Java课设：数字水印处理与解析器开发

前言

想养成写日记的习惯真不容易。最近比较懒散，复习不想复，项目又做完了，处于一种能干些什么，但是不太想干，但是不干些什么又浑身难受的处境。其实完全就不是匀不出来时间的问题，只是自己太懒了而已。想要获得什么，就肯定会牺牲什么，珍惜一点自己的时间！这几天会做一做Java的课设，基于学到的新东西，不时更新几篇blog。

日程

6.4

今天坚定了一下信念，开始着手课设的事情。被一个bug卡了不少时间，太依赖AI了，应该多多自己思考的。干到11点，不想滥用AI，进度比较慢，只完成了图片部分的注入和解析。

6.5

感觉没什么内容啊，不到两天就能做好。

学习内容

省流

Java课设初步预设
LSB的原理及简单实例
解析LSB和简单的BitStream实现
文件选择对话框与基于<a>超链接标签文件下载
细节：@Controller和@RestController的区别

Java课设初步预设

这次的题材相对宽松，可以自己决定题材。我打算做一个轻量化的数字水印处理和解析器，并基于Nodejs实现UI界面。

基本需求

基于LSB为PNG格式图片生成和解析水印。
水印可以包括mp3,mp4,png,文本信息等内容，并且通过标记信息来区分。
通过java-node实现前后端的进程级通信。

进阶需求

提高数字水印的鲁棒性。
批量，工作流式处理数字水印（线程池模式，为每个任务分配一个线程）。
可以对视频，音频添加和解析数字水印。

超级进阶！

使用对抗神经网络来超级提高数字水印的鲁棒性。

LSB的原理及简单实例

RGB图像上的每个像素点都由多个二进制位组成。例如，RGB(150, 200, 100)的二进制表示：

R: 10010110
G: 11001000
B: 01100100

LSB（最低有效位）就是用要隐藏的信息位替换像素值的最低有效位。低有效位的变化对整体颜色/亮度影响很小，人眼通常难以察觉。通常可以使用的像素位是1-2位。

简单实例

// 嵌入水印到图像的最低有效位
/**
在Java中，BufferedImage.getRGB()返回的是一个32位的int值，包含4个8位通道（ARGB）：A（Alpha，透明度）：bits 24-31R（Red，红色）：bits 16-23G（Green，绿色）：bits 8-15B（Blue，蓝色）：bits 0-7
*/
public static void embedLSBImage(BufferedImage image, byte[] secretData) {int width = image.getWidth();int height = image.getHeight();int dataIndex = 0;int bitIndex = 0;for (int y = 0; y < height; y++) {for (int x = 0; x < width; x++) {if (dataIndex >= secretData.length) return;int rgb = image.getRGB(x, y);int r = (rgb >> 16) & 0xFF; //&0xFF保留最低8位int g = (rgb >> 8) & 0xFF;int b = rgb & 0xFF;// 嵌入到R通道if (bitIndex < 8) {int bit = (secretData[dataIndex] >> (7 - bitIndex)) & 1;r = (r & 0xFE) | bit; //& 0xFE 最低位置0bitIndex++;}// 嵌入到G通道if (bitIndex < 8) {int bit = (secretData[dataIndex] >> (7 - bitIndex)) & 1;g = (g & 0xFE) | bit;bitIndex++;}// 嵌入到B通道if (bitIndex < 8) {int bit = (secretData[dataIndex] >> (7 - bitIndex)) & 1;b = (b & 0xFE) | bit;bitIndex++;}if (bitIndex >= 8) {bitIndex = 0;dataIndex++;}image.setRGB(x, y, (r << 16) | (g << 8) | b);}}
}

