數(shù)字水印技術(shù)大全11篇

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中圖分類號：TP391.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

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引言

隨著計算機(jī)多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，文字、圖形圖像、音視頻等信息可以通過數(shù)字媒體廣泛地傳播。數(shù)字化技術(shù)精確、廉價、大規(guī)模的復(fù)制功能和Internet的全球傳播能力給人們帶來信息共享的同時也帶來了許多負(fù)面的影響。由于對數(shù)字信息的復(fù)制非常容易，而且所得復(fù)制品和原件幾乎完全相同，因此有惡意的個人或團(tuán)體有可能在沒有得到作品所有者許可的情況下復(fù)制、修改、傳播有版權(quán)的內(nèi)容，甚至非法用作商業(yè)用途，嚴(yán)重侵犯了作者及版權(quán)所有者的利益。為了有效地解決信息安全和版權(quán)保護(hù)等問題，近年來出現(xiàn)了加解密、數(shù)字簽名、數(shù)字指紋、數(shù)字水印等多種技術(shù)。其中數(shù)字水印是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一門嶄新的技術(shù)。它通過在數(shù)字產(chǎn)品中嵌入水印信息來確定數(shù)字產(chǎn)品的所有權(quán)或檢驗數(shù)字內(nèi)容的原始性，它彌補(bǔ)了加解密技術(shù)不能對解密后的數(shù)據(jù)提供進(jìn)一步保護(hù)的不足，彌補(bǔ)了數(shù)字簽名不能在原始數(shù)據(jù)中一次性嵌入大量信息的弱點，彌補(bǔ)了數(shù)字指紋僅能給出版權(quán)破壞者信息的局限。

2　數(shù)字水印的概念和基本原理

2.1數(shù)字水印定義

數(shù)字水印(Digital Watermark)技術(shù)是用信號處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標(biāo)記，但不會影響原內(nèi)容的價值和使用，它不能被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。其中的水印信息可以是作者的序列號、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等，可用來識別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發(fā)行人、合法使用人對數(shù)字產(chǎn)品的擁有權(quán)。與加密技術(shù)不同。數(shù)字水印技術(shù)并不能阻止盜版活動的發(fā)生，但它可以判別對象是否受到保護(hù)，監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別和非法拷貝、解決版權(quán)糾紛并為法庭提供證據(jù)。作為數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)當(dāng)滿足下面幾個方面的要求：

’a.隱蔽性：數(shù)字水印應(yīng)該是不易被察覺的，而且應(yīng)不影響被保護(hù)數(shù)據(jù)的正常使用；

b.安全性：加入水印和檢測水印的方法對沒有授權(quán)的第三方是保密的而且不可輕易被破解，即使被黑客檢測到了也不能讀出(數(shù)字水印需要加密)；

c.魯棒性：當(dāng)被保護(hù)的信息經(jīng)過某種改動后，比如在傳輸、壓縮、濾波，圖像的幾何變換如平移、伸縮、旋轉(zhuǎn)、剪裁等處理下，數(shù)字水印不容易被破壞。

2.2數(shù)字水印技術(shù)的基本原理

一般數(shù)字水印的通用模型包括嵌入和檢測、提取兩個階段。數(shù)字水印的生成階段，嵌入算法的嵌入方案的目標(biāo)是使數(shù)字水印在不可見性和魯棒性之間找到一個較好的折中。檢測階段主要是設(shè)計一個相應(yīng)于嵌入過程的檢測算法。檢測的結(jié)果或是原水印(如字符串或圖標(biāo)等)，或是基于統(tǒng)計原理的檢驗結(jié)果以判斷水印存在與否。檢測方案的目標(biāo)是使錯判與漏判的概率盡量小。為了給攻擊者增加去除水印的不可預(yù)測的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都采用密碼學(xué)中的加密體系來加強(qiáng)，在水印的嵌入，提取時采用一種密鑰，甚至幾種密鑰的聯(lián)合使用。水印的嵌入和提取方法如圖1、圖2所示：

3　數(shù)字水印的分類

數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行劃分。

3.1按特性劃分

按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類。魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識著作權(quán)信息，如作者、作品序號等，它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理；脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù)，它必須對信號的改動很敏感，人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過。

3.2按水印所附載的媒體劃分

按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。

3.3按檢測過程劃分

按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。

3.4按內(nèi)容劃分

按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。

3.5按用途劃分

按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識水印。

3.6按水印隱藏的位置劃分

按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時(空)域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時／頻域數(shù)字水印和時間／尺度域數(shù)字水印。

4　數(shù)字水印的應(yīng)用

4.1

數(shù)字作品的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)

數(shù)字作品的所有者用密鑰產(chǎn)生一個水印，并將其嵌入原始數(shù)據(jù)中，然后公開他的水印版本作品。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時，所有者可利用從盜版作品或水印作品中獲取水印信號作為依據(jù)，從而保護(hù)所有者的權(quán)益。

4.2商務(wù)交易中的票據(jù)防偽

隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。此外在電子商務(wù)中會出現(xiàn)大量過渡性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。

4.3篡改提示

當(dāng)數(shù)字作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時，常常需要確定他們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過。為實現(xiàn)該目的，通常將原始圖像分成多個獨立塊，每個塊加入不同的水印。同時可通過檢測每個數(shù)據(jù)塊中的水印信號，來確定作品的完整性。與其他水印不同的是，這類水印必須是脆弱的，并且檢測水印信號時，不需要原始數(shù)據(jù)。

4.4訪問控制

在多媒體發(fā)行體系中，人們希望有一種拷貝保護(hù)機(jī)制，即它不允許未授權(quán)的媒體拷貝。在封閉或私有系統(tǒng)中，可用水印來說明數(shù)據(jù)的拷貝狀況。一個典型的例子是DVD防拷貝系統(tǒng)。將水印信息加入DVD數(shù)據(jù)中，這樣DVD播放機(jī)即可通過檢測DVD數(shù)據(jù)中的水印信息而判斷其合法性和可拷貝性。從而保護(hù)制造商的商業(yè)利益。

4.5信息隱藏

數(shù)字水印可用于作品的標(biāo)識、注釋、檢索信息等內(nèi)容隱藏，無需額外帶寬且不易丟失。此外，數(shù)字水印還可用于隱蔽通信，這在國防和情報部門將得到廣泛應(yīng)用。

5　數(shù)字水印技術(shù)研究展望

數(shù)字水印技術(shù)有著廣泛的研究前景和巨大的商業(yè)潛能。但作為一種新興的技術(shù)，它還面臨著許多尚未解決的難題。從目前的技術(shù)和應(yīng)用分析，數(shù)字水印技術(shù)未來的研究方向體現(xiàn)在以下兩個方面。

第一，不斷完善水印技術(shù)理論框架。數(shù)字水印技術(shù)要得到廣泛應(yīng)用必須建立一系列標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，完善水印評價的理論體系，制定水印的測試和評價標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計一個能對各種不同水印算法進(jìn)行公正比較評價的水印評價系統(tǒng)。

第二，水印算法研究。通過現(xiàn)有數(shù)字水印算法的研究，結(jié)合數(shù)字信號處理技術(shù)，尋找它們的關(guān)系，設(shè)計出更好的算法。

參考文獻(xiàn)

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【中圖分類號】TP309.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0204-02

一、脆弱數(shù)字水印的產(chǎn)生

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息處理技術(shù)的迅速發(fā)展，使得圖像、視頻和音頻等各種形式的多媒體數(shù)字作品的制作、編輯、復(fù)制和傳輸變得極其便利。然而，新技術(shù)必然會帶來一些新的問題，例如，軟件產(chǎn)品的盜版、數(shù)字文檔的非法拷貝、數(shù)字多媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)等等；尤其，當(dāng)數(shù)字多媒體作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞和商業(yè)用途時，需要確定其內(nèi)容是否曾被修改、偽造或者特殊處理過，必須保證數(shù)字多媒體作品內(nèi)容的真實性和完整性。在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，人們對信息安全的要求越來越迫切，都希望能在信息傳播的過程中對自己的秘密信息加以保護(hù)。數(shù)字水印技術(shù)作為版權(quán)保護(hù)和安全認(rèn)證的有力工具誕生于90年代初，并且在數(shù)字多媒體產(chǎn)品中的應(yīng)用需求日益增加，呈現(xiàn)出巨大的商業(yè)潛力。

