图像及手机水印.doc

图像嵌入水印

可见图像数字水印是可以看见的数字水印，就是将数字水印直接嵌入或覆盖在图像上。可见图像数字水印分为透明和不透明两种：（1）不透明数字水印的目的是在图像中具有视觉突出效果，形成鲜明的标识，用于防止图像被其它非授权的商业用途的使用。（2）透明数字水印的特点是在图像中不太醒目，在保证图像质量的前提下，尽量使水印标识难以剔除，进而保护文件的所有权。

2.1 可见图像数字水印JAVA程序设计

2.1.1 图像文件像素的获取

定义BufferedImage类的对象oImage，文件File类的对象of（其输入参数为图像文件名，暂定为m1-1.jpg)，将名为m1-1.jpg的图像文件通过对象of从磁盘读到内存，赋予变量oImage，由于是文件读取，所以使用了try结构。对应程序如下:
BufferedImage oImage = null；
File of = new File("m1-1.jpg")；
try{
oImage = ImageIO.read(of)；
} catch(IOException e){
e.printStackTrace()；
}
我们在ImageAssistance类中把上面代码定义在下面这个方法BufferedImage getImage(String filename, String format) 中，这样我们在读取图像可以使用：
oImage = ImageAssistancel.getImage(“m1-1.jpg”,“jpg”)；
因为jpg类的图像文件有多种格式，处理每一种格式的图像文件需要编写与其特点相对应的java处理程序。本书处理的图像文件全为数码照相机或通用扫描仪中得到图像文件，其文件类型为RGB格式。通过调用oImage.getType()方法可以取得jpg图像文件的类型（例如：返回值为5表示是RGB格式图像文件，返回值为10表示gray格式）。本书调用的RGB图像文件返回值为5，对应的测试程序语句为：
System.out.println(oImage.getType())；
当确定得到的图像文件的格式为RGB格式后，根据RGB格式的特点，通过getRaster()方法得到图像的坐标高度和宽度，对应的程序语句为：
WritableRaster oRaster = oImage.getRaster()；
//得到图像的宽度
int oWidth = oRaster.getWidth()；
//得到图像的高度
int oHeight = oRaster.getHeight()；
RGB格式图像文件每一个点的颜色由红、绿、兰三种颜色构成，即实际图像可为3层，分别为R，G，B层，因此分解后的文件象素是实际坐标高度和宽度的三倍。因为用getPixels方法读取像素时，结果存入的是一维数组，所以先定义一个长度3×oWidth
×oHeight的一维数组oPixels，通过getPixels方法得到图像的像素图像存储到oPixels中，读取坐标的范围是从（0，0）坐标开始宽oWidth,高oHeight，对应程序语句为：
int[] oPixels = new int[3 * oWidth * oHeight]；
oRaster.getPixels(0, 0, oWidth, oHeight, oPixels)；

2.1.2 图像文件三维像素矩阵

通过二维图像得到的一维数组getPixels中，图像文件每个坐标点分别由红、绿、兰3个像素构成，即getPixels数组的第1（红）、2（绿）、3（兰）个元素合成了第1个坐标点的颜色，4、5、6个元素合成了第2个坐标点的颜色。将getPixels数组中每隔3个元素抽取一个得到对应于二维图像文件的R（红）、G（绿）、B（兰）3个二维图像像素矩阵，其相互关系如图2.1。矩阵中每个像素的取值范围为0－255。二维数组行和列坐标的转换点是

一维数组getPixels，长度为3×oWidth×oHeight
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]

