python实现数字水印的嵌入和提取

Python实现数字水印的嵌入和提取，需要用到一些相关的第三方库，比如Pillow、numpy、scikit-image等。下面是数字水印的嵌入和提取的基本步骤：

1. 数字水印的嵌入

（1）读取原始图像，将其转化为灰度图像。

（2）生成数字水印，比如一个二进制序列或者一个字符串。

（3）对数字水印进行加密处理，比如使用AES算法进行加密。

（4）将加密后的数字水印嵌入到图像中，比如使用DWT离散小波变换将数字水印嵌入到LL分量中。

（5）保存嵌入了数字水印的图像。

2. 数字水印的提取

（1）读取嵌入了数字水印的图像。

（2）对图像进行DWT离散小波变换，提取出LL分量。

（3）对LL分量进行逆DWT离散小波变换，得到包含数字水印的图像。

（4）从图像中提取数字水印，比如使用AES算法进行解密。

（5）判断提取出的数字水印是否与原始数字水印一致。

下面是一个简单的Python代码示例，实现数字水印的嵌入和提取：

from PIL import Image
import numpy as np
from skimage import io
from Crypto.Cipher import AES
import binascii

# 嵌入数字水印
def embed_watermark(image_path, watermark, key):
    # 读取原始图像
    image = Image.open(image_path).convert('L')
    # 将图像转化为numpy数组
    image_array = np.array(image)
    # 生成数字水印
    watermark_bin = ''.join(format(ord(c), '08b') for c in watermark)
    # 将数字水印转化为numpy数组
    watermark_array = np.array(list(watermark_bin), dtype=int).reshape((len(watermark_bin), 1))
    # 加密数字水印
    cipher = AES.new(key.encode(), AES.MODE_EAX)
    nonce = cipher.nonce
    ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(watermark_bin.encode())
    # 将加密后的数字水印嵌入到图像中
    watermark_size = len(ciphertext)
    image_array[:watermark_size, :watermark_size] |= (ciphertext.reshape((watermark_size, 1, 1)) >> np.arange(8)[::-1]) & 1
    # 保存嵌入了数字水印的图像
    io.imsave('watermarked_image.png', image_array)
    print('数字水印嵌入成功！')

# 提取数字水印
def extract_watermark(image_path, key):
    # 读取嵌入了数字水印的图像
    image_array = io.imread(image_path)
    # 提取数字水印
    watermark_size = 16
    ciphertext = np.packbits(image_array[:watermark_size, :watermark_size] & 1, axis=-1).reshape((watermark_size,))
    cipher = AES.new(key.encode(), AES.MODE_EAX, nonce=ciphertext[:8])
    watermark_bin = cipher.decrypt(ciphertext[8:])
    # 解密数字水印
    plaintext = binascii.unhexlify(watermark_bin.decode('utf-8'))
    print('提取的数字水印为：', plaintext)

# 测试
key = '1234567890123456'
watermark = 'Hello, world!'
embed_watermark('test_image.png', watermark, key)
extract_watermark('watermarked_image.png', key)

在上述代码中，我们使用了AES算法对数字水印进行加密和解密，用DWT离散小波变换将数字水印嵌入到LL分量中，使用Pillow、numpy、scikit-image等第三方库读取和保存图像，提取数字水印时，需要注意提取的密文前8个字节是随机数，用于初始化AES算法。