數(shù)字水印作為信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的一個重要分支，是一種可以在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，保護(hù)多媒體產(chǎn)品版權(quán)和認(rèn)證來源及完整性的新型技術(shù)。數(shù)字水印技術(shù)通過將數(shù)字、序列號、文字和圖像標(biāo)記等版權(quán)信息嵌入到多媒體當(dāng)中，在嵌入過程中對多媒體載體進(jìn)行盡量小的修改，以達(dá)到最強(qiáng)的魯棒性，當(dāng)含有水印信息的多媒體受到攻擊后仍然可以恢復(fù)或者檢測出水印的存在，這也是實現(xiàn)多媒體產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)的有效辦法。數(shù)字水印技術(shù)的誕生為多媒體產(chǎn)品的信息安全問題注入了新的生機(jī)與活力。數(shù)字水印技術(shù)是一個多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域，它涉及了信號處理、密碼學(xué)、通信理論、數(shù)理統(tǒng)計理論、編碼理論、數(shù)據(jù)壓縮和人類視，聽覺理論等多門學(xué)科。數(shù)字水印的提出是為了保護(hù)版權(quán)，然而隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)字水印技術(shù)更多更廣的應(yīng)用。

第一種應(yīng)用于圖像的水印技術(shù)是由Caronni等于1993年提出的“’。后來，數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展到其它數(shù)字媒體，如音頻、視頻等。數(shù)字水印技術(shù)的功能也逐漸由最基本的多媒體作品版權(quán)保護(hù)，發(fā)展到訪問控制、票據(jù)防偽、多媒體數(shù)據(jù)篡改提示、隱蔽通信等更多的應(yīng)用需求方面。與圖像和視頻數(shù)字水印相比，由于人類聽覺系統(tǒng)HAS（Human Auditory System）比視覺系統(tǒng)HVS（Hman Visual System）具有更高的敏感度，對隨機(jī)噪聲相當(dāng)敏感，使得可以嵌入的水印數(shù)據(jù)量非常有限，所以向音頻信號當(dāng)中嵌入水印信息時，對水印的隱蔽性有著更高的要求，水印的隱藏也顯得更加困難，因此，國內(nèi)外對音頻數(shù)字水印的研究并不多見。而且通常情況下，由于多媒體傳播環(huán)境的開放與復(fù)雜，多媒體編輯處理工具的廣泛開發(fā)，使得多媒體數(shù)據(jù)總是會受到有意或者無意的攻擊操作，于是，目前的研究大多集中于數(shù)字水印的魯棒性設(shè)計，希望多媒體產(chǎn)品無論受到何種變形操作，都能從中提取出水印來，但是，對用于真實性和完整性保護(hù)的脆弱數(shù)字水印的研究卻相對較少。

與一般的數(shù)字水印一樣，脆弱數(shù)字水印也是在保證多媒體作品一定視覺或聽覺質(zhì)量的前提下，將序列、文檔、或者圖像作為水印信息，以人類不可感知的方式嵌入到多媒體作品當(dāng)中。但是與魯棒性數(shù)字水印不同的是，當(dāng)嵌有脆弱數(shù)字水印的多媒體作品數(shù)據(jù)發(fā)生篡改時，通過對水印的檢測或者提取，可以對多媒體載體的真實性和完整性進(jìn)行鑒定，并且能夠指出被篡改的位置，甚至是篡改的程度和篡改類型等等。介于魯棒性水印和脆弱性水印之間的是半脆弱數(shù)字水印，它對惡意篡改非常敏感，同時又對一些常規(guī)的信號處理操作（如添加噪聲、濾波、MP3壓縮等）有一定的魯棒性，主要用于選擇認(rèn)證，保護(hù)一般的多媒體數(shù)據(jù)內(nèi)容。而對一些要求極其精確的數(shù)字媒體，如文檔、醫(yī)學(xué)圖像、法律證據(jù)音頻錄音等，即使是非常輕微的修改都可能造成實質(zhì)上完全不同的信息，脆弱數(shù)字水印正是針對這類應(yīng)用而設(shè)計的，它能夠準(zhǔn)確地檢測出對多媒體數(shù)據(jù)內(nèi)容的任何修改并且能夠?qū)π薷牡牟糠诌M(jìn)行精確定位。無論從理論角度還是應(yīng)用角度來看，開展對脆弱性數(shù)字水印技術(shù)的研究，不但具有重要的學(xué)術(shù)意義，還有極為重要的經(jīng)濟(jì)意義。

二、脆弱數(shù)字水印的特點

脆弱數(shù)字水印技術(shù)就是在保證多媒體文件在一定聽覺/視覺質(zhì)量的前提下，將序列號、文字、圖像標(biāo)志等版權(quán)信息，以人類不可感知的方式，嵌入到多媒體文件的數(shù)據(jù)中。脆弱數(shù)字水印主要用于多媒體文件的內(nèi)容及版權(quán)等關(guān)鍵信息的真實性鑒定，防止非法篡改和偽造，強(qiáng)調(diào)的是一種多媒體數(shù)據(jù)完整性和有效性的標(biāo)注功能，以及對多媒體數(shù)據(jù)破壞和攻擊的定位分析能力。因此，脆弱數(shù)字水印是一類對常見信號處理操作都比較敏感的水印，只要含有水印的多媒體文件稍作修改，嵌入其中的水印就能反映出多媒體文件發(fā)生的輕微變化，只有這樣才能通過對水印信息的檢測或提取來鑒定多媒體文件的真?zhèn)我约氨淮鄹牡那闆r。

用于多媒體作品完整性和真實性認(rèn)證的脆弱數(shù)字水印，除了具有數(shù)字水印的基本特征如不可感知性、安全性以外，還必須具有對惡意篡改的敏感性和脆弱性。在實際應(yīng)用中，一個實用的脆弱數(shù)字水印應(yīng)該具備以下特征：

（1）良好的透明性。對多媒體文件來說就是不可感知性，嵌入水印后的多媒體文件要讓人在視覺或聽覺范圍內(nèi)，感覺不到任何變化，這樣才能保證原始多媒體文件的使用價值，保證文件內(nèi)容的真實性，因此在水印的不可感知性要求上，對脆弱性數(shù)字水印的要求比魯棒性水印要更高些。

（2）盲檢測認(rèn)證。在完整性認(rèn)證階段不需要原始的多媒體文件，這對用于認(rèn)證的脆弱數(shù)字水印來說是必須的，如果能確知原始的多媒體文件，就不存在真實性保護(hù)的問題了；另一方面，某些應(yīng)用中根本就沒有原始數(shù)據(jù)，比如詢問證人的證詞錄音，為保證證詞的真實性，需要在錄音時自動嵌入水印，否則無法實現(xiàn)真實性的鑒別。

（3）良好的敏感性。要求多媒體文件中的脆弱水印能靈敏地被最普通的信號處理技術(shù)所改變。理論上，在檢測端作完整性認(rèn)證時，應(yīng)該能夠檢測到所有影響多媒體文件質(zhì)量的惡意篡改，即對惡意篡改的檢測概率趨向于100%。

（4）防止“偽認(rèn)證”攻擊的能力。意思就是防止多媒體數(shù)據(jù)被篡改后仍能通過認(rèn)證。對脆弱數(shù)字水印來說，不必強(qiáng)調(diào)其對惡意攻擊的抵抗能力，因為對脆弱數(shù)字水印的攻擊不是將水印信息除去或者使其不能被檢測到，而是設(shè)法篡改多媒體的內(nèi)容數(shù)據(jù)且不損壞水印信息，即使多媒體文件的內(nèi)容發(fā)生了改變，但仍能通過認(rèn)證。在圖像應(yīng)用中有例為證，Kundur基于小波的脆弱數(shù)字水印算法，當(dāng)不采用“量化密鑰”時，根據(jù)一個已嵌入脆弱水印的圖像數(shù)據(jù)，可使任意一個與其相同尺寸的圖像完全通過認(rèn)證。音頻應(yīng)用中也存在這樣的可能性。

（5）對篡改攻擊部分進(jìn)行定位。當(dāng)含有水印信息的多媒體文件被惡意修改時，檢測算法能指明文件內(nèi)容被篡改的位置，這些信息可以用來推斷篡改動機(jī)和篡改的嚴(yán)重程度。

如果在實際問題中有更高的要求，往往還需具備以下特征：

（6）對篡改的部分進(jìn)行恢復(fù)。在篡改定位的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步恢復(fù)出多媒體文件被篡改前的真實內(nèi)容，并且能夠根據(jù)恢復(fù)的內(nèi)容推斷出篡改的方式以及篡改的類型，以提供篡改的證據(jù)。