1
2
1
2
1
2

B像素矩阵 G像素矩阵 R像素矩阵
图2.1红绿兰数组

通过原图像文件宽oWidth,高oHeight数值得到的。最后通过3个二维矩阵合成1个代表图像文件的三维像素矩阵。在MathTool类中我们定义了一维数组转为二维数组的方法，在ImageAssistance类中定义了一维数组转换为三维数组的方法，一维数组转为二维数组对应程序语句为：
class MathTool {
static int[][] arrayToMatrix(int[] m,int width,int height){
int[][] result = new int[height][width]；
for(int i=0；i<height；i++){
for(int j=0；j<width；j++){
int p = j * height + i；
result[i][j] = m[p]；
}
}
return result；
}
}
一维数组转为三维数组对应程序语句为：
class ImageAssistance{
static int[][][] getRGBArrayToMatrix(int[] pixels, int width, int height){
int[][][] result = new int[3][height][width]；
int[][] temp = new int[3][width * height]；
for(int i=0；i<pixels.length；i++){
int m = i / 3；
int n = i % 3；
temp[n][m] = pixels[i]；
}
result[0] = MathTool.arrayToMatrix
(temp[0],width,height)；
result[1] = MathTool.arrayToMatrix
(temp[1],width,height)；
result[2] = MathTool.arrayToMatrix
(temp[2],width,height)；
return result；
}
}
将RGB格式图像文件的一维数组oPixels转换为三维像素矩阵oDPixels对应程序调用语句为：
int[][][] oDPixels = ImageAssistance.
getRGBArrayToMatrix(oPixels, oWidth, oHeight)；

2.1.3 可见水印的嵌入

将图像三个层R，G，对应的三维矩阵坐标点(0,0)到(30,30)位置的像素值设为255-15，产生一种“不透明”的由白变黑的色彩方块明水印，对应程序语句：
for(int k=0；k<=2；k++){
for(int i=0；i<=30；i++){
for(int j=0,c=0；j<=30；j++,c=c+8){
oDPixels[k][i][j] = 255–c；
}
}
}
将图像0层即R层矩阵的坐标点(0,30)到(30,60)位置的像素值设为255-15，其它2层的像素图像不变，产生一种“半透明”的由红变绿的色彩方块明水印，对应程序语句：
for(int i=0；i<=30；i++){
for(int j=31,c=0；j<=60；j++,c=c+8)
oDPixels[0][i][j] = 255–c；
}

2.1.4 三维像素矩阵的逆变换

在MathTool类中定义了一个方法将二维数组转为一维数组，在ImageAssiatance类中定义了另一个方法将三维数组转为一维数组，把int型二维数组转为一维数组对应程序：
class MathTool{
public static int[] matrixToArray(int[][] m){
int p = m.length * m[0].length；
int[] result = new int[p]；
for(int i=0；i<m.length；i++){
for(int j=0；j<m[i].length；j++){
int q = j * m.length + i；
result[q] = m[i][j]；
}
}
return result；
}
}
把int型三维数组转为一维数组对应程序：
public class ImageAssistance {
public static int[] getRGBMatrixToArray(int[][][] m){
int width = m[0].length；
int height = m[0][0].length；
int len = width * height；
int[] result = new int[3*len]；
int[][] temp = new int[3][len]；

temp[0] = Ml.matrixToArray(m[0])；
temp[1] = Ml.matrixToArray(m[1])；
temp[2] = Ml.matrixToArray(m[2])；
for(int i=0；i<3；i++){
for(int j=0；j<temp[i].length；j++){
result[3 * j + i] = temp[i][j]；
}
}
return result；
}
//其他代码省略
}
将RGB格式图像的三维矩阵oDPixels形式变为RGB格式的一维数组result，对应程序：
int[] result = ImageAssistance.getRGBMatrixToArray(oDPixels)；

2.1.5 像素转换成图像文件

定义BufferedImage类的对象outImage，大小和原始图像一样大，格式为BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR，即RGB格式。对应语句:
BufferedImage outImage = new BufferedImage(oWidth, oHeight, BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR)；
WritableRaster outRaster = outImage.getRaster()；
按照第一节图像像素获取的逆过程将一维数组result转换为图像文件，取名为m1-2.jpg。setPixels是设置图像的像素，对应程序语句：
outRaster.setPixels(0, 0, oWidth, oHeight, result)；
//图像文件的写入
try{
File outFile = new File("m1-2.jpg")；
ImageIO.write(outImage,"jpeg",outFile)；
}catch(IOException e){
e.printStackTrace()；
}
在ImageAssistance类中可以把上面代码封装在方法void setImage(BufferedImage image，String filename, String
format)中，样在读取图像时,可以使用方法ImageAssistancel.
getImage(outImage，“m1-1.jpg”,“jpg”);

