Go-BlindWatermark

Go-BlindWatermark 是一个高性能的 Golang 频域盲水印库。它利用 DWT (离散小波变换) 和 DCT (离散余弦变换) 算法，将信息隐写到图片的频域中。

✨ 核心特性：水印对人眼不可见，提取时不需要原图（盲提取），且支持自动识别水印类型。

🌟 功能特性

• 隐蔽性强：基于 DWT+DCT 混合算法，只在图像的高频/中频子带（HL）嵌入数据，视觉无损。
• 多类型支持：
  • 📝 字符串水印：直接嵌入文本信息。
  • 🖼️ 图片水印：支持嵌入 Logo 或图标。
    • 优化：自动二值化（1-bit）压缩存储，极大节省空间。
    • 智能：自动根据底图容量缩小水印尺寸，防止溢出。
  • 📱 二维码水印：只存储二维码文本内容，提取时自动重绘二维码图片，空间利用率极高。
• 智能识别：自定义二进制协议头（Header），提取时自动判断是文本、图片还是二维码。
• 纯 Go 实现：核心矩阵运算依赖 gonum，图像处理依赖标准库及扩展库。

📦 安装

go get github.com/your_username/blindwatermark

注意：本项目依赖 gonum 进行矩阵运算，以及 golang.org/x/image 进行图像缩放。

🚀 快速开始

1. 初始化

import (
    "os"
    "image"
    _ "image/jpeg" // 必须引入解码器
    _ "image/png"
    "github.com/your_username/blindwatermark"
)

// 加载底图 (建议使用 1080P 或更高分辨率的图片以获得足够容量)
file, _ := os.Open("source.jpg")
srcImg, _, _ := image.Decode(file)
defer file.Close()

// 初始化引擎
bw := blindwatermark.NewBlindWatermarker()

2. 嵌入水印 (Embedding)

📝 嵌入字符串

resImg, err := bw.EmbedText(srcImg, "Hello World 2025")
if err != nil {
    panic(err)
}
saveFile("output_text.jpg", resImg)

🖼️ 嵌入图片 (Logo)

库会自动将 Logo 转为黑白二值图，并根据底图容量自动缩放。

// 加载水印图
wmFile, _ := os.Open("logo.png")
wmImg, _, _ := image.Decode(wmFile)

// 嵌入
resImg, err := bw.EmbedImage(srcImg, wmImg)
if err != nil {
    fmt.Println("嵌入失败:", err) // 可能是底图太小
} else {
    saveFile("output_logo.jpg", resImg)
}

📱 嵌入二维码

库只存储 URL 字符串，比直接存二维码图片节省 20 倍空间。

resImg, err := bw.EmbedQRCode(srcImg, "https://github.com/golang")
saveFile("output_qr.jpg", resImg)

3. 提取水印 (Extraction)

提取时无需知道水印类型，库会通过协议头自动解析。

import "github.com/your_username/blindwatermark/converter"

// 加载带水印图片
file, _ := os.Open("output_logo.jpg")
watermarkedImg, _, _ := image.Decode(file)

// 提取
result, err := bw.Extract(watermarkedImg)
if err != nil {
    panic(err)
}

// 处理结果
switch result.Type {
case converter.TypeText:
    fmt.Printf("📝 提取到文本: %s\n", result.TextContent)

case converter.TypeQRCode:
    fmt.Printf("📱 提取到二维码内容: %s\n", result.TextContent)
    // 库会自动重建二维码图片到 ImageBytes
    os.WriteFile("extracted_qr.png", result.ImageBytes, 0644)

case converter.TypeImage:
    fmt.Printf("🖼️ 提取到图片，数据大小: %d bytes\n", len(result.ImageBytes))
    // 提取出的是还原后的黑白 PNG 图片
    os.WriteFile("extracted_logo.png", result.ImageBytes, 0644)
}

🧠 核心算法原理

1. 颜色空间转换：RGB -> YUV，仅对 Y 通道 (亮度) 进行操作。
2. DWT (离散小波变换)：将图像分解为 LL, LH, HL, HH 四个频带。
   • 策略：我们选择 HL (右上) 频带进行嵌入，兼顾了隐蔽性和鲁棒性。
3. 分块 DCT：在 HL 频带上进行 8x8 分块 DCT 变换。
4. 量化嵌入：修改 DCT 中频系数的相对大小来编码 bit (0 或 1)。
5. 逆变换：IDCT -> IDWT -> YUV转RGB -> 生成图片。

关于容量 (Capacity)

由于使用了 DWT 变换到 HL 子带，可用容量约为原图像素数的 1/64 到 1/100 (取决于具体参数)。

• 计算公式：MaxBits ≈ (Width / 16) * (Height / 16)
• 示例：
  • 800x600 图片 ≈ 1800 bits (约 220 字节) -> 只能存短文本
  • 1920x1080 图片 ≈ 8100 bits (约 1000 字节) -> 可存二维码或小 Logo

如果遇到 image is too small 错误，请更换更高分辨率的底图。

📂 目录结构

blindwatermark/
├── cmd/
│   └── main.go           # 示例入口
├── converter/
│   ├── protocol.go       # 协议打包与解包 (Header处理)
│   └── converter.go      # 类型转换工具
├── core/
│   ├── dwt.go            # DWT / IDWT 算法实现
│   ├── dct.go            # DCT / IDCT 算法实现
│   └── engine.go         # 核心嵌入提取引擎
├── watermark.go          # 对外高级接口 (Embed/Extract)
├── go.mod
└── README.md

⚠️ 局限性

1. 有损压缩：提取出的图片水印是 黑白二值化 的，不包含彩色信息（为了最大化容量）。
2. 抗攻击性：
   • ✅ 支持：JPEG 压缩、轻微噪声、涂抹。
   • ❌ 不支持：截图（裁剪）、旋转、缩放。这些几何变换会破坏频域同步。

📄 License

MIT License