（7）能與魯棒性數(shù)字水印很好地共存。有時候單單依靠脆弱數(shù)字水印并不能同時滿足多種用途，需要同時嵌入多個水印，不同的水印擔(dān)負(fù)不同的使命，這樣多媒體文件才能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，滿足不同應(yīng)用場合的需求，同時實現(xiàn)多媒體文件版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容認(rèn)證的功能。

三、脆弱數(shù)字水印算法概述

從1993年開始就有研究者從事脆弱數(shù)字水印算法的研究，初期的研究大多都是借用密碼學(xué)的觀點和方法，研究者常常使用密碼學(xué)中的哈希（Hash）函數(shù)作為脆弱水印完整性認(rèn)證的方法。Friedman利用密碼學(xué)中的哈希函數(shù)，通過保存經(jīng)過Hash后的圖像數(shù)據(jù)，從而達(dá)到認(rèn)證的目的，但是這樣需要保存額外的認(rèn)證數(shù)據(jù)――Hash值，并且認(rèn)證得到的結(jié)果只有兩種：“是”或“否”，并不能報告圖像數(shù)據(jù)失真的具置。

Schneider和chang提出基于圖像內(nèi)容的方法，利用圖像特征（如亮度直方圖、DCT系數(shù)、邊緣信息等），通過哈希函數(shù)得到用于認(rèn)證的消息，因為圖像本身的特征具有一定的穩(wěn)定性，如果圖像內(nèi)容發(fā)生改變，則圖像特征也會有所改變，這樣可以保護(hù)圖像數(shù)據(jù)中的每一個像素都不能改變。但是，它仍然需要保存額外的數(shù)據(jù)，不過提取圖像特征的方法值得借鑒。

張和王在Yeung和PingWah的研究基礎(chǔ)上提出了一種利用查找表和哈希函數(shù)的小波域脆弱水印算法。首先利用小波變換的時頻特性，在圖像的LL子帶用查找表的方法嵌入一個標(biāo)識水印，用于檢測和定位篡改；再選取HL子帶或LH子帶的哈希值作為水印嵌入到HH子帶中，用于抵抗各種偽認(rèn)證攻擊。該算法既提高了基于分塊的脆弱水印算法的安全性，又保持了良好的局部修改檢測性能。

李和侯提出了一種新的混沌脆弱數(shù)字水印算法，該算法利用混沌系統(tǒng)對初值的極端敏感性和塊不相關(guān)水印技術(shù)，將圖像DCT次高頻系數(shù)和水印密鑰合成為Logistic混沌映射的初值，從而生成水印，再將水印嵌入到圖像DCT的高頻系數(shù)中，利用圖像DCT系數(shù)之間的關(guān)系，實現(xiàn)了水印的嵌入和盲檢測。該算法計算簡單，具有較高的峰值信噪比和良好的篡改定位能力。

脆弱數(shù)字水印技術(shù)在圖像領(lǐng)域中的研究應(yīng)用得到了很好的發(fā)展，隨著多媒體介質(zhì)類型的增加，音頻、視頻在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用需求逐漸增大，研究學(xué)者們逐漸將研究方向轉(zhuǎn)向到音頻領(lǐng)域，很多良好的算法也從圖像領(lǐng)域移植到了音頻領(lǐng)域。

Radhakfishnan和Memon根據(jù)聽覺質(zhì)量相似的兩個音頻之間的掩蔽曲線必定一樣的原理，提出了一種基于特征的音頻內(nèi)容認(rèn)證技術(shù)。首先計算音頻掩蔽曲線的Hash值，然后采用已知的數(shù)據(jù)隱藏方法將Hash值作為水印信息嵌入到音頻信號當(dāng)中。檢測時，將水印信息提取出來與之前計算的Hash值進(jìn)行比較，計算其相關(guān)系數(shù)，再與事先設(shè)定的相關(guān)系數(shù)門限值進(jìn)行比較，判斷內(nèi)容是否被篡改。檢測算法可以將常規(guī)的音頻信號處理與惡意篡改操作區(qū)分開來。

王等利用離散小波變換的多分辨率特性，提出了一種小波域脆弱音頻水印算法，通過等概率隨機(jī)量化音頻信號不同子帶的小波系數(shù)，并將視覺可辨別的有意義的二值圖像作為水印嵌入其中，該算法對濾波、有損壓縮、重采樣等攻擊具有很強(qiáng)的敏感性，通過比較提取出的水印和原始水印的歸一化相關(guān)系數(shù)，可以很容易對音頻信號是否被篡改做出結(jié)論。

全和張以改進(jìn)的心理聲學(xué)模型為基礎(chǔ)，提出了一種小波包域的脆弱音頻水印算法。該算法將改進(jìn)后的心理聲學(xué)模型用于比小波域靈活性更大的小波包域中，首先根據(jù)子帶掩蔽閾值，水印嵌入和提取端要求的計算復(fù)雜度，自適應(yīng)地選擇最好小波包基函數(shù)，對音頻信號進(jìn)行接近于臨界頻帶的分解，然后采用量化小波包系數(shù)的方法自適應(yīng)地嵌入二值圖像水印信號。檢測算法不僅能夠認(rèn)證音頻的完整性，而且能夠在時域和頻域中定位被篡改區(qū)域，可用于衡量法庭證據(jù)及新聞廣播等的可信度。

袁等提出了一種音頻內(nèi)容認(rèn)證系統(tǒng)。該算法通過計算音頻幀之間的相似性，得到基于音頻特征的位置序列，將其置亂和調(diào)制后，嵌入到原始音頻的離散小波域中。采用相關(guān)檢測來實現(xiàn)對音頻內(nèi)容的認(rèn)證，并通過提取出的位置序列，找到被篡改幀的最相似幀，進(jìn)行篡改內(nèi)容的近似恢復(fù)。該算法在抵抗中等強(qiáng)度的MP3壓縮、上下行采樣等保持內(nèi)容的音頻信號處理的同時，能夠檢測出篡改、剪切等惡意攻擊操作，能夠?qū)Υ鄹奈恢眠M(jìn)行精確定位對被篡改的音頻片段進(jìn)行近似恢復(fù)。

馮等利用音頻特征生成數(shù)字水印，提出了一種用于音頻內(nèi)容認(rèn)證與恢復(fù)的數(shù)字水印算法。該算法將音頻分段后的每段主要DCT系數(shù)及其位置信息作為主要特征，經(jīng)過量化和加密生成水印，再將水印嵌入到另一個音頻段的最低比特位中。該算法不僅能檢測和定位對音頻內(nèi)容的篡改，而且能夠?qū)Υ鄹牡囊纛l段進(jìn)行近似的恢復(fù)，保持較好的復(fù)原質(zhì)量。

篇（3）

(1)對于Γ的任何一個授權(quán)子集A∈Γ，A中的全體成員可以利用他們所擁有的秘密份額來恢復(fù)秘密S；

(2)對于Γ的任何一個非授權(quán)子集BP，BΓ，B中的成員無法利用他們的秘密份額來重新恢復(fù)秘密S。

秘密共享的概念最早由Shamir和Blakley在1979年提出，并給出(r，n)秘密共享門限方案。所謂(r，n)(其中r、n為正整數(shù)，且r≤n)秘密共享門限方案是指在用戶數(shù)為n的用戶集團(tuán)內(nèi)共享某個秘密(如K)的方法。在這個方法中，任意r個屬于集團(tuán)的用戶都能合作計算出K的值，但當(dāng)用戶個數(shù)少于r時不能計算出K。如n個用戶間共享一個密鑰K，每個用戶i持有一個密鑰碎片ki(i=1，2，3，…，n)，基于其中任意不同的r(r≤n)個密鑰碎片ki1，ki2，…，kir(1≤i1，i2，…，ir≤n)都可以恢復(fù)出密鑰K，而由任意r-1個或更少的密鑰碎片都不能得出關(guān)于密鑰K的信息。