2.2 JPG－24BPP可见图像数字水印JAVA实现

2.2.1 创建新文件

JDK平台的安装和程序的运行
（1）安装jdk-6u5-windows-i586-p.exe；
（2）通过数码相机或扫描仪得图像文件（属性为24bpp）。
（3）图像尺寸通过画图板缩小到400×400象素以内，文件取名m2-01.jpg；
（4）编译、运行源程序m221.java，将文件m2-01.jpg读入后取名m2-02.jpg生成新文件再存盘。

JAVA试验用源程序
// 程序名 ：m221.java
// 目的 ：文件取存实验
// 编写时间：2008年9月26日

import java.io.*;
import javax.imageio.*;
import java.awt.image.*;

public class m221 {
public static void main(String [] args) {
try {
File inFile = new File("m2-01.jpg"); //输入文件
File outFile = new File("m2-02.jpg");//输出文件
//读取输入图像
BufferedImage inImage =
ImageIO.read(inFile);
//把图像写入磁盘文件
ImageIO.write(inImage, "jpeg", outFile);
}catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}//end of m221
输出结果（略）

2.2.2 嵌入可见水印

程序的运行：
（1）通过普通数码相机或扫描仪得图像文件（属性为24bpp）。
（2）图像尺寸通过画图板缩小到400×400象素以内，文件取名m2-01.jpg；
（3）编译、运行源程序m222.java；
（4）将文件m2-01上角嵌入可见方块水印，嵌入水印后生成的新文件取名为m2-03.jpg存盘。

JAVA试验用源程序
// 程序名 ： m222.java
// 目的 ： 用于可见水印演示实验
// 编写时间： 2008年9月26日

import java.awt.image.*;
import javax.imageio.*;
import java.io.*;
import java.util.*;
import javax.imageio.stream.*;