为了能够正确地解析水印，设置信息头部：4位长度+1位类型标记+数据。

private static byte[] generateHeader(Object obj) {byte[] type = new byte[0];if(obj instanceof String){type = MarkingType.s.toString().getBytes();}else if(obj instanceof File){if(((File) obj).getName().endsWith(".png")){type = MarkingType.p.toString().getBytes();}else if(((File) obj).getName().endsWith(".mp3")){type = MarkingType.n.toString().getBytes();}else if(((File) obj).getName().endsWith(".mp4")){type = MarkingType.m.toString().getBytes();}}else{throw new RuntimeException("不支持的数据类型");}byte[] data = obj.toString().getBytes(CHARSET);int length = data.length;byte[] header = new byte[4];header[0] = (byte) (length >>> 24);header[1] = (byte) (length >>> 16);header[2] = (byte) (length >>> 8);header[3] = (byte) (length);return ByteBuffer.allocate(header.length + type.length + data.length).put(header).put(type).put(data).array();
}

解析LSB和简单的BitStream实现

为了方便读取长度，标记等信息，设计一个BitStream包装类，实现类似于一个一个bit读取BufferedImage的效果。

public class BitStream{private final BufferedImage image;private int x = 0,y = 0;private int channelIndex = 0;public BitStream(BufferedImage image){this.image = image;}public int readBit(){if(y >= image.getHeight()) return 0;RGB rgb = new RGB(image.getRGB(x, y));int bit = rgb.getLowBit(channelIndex);//next bitchannelIndex++;if(channelIndex >= 3){channelIndex = 0;x++;if(x >= image.getWidth()){x = 0;y++;}}return bit;}public byte readByte(){byte b = 0;for(int i = 0; i < 8; i++){b |= (byte)(readBit() << (7 - i));}return b;}public int readInt(){return (readByte() & 0xFF) << 24 |(readByte() & 0xFF) << 16 |(readByte() & 0xFF) << 8  |(readByte() & 0xFF);}
}

之后的提取方法就比较简单了。

public static <T> T extractLSBImage(File imageFile, Class<T> expectedType) throws IOException {BufferedImage image = ImageIO.read(imageFile);BitStream bitStream = new BitStream(image);//读取长度int length = bitStream.readInt();//读取类型MarkingType type = fromByte(bitStream.readByte());//读取实际数据byte[] secretData = new byte[length];for (int i = 0; i < length; i++) {secretData[i] = bitStream.readByte();}switch (type){case s:if(expectedType == String.class)return expectedType.cast(new String(secretData, CHARSET));else throw new RuntimeException("类型不匹配");// 其他类型处理...}return null;
}

文件选择对话框与基于`<a>`超链接标签文件下载

文件选择对话框

原始html提供了<input type="file">标签。点击它将调用操作系统提供的文件选择对话框，这是由浏览器提供的默认行为。可以添加以下属性来控制行为：

属性/配置	作用	示例
accept	限制可选文件类型	`accept="image/png"` 只显示PNG文件
multiple	是否允许多选	`<input type="file" multiple>`

ElementPlus提供了它的封装组件el-upload。

<el-upload:auto-upload="false":on-change="handleGenerateImageUpload"accept="image/png"
><el-button>选择PNG图片</el-button>
</el-upload>

基于`<a>`超链接标签文件下载

浏览器的<a>标签是HTML中用于创建超链接的标签，通过href属性，可以指定目标URL（可以是网页地址、文件路径、锚点等）。这里基于它实现了文件的下载功能。创建download下载标签，该标签不会触发网页跳转，而是直接下载资源。

const a = document.createElement('a'); //创建一个隐藏的<a>标签
a.href = generatedWatermarkImage.value;  // 设置下载链接（这里应该是URL属性）
a.download = 'watermarked.png';         // 设置下载文件名
document.body.appendChild(a);  // 临时添加到DOM，只有在DOM中才能点击
a.click();                    // 模拟点击 -即触发用户的下载行为
document.body.removeChild(a);  // 移除元素

细节：`@Controller`和`@RestController`的区别

@Controller（传统 Spring MVC 控制器）
- 默认返回的是视图名称（即跳转到某个页面）。
- 如果要返回 JSON/XML 数据，必须加 @ResponseBody。
@RestController（RESTful API 专用控制器）
- 默认所有方法都带 @ResponseBody：直接返回 JSON/XML 数据，而不是视图。