應(yīng)用(r，n)秘密共享體制，攻擊者必須獲得超過一定數(shù)量(門限值r)的秘密碎片才能獲得密鑰，這樣提高了系統(tǒng)的安全性；當(dāng)某些碎片(不超過n-r個)丟失或被毀時，利用其它秘密份額仍然能夠獲得秘密，這樣提高了系統(tǒng)的可靠性。在恢復(fù)秘密K時，參與者必須提供正確的秘密份額，否則恢復(fù)會失敗，不正確的秘密份額又稱為惡意子密。秘密共享體制在實際當(dāng)中應(yīng)用廣泛，可用于分散重要的信息，如通信密鑰的管理、數(shù)據(jù)安全、銀行網(wǎng)絡(luò)管理、導(dǎo)彈控制發(fā)射等。

對于聯(lián)合數(shù)字水印來說，其嵌入過程與一般水印的嵌入過程相同。但是在聯(lián)合用戶的應(yīng)用背景下，當(dāng)檢測過程不成功時，嵌入單一聯(lián)合數(shù)字水印不具備分辨單個聯(lián)合用戶的能力。例如設(shè)用戶為A、B，當(dāng)水印檢測成功時，即可認(rèn)定用戶A、B都為具有部分聯(lián)合所有權(quán)的用戶，而且A、B一起擁有對水印作品的所有聯(lián)合所有權(quán)。但當(dāng)水印檢測不成功時，無法分辨下列三種所有權(quán)分布情況：

(1)用戶A、B皆為不合法的聯(lián)合用戶。

(2)僅用戶A為不合法的聯(lián)合用戶。

(3)僅用戶B為不合法的聯(lián)合用戶。

為了分辨單個聯(lián)合用戶，除了嵌入生成的長度為2L的聯(lián)合數(shù)字水印W外，用戶A可以嵌入自己的長度為L的水印W1，同時用戶B也嵌入屬于用戶B的長度為L的水印W2。這樣檢測結(jié)果可能有以下情形：

(1)成功檢測到所有水印：W、W1、W2。

(2)水印W、W1檢測不成功，僅成功檢測水印W2。

(3)水印W、W2檢測不成功，僅成功檢測水印W1。

(4)所有水印檢測均不成功。

對以上情形分別判斷為：

(1)所有水印被成功檢測，用戶A、B都為合法聯(lián)合用戶。

(2)僅成功檢測水印W2，那么僅用戶B都為合法聯(lián)合用戶。

(3)僅成功檢測水印W1，那么僅用戶A都為合法聯(lián)合用戶。

(4)所有水印均不能被成功檢測，用戶A、B都不具備聯(lián)合所有權(quán)。

[摘要]本文簡要介紹數(shù)字水印技術(shù)的定義，給出了數(shù)字水印系統(tǒng)框架的描述，并大致介紹了聯(lián)合數(shù)字水印的一些思想。針對DCT變換在比特率較低時，會出現(xiàn)明顯塊效應(yīng)的缺點，提出一種采用Gabor變換的嵌入方法，使聯(lián)合數(shù)字水印技術(shù)更加完善。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字水印聯(lián)合數(shù)字水印秘密共享體制離散余弦變換DCT

參考文獻(xiàn)：

[1]陶亮，陶林.DGT與DCT在圖像編碼中的性能比較.

[2]陳海永.DCT域圖像水印算法的研究.

篇（4）

0　引言

數(shù)字水印技術(shù)是目前信息安全技術(shù)領(lǐng)域的一個新方向，是一種可以在開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保護(hù)版權(quán)和認(rèn)證來源及完整性的新型技術(shù)。創(chuàng)作者的創(chuàng)作信息和個人標(biāo)志通過數(shù)字水印系統(tǒng)以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒體中，人們無法從表面上感知水印，只有專用的檢測器或計算機(jī)軟件才可以檢測出隱藏的數(shù)字水印。

在多媒體中加入數(shù)字水印可以確立版權(quán)所有者、認(rèn)證多媒體來源的真實性、識別購買者、提供關(guān)于數(shù)字內(nèi)容的其它附加信息、確認(rèn)所有權(quán)認(rèn)證和跟蹤侵權(quán)行為。它在數(shù)據(jù)的分級訪問、數(shù)據(jù)跟蹤和檢測、商業(yè)和視頻廣播、Internet數(shù)字媒體的服務(wù)付費、電子商務(wù)認(rèn)證鑒定等方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景。自1993年以來，該技術(shù)已經(jīng)引起業(yè)界的濃厚興趣，并成為國際上非常活躍的研究領(lǐng)域。

1　數(shù)字水印技術(shù)原理及特征

數(shù)字水印技術(shù)是通過一定的算法將一些標(biāo)志性信息直接嵌到多媒體內(nèi)容中。目前大多數(shù)數(shù)字水印制作還采用加密(包括公開密鑰、私有密鑰)體系來加強(qiáng)保護(hù)，在水印的嵌入、提取時采用一種密鑰，甚至幾種密鑰。水印的嵌入和提取方法分別如圖1和圖2所示。

數(shù)字作品嵌入數(shù)字水印不應(yīng)引起明顯的降質(zhì)，并且不易被察覺。水印信息隱藏于數(shù)據(jù)而非文件頭中，文件格式的變換不應(yīng)導(dǎo)致水印數(shù)據(jù)的丟失。

魯棒性是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號處理過程后，數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。可能的信號處理過程包括信道噪聲、濾波、數(shù)／模與模／數(shù)轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。

在數(shù)字水印技術(shù)中，水印的數(shù)據(jù)量和魯棒性構(gòu)成了一對基本矛盾。從主觀上講，理想的水印算法應(yīng)該既能隱藏大量數(shù)據(jù)，又可以抗各種信道噪聲和信號變形。然而在實際中，這兩個要求往往不能同時實現(xiàn)。不過這并不會影響數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用，因為實際應(yīng)用一般只偏重其中的一個方面。

2　數(shù)字水印技術(shù)在電子簽章中的應(yīng)用

2．1　電子印章的原理

電子印章是在電子政務(wù)或電子商務(wù)實施中使用計算機(jī)技術(shù)添加在電子文件的文字內(nèi)容上面的印章圖像。經(jīng)過這種技術(shù)處理的有電子印章圖像的電子文件，可以在本地或異地直接使用計算機(jī)控制下的文件印制設(shè)備輸出有效的紙質(zhì)蓋章文件。作為現(xiàn)代密碼學(xué)與東方印鑒文化相結(jié)合的產(chǎn)物，電子印章實際上就是數(shù)字簽名加印章圖片，數(shù)字簽名是安全的保證，而印鑒則是權(quán)威的象征。電子印章技術(shù)要求電子印章和紙質(zhì)蓋章文件緊密結(jié)合，同時使用電子印章不能引起本單位蓋章印件的混亂。電子印章的使用，可防止偽造紙質(zhì)蓋章文件的犯罪行為。然而，電子印章技術(shù)普及使用的前提條件是電子印章必須能被相關(guān)法律賦予合法性，同時在法院案件審理時能為印章持有人提供有效和權(quán)威的證明。

通過數(shù)字水印技術(shù)的使用，能實現(xiàn)電子印章的防偽性和不可否認(rèn)性。所謂數(shù)字水印技術(shù)，是指采用信息處理技術(shù)把版權(quán)信息、認(rèn)證信息等秘密信息(這些信息即數(shù)字水印)，嵌入到原始數(shù)據(jù)中去，但不影響原內(nèi)容的價值和使用。數(shù)字水印信息可以是產(chǎn)品的序列號、版權(quán)所有者的標(biāo)志等認(rèn)證信息。通過特定的算法恢復(fù)和檢測被嵌水印后，可有效地分析信息失真的情況，判斷信息是否被篡改，為版權(quán)所有者提供信息被盜版的有利證據(jù)。因此，實用的數(shù)字水印技術(shù)必須具有較強(qiáng)的魯棒性、安全性和不可見性。

基于數(shù)字水印的電子印章將數(shù)字簽名技術(shù)與數(shù)字水印技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起。其中數(shù)字簽名技術(shù)主要是對電子文檔進(jìn)行驗證；而數(shù)字水印技術(shù)則側(cè)重于解決電子印章打印出來之后印章的防偽問題，其基本原理是，在印章圖片中嵌入不可見的水印信息，通過電子印章軟件將含有水印信息的印章加蓋到文件中。帶水印的電子印章的生成和檢測如圖3和圖4所示。

當(dāng)蓋有電子印章的電子文件發(fā)送到收文方時，接收方通過電子印章中所含的數(shù)字簽名，以驗證電子文檔的完整性和真實性。驗證通過后，文件可以被打印在紙質(zhì)材料上。通過手持式水印檢測儀對紙質(zhì)文件中水印的檢測，可以實現(xiàn)對文件的真實性、有效性的鑒別，以達(dá)到防偽的目的。如果沒有手持式水印檢測儀此類專用設(shè)備，也可以將打印出來的印章掃描進(jìn)電腦，通過水印提取軟件提取水印信息來鑒別印章的真實性。