public class m222{
public static void main(String[] args){
m222 test = new m222();
test.start();
}
public void start(){
BufferedImage oImage = null;
File of = new File("m2-01.jpg");
//图像从磁盘读到内存，放在BufferedImage对象中
try{
oImage = ImageIO.read(of);
} catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
WritableRaster oRaster = oImage.getRaster();
int oWidth = oRaster.getWidth();//得图像宽度
int oHeight = oRaster.getHeight();//得图像高度
//定义长为3*oWidth*oHeight一维数组存储图像像素
int[] oPixels = new int[3 * oWidth * oHeight];
/*调WritableRaster的getPixels方法得到图像像素，从0，0坐标开始,行数是oWidth,列数是oHeight*/
oRaster.getPixels(0, 0, oWidth, oHeight, oPixels);
//调用图像辅助Image1类将向量变为三维矩阵
int[][][] oDPixels = MathTool.getRGBArrayToMatrix
(oPixels, oWidth, oHeight);
//图像三个层0,0到30,30位置像素设255-5
for(int k=0; k<=2; k++){
for(int i=0; i<=30; i++){
for(int j=0,c=0; j<=30; j++,c=c+8){
oDPixels[k][i][j] = 255 - c;
}
}
}
//0层0,30到30,60位置像素值设255-5，其它层不变
for(int i=0; i<=30; i++){
for(int j=31,c=0; j<=60; j++,c=c+8){
oDPixels[0][i][j] = 255 - c;
}
}
//三维矩阵变为一维向量
int[] result =
MathTool.getRGBMatrixToArray(oDPixels);
//定义BufferedImage和原图像大小一样，格式为RGB
BufferedImage outImage = new BufferedImage
(oWidth,oHeight, BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR);
WritableRaster outRaster = outImage.getRaster();
//setPixels是设置图像的像素，
outRaster.setPixels(0, 0, oWidth, oHeight, result);
try {
//图像写入
File outFile = new File("m2-03.jpg");
ImageIO.write(outImage,"jpeg",outFile);
System.out.println("ok,success!");
} catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
class MathTool{
//将RGB图像变3维数组,result[0],[1],[2]对应GRB三层
public static int[][][] getRGBArrayToMatrix
(int[] pixels, int width, int height) {
int[][][] result = new int[3][width][height];
int[][] temp = new int[3][width * height];
for(int i=0; i<pixels.length; i++){
int m = i / 3;
int n = i % 3;
temp [n][m] = pixels [i];
}
result[0] =
MathTool.arrayToMatrix(temp[0], width, height);
result[1] =
MathTool.arrayToMatrix(temp[1], width, height);
result[2] =
MathTool.arrayToMatrix(temp[2], width, height);
return result;
}
//将3维数组变为一维数组
public static int[] getRGBMatrixToArray(int[][][] m){
int width = m[0].length;
int height = m[0][0].length;
int len = width * height;
int[] result = new int[3 * len];
int[][] temp = new int[3][len];
temp[0] = MathTool.matrixToArray(m[0]);
temp[1] = MathTool.matrixToArray(m[1]);
temp[2] = MathTool.matrixToArray(m[2]);
for(int i=0;i<3; i++){
for(int j=0; j<temp[i].length; j++){
result[3 * j + i] = temp[i][j];
}
}
return result;
}
//把int型向量转为矩阵
public static int[][] arrayToMatrix(int[] m, int width,
int height){
int[][] result = new int [width][height];
for(int i=0; i<width; i++){
for(int j=0; j<height; j++){
int p = j * width + i;
result[i][j] = m[p];
}
}
return result;
}
//把int型矩阵转为向量
public static int[] matrixToArray(int[][] m){
int p = m.length * m[0].length;
int[] result = new int[p];
for(int i=0; i<m.length; i++){
for(int j=0; j<m[i].length; j++){
int q = j * m.length + i;
result[q] = m[i][j];
}
}
return result;
}
}//end
输出结果：

数字水印技术在手机领域的应用

随着通信技术的发展及手机的普及，人们正在不断地给手机增加新的功能。通过无线渠道对分发的数字产品进行版本控制，是DRM(数字版权保护)新的应用领域。由于J2ME是多数手机生产厂商都支持的平台。因此在未来的应用中，数字版权控制同J2ME结合有着天然的优势。

9.1　J2ME概述

因为接入网络的众多设备使用的操作系统各异，输入、输出方式和内存和处理功能各不相同，因此，Sun公司在发展Java网络应用并取得成功的同时，也面临着处理各种设备接入网络的挑战。为了解决这些问题，Sun公司推出了Java2平台的微型版，即J2ME(Java 2 Platform Micro Edition)。
J2ME栈结构如下图所示：

表9-1：J2ME栈结构
可选包(Optional Package)
简表(Profile)
配置(Configuration)
本地操作系统

下面分别介绍各层
1、配置层(Configuration)
配置是为一组“水平”设备分类所定义的最精简的公共平台，这些设配有着相近的处理器和内存容量。它定义了一类设备适用的JAVA虚拟机功能特性和Java类库最小的集合(核心类库)。不同配置的分类主要基于内存、显示、网络连接和处理能力方面的考虑。因为这些限制因素可能影响应用环境，因此，不能采用同样的Java虚拟机和核心类库，必须分别定义。J2ME根据消费电子设备最基本的特性把他们分为两类：一类是间断网络通信功能的个人移动设备，另一类是固定的不间断网络连接信息设备（如机顶盒，网络电视等）。配置层包括JVM(Java Virtual Machine)。
2、简表层 (Profile)
简表层位于配置层之上，它定义了某一设备家族API的最小集合，以保证设备间的协同工作。简表与配置的主要区别是配置必须满足所有的设备在内存、处理能力和连接方面的最低要求，而简表是针对用户界面，输入机制和数据持久性存储等设备。简表是某一特定配置上的实现，针对某一简表开发的应用程序可移植到支持这个简表的任何设备上。手机上通常会提供移动信息简表（Mobile Information Device Profile 即 MIDP）。
3、可选包(Optional Package)
可选包是位于简表之上并用来扩展简表的一套API。设计可选包是让这些API可以灵活的被加载在各种简表上。在为新特性开发API的时候，这些API在开始的时候以可选包方式出现。等到这些API逐渐成熟后，可选包再被集成到简表中。目前布的可选有：无线短消息收发、远程方法调用、安全保密、移动3D等。

