印后图像、提取后的图像；
5、显示抗噪声干扰后的实验结果，并分析算法对噪声攻击的抵抗性能。（逐渐加大噪声方差，考察提取出的水印图像的降质情况）。
6.、显示算法的抗压缩性实验结果。

四、思考题

1、在DCT不同频段嵌入水印，对水印算法有什么影响？
2、通过该设计性实验，对图像处理课程有何新的认识？收获是什么？