2．2　電子簽章應(yīng)用

基于數(shù)字水印技術(shù)的電子印章可實現(xiàn)文檔簽章、手寫簽名、簽章驗證、身份認(rèn)證、撤銷簽章、證書查看、移動簽章的功能。電子印章在應(yīng)用時，具有以下技術(shù)特點：①利用PKI技術(shù)，保證了電子印章中的數(shù)據(jù)的完整性和真實性(抗否認(rèn)性)；②通過采用數(shù)字證書和電子印章或手寫簽名信息的綁定，確保簽章信息來源可靠；③系統(tǒng)為每一個電子印章生成惟一序列編號，并與證書綁定，即使是同一個簽章圖片在不同的時刻生成的電子印章，其序列編號也不一樣，從而防止印章位圖的非法制作拷貝；④采用標(biāo)準(zhǔn)的散列算法(HASH)產(chǎn)生文件內(nèi)容數(shù)字摘要，確保電子簽章和被簽文件的緊密綁定；⑤采用標(biāo)準(zhǔn)的RSA、DES算法加密電子簽章實體數(shù)據(jù)，加強(qiáng)了簽名信息的安全；⑥通過數(shù)字水印技術(shù)，實現(xiàn)了簽章的不可復(fù)制性，即使對整篇文檔進(jìn)行復(fù)制，粘貼到新文檔中的簽章也將顯示無效，徹底杜絕利用已有電子簽章仿造新的文件。

篇（5）

1.DCT變換原理

離散余弦變換簡稱DCT，是一種實數(shù)域變換，其變換核為實數(shù)的余弦函數(shù)，計算速度較快，而且對于具有一階馬爾柯夫過程的隨機(jī)信號，DCT十分接近于Karhunen-Loeve變換，因此它是一種近似最佳變換，很適合于圖像壓縮和隨機(jī)信號處理[1]。

一維離散余弦變換（DCT）及其反變換公式定義如下：

2.DCT變換域系數(shù)選擇

在基于變換域的水印系統(tǒng)中，水印嵌入位置的選擇很重要，可以直接影響到水印系統(tǒng)的成功與否。目前版權(quán)保護(hù)是數(shù)字水印技術(shù)的重點應(yīng)用領(lǐng)域，其特點是要求水印在日常環(huán)境或某些特定條件下是不可見的，而且把版權(quán)信息嵌入到普通圖像后，嵌入的水印信息能承受對宿主圖像進(jìn)行的常規(guī)處理，且處理后的圖像中仍然保存有可用的版權(quán)信息。由于對圖像的常規(guī)處理主要影響圖像高頻信息部分，因此，要達(dá)到這一目標(biāo)，在DCT變換域，應(yīng)該選擇DCT域中的低頻系數(shù)，同時要排除DC分量[2]。

在日常生活與工作中，常規(guī)的圖像處理軟件處主要是對圖像進(jìn)行幾何變換以及對圖像銳度、色度的處理。這些處理主要對圖像頻譜中高頻成分影響較大[3]。通過對圖像進(jìn)行DCT變換后的結(jié)果分析可知，變換后的低頻系數(shù)一般遠(yuǎn)大于高頻系數(shù)，且低頻系數(shù)到高頻系數(shù)的衰減很快。這表明圖像本身的信息量基本位于低頻區(qū)域。如果把水印信息嵌入到高頻系數(shù)中，對宿主圖像進(jìn)行處理時，很容易把高頻分量刪掉，因此會造成水印信息的丟失，這對水印的保護(hù)不利。另一方面，由于圖像的低頻系數(shù)攜帶圖像本身較多的信號能量，即使對圖像進(jìn)行常規(guī)處理后，仍能保留低頻分量的主要成分，因此，如果把水印信息嵌入到宿主圖像的低頻分量，將使得水印信息不易受到攻擊者的破快，將能好的保護(hù)水印信息。

結(jié)合人眼感知特點來分析，由于人眼對圖像的灰度等低頻信息較為敏感，因此，如果在圖像的低頻分量嵌入的水印信息過大時，將不能保證水印的不可見性。一般的解決方法是利用人眼的視覺特征，盡可能選擇對低頻系數(shù)改變不大、信息量小的水印信號[4]。通過擴(kuò)頻通信技術(shù)分析。如果將水印信息視為某信道中傳輸?shù)男盘枺瑒t圖像低頻系數(shù)可以視作為一個通信信道，對嵌入水印后的圖像進(jìn)行的攻擊可以視為信號中的噪聲。在實際的通信中，為了使得通信中的某個窄帶信號能量不被察覺，通常采取的方法是把這個窄帶信號通過一個較大的寬帶信號進(jìn)行傳輸，因此，把水印信息嵌入到圖像的低頻分量是合理的。但值得注意的是，由于DC分量所攜帶的信號能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他的低頻系數(shù)，因此水印算法中對低頻分量的選擇應(yīng)該排除DC分量。

3.DCT變換域的數(shù)字水印嵌入方法

從本文前述所知，水印信息應(yīng)該加在DCT變換的低頻系數(shù)中。因此DCT變換域的數(shù)字水印嵌入算法首先需要從DCT變換結(jié)果中抽取若干個DCT低頻系數(shù)，把水印信息嵌入到這些低頻系數(shù)中，然后將嵌入了水印信息的低頻系數(shù)重新插入到圖像的頻譜中，并對其進(jìn)行IDCT反變換，得到嵌入水印后的圖像。數(shù)字水印嵌入過程如圖1所示。

在圖1所示水印嵌入過程中，假設(shè)I宿主圖像，D為存放DCT變換后生成的系數(shù)文件，D1為存放在D中加入水印后新系數(shù)的文件，I1為經(jīng)過IDCT變換后得到嵌入水印后的圖像。則水印嵌入過程描述如下：

（1）對宿主圖像I進(jìn)行DCT變換，將變換后所得的頻譜系數(shù)保存到文件D。

（2）將文件D中DCT系數(shù)進(jìn)行降序排序，然后抽取前N個最大值（除DC分量外），形成矢量T={t1，t2，…，tn}。

（3）將水印信號X={x1，x2，…，xn}依次加入T={t1，t2，…，tn}中，得到新的矢量T1={t11，t21，…，tn1}，如果需要，還可以對X={x1，x2，…，xn}加密后再進(jìn)行處理。

（4）將T1={t11，t21，…，tn1}放回到原始文件D中矢量T所在的位置，得到加入水印后DCT系數(shù)，并且把這些系數(shù)存放到文件D1中。

（5）將D1進(jìn)行IDCT反變換，生成加入水印后的圖像I1。

4.DCT變換域的數(shù)字水印提取方法

水印的提取過程與水印的嵌入是互逆的。在水印的提取過程中，假設(shè)原始圖像為I，加入水印后的圖像為I1。水印提取的步驟可描述如下：

將加入水印后的圖像I1分別進(jìn)行全圖的DCT變換，從DCT變換后的系數(shù)中抽取前N個最大值（排除DC分量），計算出水印信號X={x1，x2，…，xn}。在實際應(yīng)用中，由于嵌入水印后的圖像在傳輸?shù)倪^程可能被攻擊者惡意攻擊，導(dǎo)致待檢測圖像和原始水印圖像不同，所以實際提取的水印與原水印存在一定的差別。實際應(yīng)用中還需要進(jìn)行相關(guān)性判斷。

圖2為水印提取過程。水印的檢測/提取過程為：對所須檢測的圖像進(jìn)行水印的提取，其過程為水印嵌入的逆過程，將提取的水印與根據(jù)密鑰生成的原始水印進(jìn)行比較檢測，確定水印是否存在。

5.實驗與分析

實驗過程在VC++環(huán)境中完成。使用如圖3中（a）圖為原始圖像，其規(guī)格為256×256的24位彩色圖像，水印圖像如圖3中（b）圖所示，其規(guī)格為64×64的8位灰度圖像。圖4中（a）圖為直接嵌入水印后的圖像，對比圖3中（a）圖可以看出嵌入水印后的圖像與原圖幾乎沒有區(qū)別，圖4中（b）圖為提取出的水印圖像，對比圖3中（b）圖，提取出的水印效果較好，由此可見DCT變換域的數(shù)字水印技術(shù)具有較好的實用性。

參考文獻(xiàn)

[1]陽鑫.基于DCT變換的數(shù)字水印研究及其MATLAB實現(xiàn)[J].信息技術(shù)，2010，11：129-131.