9.2 J2ME安装与运行

9.2.1 J2ME开发环境安装与配置

1、安装JDK
安装JAVA开发环境jdk-1_5_0_04-windows-i586-p.ex到路径D:\Java\JDK\jdk1.6.0_05；
2、配置环境变量
我的电脑>属性>高级>环境变量>系统变量>设置环境变量:
path=d:\java\jdk\jdk1.6.0_05\bin；
java_home=D:\java\jdk\jdk1.6.0_05；（可省略）
path=%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin （可省略）
CLASSPATH=.；%JAVA_HOME%\lib;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar
(加.表示当前路径，%JAVA_HOME%引用前JAVA_HOME,可省略）
3、安装J2ME无线工具包WTK
将光盘中j2me_wireless_toolkit-2_2-windows.exe安装到路径D:\WTK22。在安装的过程中计算机会自动搜寻JDK的安装位置，并自动进行关联。
4、安装Eclipse
Eclipse是开发java的IDE。在光盘中有Eclipse，也可以在sun公司官方网站上下载。Eclipse不用安装，直接解压拷到本机目录：D:\Java\eclipse3.2。
5、配置Eclipse的J2ME环境，安装Eclipseme
Eclipseme是Eclipse的一个可选插件，在进行J2ME开发时，需要配置很多选项，过程比较繁琐，所以最好使用此插件。在本章对应的光盘中有Eclipsme。下面介绍它的配置（在光盘中的Eclipse已经配置好Eclipseme，不需要再配置了）。
双击Eclipse图标，第一次使用时将进入Eclipse欢迎界面，关掉它进入工作界面。在Eclipse菜单中，选择Help>Software Updates>Find and Install>Search for new features to install>New Local Site，在打开对话框中选Eclipseme插件Finish。安装后在窗口Windows >首选项Preferences出现J2ME。
6、配置Eclipse的WTK
Windows>Preferences中，点击J2ME的WTK Root，输入WTK安装目录（D:\WTK22），选J2ME下拉菜单Device Management选Import弹出对话框，在Specify search directory中选WTK的bin目录（D:\WTK22\bin），点击refresh，点击finish。（或Eclipse窗口>首选项>J2ME>Platform Components，右键单击对话框右侧Wireless Toolkit选Add Wireless Toolkit,选WTK安装目录）。

9.2.2 J2ME环境下的开发步骤

1、新建一个工程
打开Eclipse界面，选择File>New>other>J2ME>J2ME Midlet Suite，输入任意工程名称，点击完成，新建了一个工程。
2、建立一个应用程序类
在刚建立的工程名字上面右击选中other>j2me>J2ME Midlet>next,输入类的名称，然后点finish，就建立了一个类。
3、运行
在刚建立的类中写入自己的代码，然后在需要调试或运行的主类上点击右健，从右健菜单中选择Run as>Run，在弹出的对话框中双击Emulated j2me Midlet ，在右边的区域会出现一个配置界面，在里面的Executable中选中Midlet单选框，选中Search，在里面找到自己的主类。
4、打包
要生成可以在手机上运行的程序，必须对应用程序打包。打包方法如下：在需要打包的工程目录上点击右健菜单，选择j2me：create package。如提示错误，请关闭工程后再打开重新打包。
5、安装到手机
经过第四步打成包之后，这个包就可以在特定型号的手机上使用了。首先把打包生成的文件拷贝到手机的存储卡中，然后在手机中找到改文件，选中它就会提示你安装（有的手机不需要安装），安装成功之后就可以运行了。

9.3 MIDP编程

MIDlet是MIDP中的基本执行单元，意思是MIDP小应用程序，用来满足小型资源受限制设备的特殊要求，按照MIDP规范定义一个新的应用程序模型。MIDlet与Java2中引入的Applet类似，它不能单独的运行，必须运行在特定的环境中，或运行在一个很大的应用程序容器中。它运行在JVM之上，不完成任何特定的任务。程序开发者需要再编写小的应用程序完成具体的工作。

9.3.1 MIDlet生命周期

MIDlet运行在一个受应用管理系统控制(Application Management System-AMS)的环境内。
1、AMS用生命周期控制MIDlet状态
StartApp()方法
AMS调用StartApp()方法来获取MIDlet所需的资源，然后MIDlet将会处于活动(Active)状态。
PauseApp()方法
AMS调用PauseApp()方法来释放MIDlet持有的任何资源。如果MIDlet创建了对象，则将对象状态存储到持久性存储器中并把对象设置为Null。
DestroyApp()方法
AMS调用destroyApp()方法来保存MIDlet的状态并释放MIDlet持有的任何资源。
2、MIDlet的状态
用户启动MIDlet后，被启动的MIDlet将处于应用程序生命周期中的三个状态（暂停、活动和销毁）。
（1）活动状态：当MIDlet进入活动状态时，它将获得用于执行任务的所有资源。转移到活动状态之后所需的线程被启动。
（2）暂停状态：当MIDlet进入暂停状态时，释放所有持有的资源并停止活动的线程。
（3）销毁状态：当MIDlet进入销毁状态时，释放所有资源，停止正在进行的线程并保存持久性的数据。
3、控制MIDlet状态改变
MIDlet类提供三个方法允许MIDlet控制自己状态。
resumeRequest()方法
MIDlet调用这个方法表明它已经准备好，进入活动状态。
notify Paused()方法
该方法允许MIDlet主动暂停自己。
notifyDestroy()方法
该方法允许MIDlet主动销毁自己。必须注意：如果上述的三个通知方法被调用，那么AMS就不会再调用相应的生命周期方法。

9.3.2 J2ME常用的类和方法

Display类
每个MIDlet只能有一个Display对象，应用程序可以通过调用静态成员方法getDisplay获得对Display对象的引用。在MIDlet的运行过程中，无论何时调用getDisplay方法都会返回相同的对Display对象的引用。getDisplay方法的语法定义如下：
Public static Display getDisplay(MIDlet m)，参数m用于指定返回那个MIDlet对象的Display对象引用。
List组件
List是一个列表框，也是Screen的子表，用于显示一系列的列表项。MIDP提供的构造方法：List(String title, int listType, string[] stringElements, Image[] imageElements)这个构造方法在创建列表时不仅可以指定标题和类型，还可以指定具体的列表选项以及列表选项的图标，参数listType列表项可以有3种类型，分别为IMPLICIT、EXCLUSIVE和MOLTIPLE。
命令按钮事件处理
命令按钮的主要功能就是处理用户的操作，当用户按下某个键时，跟这个键相关的命令按钮就会接收到这个按钮时间，如果这个命令按钮注册了监听器CommandListener，这个事件就被送到监听器进行处理。命令按钮的动作监听器为CommandListener接口，包含在javax.microeditio.lcdui包中。命令按钮监听器只有方法：Public void commandAction(Command c,Displayable d)。参数c是被按下的命令按钮，参数d是包含命令按钮c的Displayable显示对象。命令按钮监听器通过命令按钮所在Displayable对象的setCommand Listener方法设置，其语法定义为Public void setCommandListener(CommandListener comd)其中，参数comd是实现CommandListener接口的一个类实例。
设置绘图颜色
Paint方法用于绘制画布屏幕。Graphics类中封装了二维几何图形的绘制原语，采用了24位的颜色模型，分别用3个8位字节表示红色（Red）颜色