[2]黃松，楊華千，張偉等.一種新的基于DCT的自適應(yīng)數(shù)字水印算法[J].計算機(jī)科學(xué)，2006，33（6）：148-160.

篇（6）

隨著信息時代的到來，特別是Internet的普及，信息的安全保護(hù)問題日益突出。當(dāng)前的信息安全技術(shù)基本上都以密碼學(xué)理論為基礎(chǔ)，無論是采用傳統(tǒng)的密鑰系統(tǒng)還是公鑰系統(tǒng)，其保護(hù)方式都是控制文件的存取，即將文件加密成密文，使非法用戶不能解讀。但隨著計算機(jī)處理能力的快速提高，這種通過不斷增加密鑰長度來提高系統(tǒng)密級的方法變得越來越不安全。另一方面，多媒體技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，需要進(jìn)行加密、認(rèn)證和版權(quán)保護(hù)的聲像數(shù)據(jù)也越來越多。數(shù)字化的聲像數(shù)據(jù)從本質(zhì)上說就是數(shù)字信號，如果對這類數(shù)據(jù)也采用密碼加密方式，則其本身的信號屬性就被忽略了。最近幾年，許多研究人員放棄了傳統(tǒng)密碼學(xué)的技術(shù)路線，嘗試用各種信號處理方法對聲像數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏加密，并將該技術(shù)用于制作多媒體的“數(shù)字水印”。

一、數(shù)字時代的密寫術(shù)———數(shù)字水印

數(shù)字水印（DigitalWatermark）技術(shù)是指用信號處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標(biāo)記，這種標(biāo)記通常是不可見的，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究方向。嵌入數(shù)字作品中的信息必須具有以下基本特性才能稱為數(shù)字水印：

（一）隱蔽性

嵌入水印后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)相比，應(yīng)感覺不到差別。嵌入水印后的數(shù)據(jù)不應(yīng)該包括人們可以感覺到的失真而造成原始數(shù)據(jù)質(zhì)量下降，這是一個具有主觀性的屬性，因而目前沒有一個定量的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。

（二）魯棒性

所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號處理過程后，數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。嵌入水印后的數(shù)據(jù)經(jīng)受對數(shù)據(jù)一些惡意的處理，譬如濾波、再量化、抖動等以及一些蓄意的攻擊后，應(yīng)該還能得到嵌入的數(shù)據(jù)。

（三）密鑰的唯一性

即不同的密鑰不應(yīng)產(chǎn)生等同的水印。

（四）檢測的可靠性

水印檢測出錯的概率應(yīng)小于某一合適門限值。這一特性描述了水印檢測算法必須具有一定的確信度。

二、數(shù)字水印的分類

數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行劃分。

（一）按特性劃分

按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類。

（二）按水印所附載的媒體劃分

按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。

（三）按檢測過程劃分

按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。

（四）按內(nèi)容劃分

按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個數(shù)字圖像或數(shù)字音頻片段的編碼；無意義水印則只對應(yīng)于一個序列號。

（五）按用途劃分

按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識水印。

（六）按水印隱藏的位置劃分

按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時（空）域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時/頻域數(shù)字水印和時間/尺度域數(shù)字水印。

三、數(shù)字水印的應(yīng)用

多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet的普及帶來了一系列政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和文化問題，產(chǎn)生了許多新的研究熱點，以下幾個引起普遍關(guān)注的問題構(gòu)成了數(shù)字水印的研究背景。

（一）數(shù)字作品的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)

數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點問題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見的標(biāo)志很容易被篡改。“數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見或不可聽，既不損害原作品，又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。然而實事求是地說，目前市場上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實用還有很長的路要走。（二）商務(wù)交易中的票據(jù)防偽

隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。另外，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過程中，會出現(xiàn)大量過度性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。

（三）聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識和篡改提示

數(shù)據(jù)的標(biāo)識信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價值。沒有標(biāo)識信息的數(shù)據(jù)有時甚至無法使用，但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識的方法，標(biāo)識信息在原始文件上是看不到的，只有通過特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫所采用。此外，數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項很重要的工作。現(xiàn)有的信號拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知，因此，如何防范對圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題。基于數(shù)字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術(shù)途徑，通過隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號是否被篡改。

（四）隱蔽通信及其對抗

數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式，引起了許多國家的重視。網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止，學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式，然而，經(jīng)過加密的文件往往是混亂無序的，容易引起攻擊者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密通信有了新的思路，利用數(shù)字化聲像信號相對于人的視覺、聽覺冗余，可以進(jìn)行各種時（空）域和變換域的信息隱藏，從而實現(xiàn)隱蔽通信。

四、數(shù)字水印的未來

數(shù)字水印技術(shù)還有很多其它用途，并且其應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。除了技術(shù)發(fā)展，市場營銷和商業(yè)規(guī)劃也極為重要，并且需要有深度的分析與戰(zhàn)略計劃。技術(shù)推廣和普及也必不可少，以保證市場為接受數(shù)字水印技術(shù)做好準(zhǔn)備。對此提出一些想法。

第一，如何利用水印算法，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中解決多媒體信息安全問題，成為了當(dāng)前一個研究熱點。多媒體信息的安全問題是：安全傳遞、訪問控制和版權(quán)保護(hù)。通迃加密解密可以實現(xiàn)前兩個目的，但是，解密后的數(shù)據(jù)可以隨意在網(wǎng)絡(luò)上分布、傳播。在數(shù)字內(nèi)容中嵌入唯一的標(biāo)志（即數(shù)字水印），在出現(xiàn)爭端糾紛時，根據(jù)提出的水印，可以證明真正的版權(quán)擁有者，或者找出非法傳播的人。但是，這些應(yīng)用只是被動的在爭端發(fā)生時才體現(xiàn)出來，而且由于缺乏相應(yīng)的法律支持，這些想法沒有真正的實施。因此，有人提出數(shù)字水印，利用移動技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)上自動搜尋非法或未授權(quán)的數(shù)字媒體內(nèi)容，但是，其前提是主機(jī)需要安裝相應(yīng)的程序，因而帶來了新的安全問題。我們提出在網(wǎng)絡(luò)通信路上，如在路由器中加入水印檢測算法（數(shù)字水印），在網(wǎng)路上檢測非法傳播，從而杜絕網(wǎng)絡(luò)上數(shù)字媒體內(nèi)容的非法傳播。

第二，目前關(guān)于多播體系下嵌入水印的方案有人已經(jīng)提出。但是，在此方案下的水印需要滿足的具體特性，還沒有詳細(xì)的考察。傳統(tǒng)的多播基于Internet首先要研究多播體系下的水印算法需要滿足的特性，然后，針對特性設(shè)計相應(yīng)的水印算法。

第三，數(shù)字影院的建設(shè)需要利用數(shù)字水印保護(hù)，通過嵌入不同版本的水印，跟蹤非法泄漏。其中，對于小規(guī)模的應(yīng)用，只要嵌入魯棒水印，就可以很好地滿足要求。對于大規(guī)模應(yīng)用，則主要考慮共謀攻擊。另外，還要結(jié)合數(shù)字影院的體系結(jié)構(gòu)，如果采用多播，則要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)特性和壓縮編碼。

第四，提出activewatermark概念。首先，在媒體中嵌入不同等級的水印，決定用戶的權(quán)限，在網(wǎng)絡(luò)中檢測提取水印，路由器根據(jù)這些水印的權(quán)限，決定是否轉(zhuǎn)發(fā)，并且提供截獲的詳細(xì)報告。其次，在防火墻中嵌入水印模塊，對出去的媒體內(nèi)容，提取水印，根據(jù)水印判斷是否為重要的內(nèi)容，不能外泄，對局域網(wǎng)的多媒體內(nèi)容提供有效保護(hù)；對傳進(jìn)來的多媒體內(nèi)容，可以根據(jù)提取的水印判斷員工是否有權(quán)使用，從而防止出現(xiàn)不必要的違法侵權(quán)行為。

【參考文獻(xiàn)】

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中圖分類號:TP18文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)32-9043-02

Overview of Digital Watermarking Techniques for Binary Images

XU Nan, LI Wang-yan

(Qinhuangdao Institute of Technology, Qinhuangdao 066100, China)

Abstract: In the era of computer network, it is essential to take measures for copyright protection and data authentication of binary images, whose transmission is a major activity during everyday communication. Digital watermarking techniques have been proposed to address the issue. This paper reviews various watermarking algorithms for binary images, and analyzes their advantages and disadvantages. The paper also proposes several research topics at next stage.

Key words: binary image; digital watermarking; robustness

數(shù)字水印技術(shù)作為信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支,是實現(xiàn)多媒體版權(quán)保護(hù)與信息完整性認(rèn)證的有效方法,現(xiàn)成為信息領(lǐng)域的一個研究熱點。目前,大量的參考文獻(xiàn)主要涉及到灰度圖像、彩色圖像以及視頻、音頻水印技術(shù)研究,二值圖像因只有兩個亮度等級,水印實施困難,故相關(guān)文獻(xiàn)較少。但隨著全球信息數(shù)字化進(jìn)程的日益加快,大批的重要資料,如個人檔案、醫(yī)療記錄、學(xué)歷證書、專利證件、手寫簽名、設(shè)計圖樣、館藏圖書、機(jī)要文件等,已掃描成數(shù)字化文檔備存。再者,隨著電子商務(wù)、電子政務(wù)的日趨流行,對網(wǎng)上發(fā)行的電子刊物進(jìn)行盜版追蹤,對來往的電子信函、公文或傳真進(jìn)行完整性認(rèn)證也日益緊迫。而這其中,絕大部分信息資料為二值圖像格式。因此二值圖像數(shù)字水印技術(shù)研究也就顯得尤為重要。

1 二值圖像水印技術(shù)研究需解決的問題

二值圖像即黑白圖像, 其每個像素點只用一位表示,“0”代表黑,“1”代表白,這個特點決定了任意修改像素值是不可行的。在二值圖像中嵌入水印時,不能像灰度圖像和彩色圖像中那樣孤立的考慮一個像素點,而必須考慮該像素鄰域情況,否則會引起視覺異常。與灰度圖像和彩色圖像相比,二值圖像的視覺冗余少,二值圖像的水印技術(shù)應(yīng)重點考慮視覺的空間屏蔽效應(yīng)(即視覺上的隱蔽性)問題。

二值圖像水印技術(shù)的嵌入容量與魯棒性是一對矛盾。 很明顯,魯棒性越強(qiáng)嵌入容量越小,魯棒性越弱嵌入容量越大,增強(qiáng)技術(shù)的魯棒性會以犧牲隱藏容量作為代價。因此需在魯棒性與嵌入容量之間尋求一種平衡,根據(jù)應(yīng)用需求不同對魯棒性與嵌入容量做不同的側(cè)重。

2 二值圖像數(shù)字水印典型算法

二值圖像水印算法可按嵌入原理的不同分為:行移或字移、基于圖像分塊的水印算法、變換域水印算法等幾類。

2.1 基于行移和字移的水印算法

文本行移位和字符移位的嵌入方法就是將文本圖像的一行字符, 一個字符或是一個字符群做微小的整體移位來攜帶信息。這種方法適用于文本內(nèi)容的二值圖像。

Low 發(fā)表文章[1-2] 討論基于字符移位、行移位的水印方法。該技術(shù)通過修改字符間距、行間距來攜帶信息, 修改幅度為1/150 英寸(1/381 cm) 。嵌入策略非常簡單, 比如說字符行向上移嵌入“1”, 向下移嵌入“0”; 字符行向左移嵌入“1”, 向右移嵌入“0”, 嵌入的水印可以經(jīng)的起掃描和打印的攻擊,具有一定的魯棒性。由于水印在打印或掃描時難免會引入量化噪聲, 水印恢復(fù)時用極大似然法來判別。

2.2 基于圖像分塊的水印算法

分塊嵌入的二值圖像水印方法是一種較為典型的水印方法, 由于其算法簡單、嵌入容量大,相對于其它算法而言具有更強(qiáng)的實用性。這一類嵌入方法就是把圖像分成大小為M×N 的子塊, 然后對劃分的子塊按某種規(guī)則進(jìn)行計算確定嵌入策略,根據(jù)嵌入策略找出可以修改的像素, 然后直接對該像素進(jìn)行修改。這種方法對所有的二值圖像均適用。

2.2.1 修改塊內(nèi)黑白像素個數(shù)的奇偶性

Wu等人[3]提出一種算法,其主要思想是使通過控制“可翻轉(zhuǎn)”的像素并利用置亂操作嵌入大量信息,信息的提取不需要原始圖像的參與,可用于內(nèi)容的認(rèn)證和篡改提示,但確定可翻轉(zhuǎn)像素是個復(fù)雜的過程。具體實現(xiàn)方法是,首先根據(jù)每個像素在其3×3鄰域內(nèi)的連通性和平滑度來計算該像素的翻轉(zhuǎn)優(yōu)先級,然后對圖像置亂使可翻轉(zhuǎn)像素點分散到整個圖像。最后將圖像分塊,根據(jù)每個圖像塊中黑白像素的奇偶性分別嵌入“0”和“1”。

文獻(xiàn)[4]對該算法進(jìn)行了改進(jìn),把基于距離倒數(shù)的失真?zhèn)榷?DRDM)引入到計算像素的翻轉(zhuǎn)優(yōu)先級,以減少圖像嵌入信息后的失真度。

文獻(xiàn)[5]中提出,將二值圖像分割成大小為2×2 的圖像塊,利用圖像塊的奇偶性將一條二進(jìn)制信息嵌入到黑白像素鄰近的塊中,嵌入1 位信息平均修改0.5 個像素,具有計算量小、嵌入信息量大、圖像質(zhì)量下降少、安全性高的優(yōu)點。

文獻(xiàn)[6]中提出,為了使可翻轉(zhuǎn)像素在空間上均衡分布, 對原始圖像進(jìn)行隨機(jī)排列和分塊后, 在每一塊中嵌入相同數(shù)量的水印。 并根據(jù)隨機(jī)排列的統(tǒng)計特性, 自適應(yīng)地確定可嵌入水印像素, 以盡量減少對圖像質(zhì)量的損害。實驗結(jié)果表明, 嵌入的水印不易被察覺。

2.2.2 修改黑白像素的比例

Koch和Zhao[7]提出一種算法,把圖像被分成8 ×8 的子塊, 用每個子塊中黑白像素的多少來表示嵌入的信息, 具體的嵌入策略為: 根據(jù)圖像中為“1”的像素所占百分比, 設(shè)定一個門限, 用子塊中為“1”像素的百分比超過門限來表示“1”, 低于門限則表示“0”。對每個子塊按上述嵌入策略進(jìn)行修改即可完成嵌入。該方法具有一定魯棒性, 但嵌入水印的圖像塊質(zhì)量會明顯降低。

2.3 變換域

在變換域水印技術(shù)方面,對二值圖像來說,在變換域嵌入水印信息,再返回到空間域后,為了確保圖像的二值性,需進(jìn)行二值化處理,而這種二值化操作通常會大大削弱水印強(qiáng)度,甚至?xí)ニ⌒畔?因此不能直接變換域上通過簡單地修改系數(shù)來嵌入水印。

Lu[8]等人證明:對于二值圖像,若通過修改DCT系數(shù)的直流系數(shù)(DC)來嵌入水印,則經(jīng)二值化操作后,水印將不復(fù)存在;對于灰度圖像,若通過修改來嵌入水印,當(dāng)二值化閾值取為最大亮度與最小亮度的中值時,水印信息也將被除去。為此,他們提出將二值圖像先經(jīng)模糊預(yù)處理轉(zhuǎn)換為灰度圖像,通過修改灰度圖像的DC來嵌入水印,在空間域進(jìn)行二值化處理時,采用由水印信息動態(tài)決定的有偏閾值。該算法對局部剪切和噪聲具有一定的魯棒性,但提取水印時需原始圖像。由于修改分量相當(dāng)于將空間域的每個像素DC疊加上一個常數(shù)。

文獻(xiàn)[9]中提出了一種基于DCTCDWT的二值文本頻率域數(shù)字水印算法。算法結(jié)合了DCT 和DWT 二者的特點,將水印信號進(jìn)行分塊DCT 變換,按照從低頻到高頻的順序?qū)Ω鲏K系數(shù)進(jìn)行重新排列,對應(yīng)嵌入到原始圖像的DWT 分解子帶中,強(qiáng)化了不可見性。對JPEG 壓縮、加入高斯噪聲、椒鹽噪聲以及剪切具有一定的魯棒性。但該算法只適用于紋理復(fù)雜的二值圖像,且提取水印時需原始圖像。

3 幾種典型的水印算法的分析和比較

行移或字移、基于圖像分塊的水印算法屬于空域水印,相比變換域水印算法,該類算法特點是水印嵌入方法簡單,但魯棒性較差。而變換域水印的抗攻擊能力很強(qiáng),但是嵌入量較小,計算更為復(fù)雜。在實際應(yīng)用中,根據(jù)實際需要,選取合適的算法。文本行行移位, 文本字符移位法屬于大塊圖像做微小平行移位的嵌入方法,該方法水印嵌入容量小,但可以抵抗打印掃描、打印、影印、傳真?zhèn)魉偷冗@些二次量化引入的噪聲的攻擊,具有一定的魯棒性。分塊嵌入水印算法,水印嵌入容量較高,但魯棒性較差。變換域水印,可以抵抗局部剪切和噪聲等攻擊,魯棒性較好。表1給出幾種典型算法的各自的特點和不足。

4 結(jié)論

在數(shù)字水印技術(shù)中,水印嵌入算法一直都是人們關(guān)注的焦點,由于二值圖像只有兩個亮度等級,過去二值圖像數(shù)字水印算法研究主要集中在空域算法,在變換域嵌入水印認(rèn)為幾乎是不可能的,但是現(xiàn)在有越來越多的研究嘗試并成功地在變化域的嵌入水印,相信今后隨著多媒體產(chǎn)權(quán)保護(hù)和信息安全維護(hù)的推動,在這個領(lǐng)域?qū)⒂懈唷⒏玫某晒霈F(xiàn)。

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篇（8）

本文對數(shù)字水印這種先進(jìn)的防偽印刷技術(shù)進(jìn)行了介紹，由于在印刷品市場中盜版比較猖獗，造假人員會利用高精度的打印設(shè)備以及掃描設(shè)備對防偽標(biāo)識進(jìn)行模仿，這些盜版產(chǎn)品質(zhì)量較差，缺頁與重復(fù)的情況比較多，影響了正常的閱讀與使用，對消費者造成了較大的損失。為了解決這一問題，相關(guān)人員利用了數(shù)字水印技術(shù)，其是一種新興的防偽技術(shù)，防偽標(biāo)志很難被模仿，在現(xiàn)代印刷中有著廣泛的應(yīng)用，而且取得了良好的應(yīng)用效果。

1、數(shù)字水印技術(shù)在印刷中的防偽作用

數(shù)字水印是一項新型的防偽印刷技術(shù)，其是利用現(xiàn)代的信息技術(shù)將信息導(dǎo)入專業(yè)的軟件中，并隱藏在載體數(shù)據(jù)中，在對印刷品進(jìn)行防偽鑒定時，只需要將載體輸入電腦中即可。這種防偽技術(shù)有著較高的工作效率，而且檢測的準(zhǔn)確性高，利用專業(yè)的軟件，對載體數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，不需要借助其他的儀器或者設(shè)備，而且應(yīng)用的成本比較低。數(shù)字水印是一種具有較高識別性的標(biāo)識，其還具有一定隱藏性，人眼一般很難識別，其是一種不可見的形式將防偽標(biāo)識隱藏在印刷品中，在辨識時必須利用計算機(jī)，在自然光下無法發(fā)現(xiàn)標(biāo)識圖像的差異。所以在檢測真?zhèn)螘r，需要利用特殊的儀器、工具。數(shù)字水印是利用數(shù)字技術(shù)將水印隱藏在印刷品中，其有著多種形式，可能是圖像，也可能是文本信息，還可能是指紋等新型的生物信息，隱藏的水印不會出現(xiàn)變質(zhì)問題，其保存的時間比較長，不會隨著外界環(huán)境的變化而改變。數(shù)字水印是一種嵌入式的防偽技術(shù)，在設(shè)置時，還具有隨機(jī)性，所以，造價人員很難對其進(jìn)行復(fù)制。另外，水印的位置也是隨機(jī)的，其具有變化的特性，印刷品很難為仿造。

2、數(shù)字水印的防偽方法

以印刷品的圖像為載體，在應(yīng)用數(shù)字水印技術(shù)時，需要先制作出圖像，然后利用專業(yè)的水印軟件將水印信息嵌入到圖像中，從肉眼無法發(fā)現(xiàn)原始圖像與嵌入水印后的圖像之間的差別，只有利用計算機(jī)檢測設(shè)備，才能發(fā)現(xiàn)圖像的差異性。所以，從外觀上，兩種圖像看不出差別，偽造者無法采用打印或者掃描設(shè)備進(jìn)行模仿。檢測時將印刷品中的圖像掃描到電腦里，對掃描進(jìn)來的圖像先進(jìn)行校正、去噪等處理，然后用提取軟件檢測水印信息，根據(jù)提取水印信息的情況對印刷品進(jìn)行辨別真?zhèn)巍υ旒僬叨裕@種方法很難偽造因為隱藏的信息看不到他們既不知道水印嵌入所用的方法，也不知道嵌入的信息是什么，所以無法對隱藏的信息進(jìn)行模仿隱藏，只能照貓畫虎，對所能看到印刷品的內(nèi)容進(jìn)行仿制；這樣的話由于盜版者不知道水印的嵌入方法和檢測方法，根本檢測不出能證明版權(quán)的水印信息。

3、數(shù)字水印技術(shù)的防偽方案設(shè)計

現(xiàn)在的印刷品神非常多，如商標(biāo)、嚴(yán)品包裝、書刊、址書、證件、郵票、磁卡、出版物、音像制品封面、貨幣、有值票券、入場券、單據(jù)、廣告、掛歷臺歷、名片、護(hù)照等，數(shù)字水印都可以應(yīng)用到這些產(chǎn)品的印刷防偽中，但是每一種防偽方案的設(shè)計會有所不同。下面舉例介紹一下數(shù)字水印在酒產(chǎn)品印刷包裝中的應(yīng)用方案，其他印刷品的防偽方案可以參考。

3.1在內(nèi)、外包裝盒上分別制作離散與非離散，可見、不可見的數(shù)字水印防偽電子標(biāo)貼，這樣既不改變生產(chǎn)工藝流程，又可有效防止造假者大規(guī)模仿制造假，同時方便廣大消費者和物流環(huán)節(jié)工作人員的直觀識別和工具檢測，也利于市場管理人員打假檢測。

3.2制作數(shù)字水印防偽標(biāo)貼。將其貼于包裝封口處、瓶蓋開啟處、瓶蓋與瓶頸結(jié)合處，這主要是為防止小規(guī)模造假者回收舊包裝翻新重復(fù)使用。技術(shù)方案是在商標(biāo)或適當(dāng)位皿分別加入內(nèi)容各不相同的不可見非離散數(shù)字水印和不可見離散數(shù)字水印防偽信息分別供廠家主管、銷售部門、配送流通等環(huán)節(jié)掌握實現(xiàn)防偽信息的分級管理。非離散水印消費者或管理者可以通過配送給銷售網(wǎng)點的數(shù)字水印專用檢測工具，方便地辨別產(chǎn)品的真?zhèn)危弘x散水印僻通過專用的數(shù)字水印提取設(shè)備或軟件提取水印，鑒別真?zhèn)巍?/p>

3.3在內(nèi)、外包裝上使用非離散的、隱含區(qū)域標(biāo)示的不可見數(shù)字水印可以實現(xiàn)定向生產(chǎn)和定向銷售防止區(qū)域竄貨。

3.4如果廠家需要還可在防偽標(biāo)簽或標(biāo)貼上制作并提供"數(shù)字編碼計算機(jī)物流管理系統(tǒng)"，將防偽與物流管理系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，提高廠家的計算機(jī)管理效率。

4、數(shù)字水印防偽技術(shù)的應(yīng)用管理

數(shù)字水印防偽技術(shù)具有無須數(shù)據(jù)庫支持、便于使用識別、便于分級管理的特性。核心管理者可掌握各層用戶防偽信息，市場流通各環(huán)節(jié)負(fù)資人均只能掌握各自用戶防偽信息，而普通消費者只需了解最基本的防偽標(biāo)示信息即可。為滿足各不同層面對數(shù)字水印防偽信息的檢測與識別的需要，數(shù)字水印技術(shù)提供商已分別開發(fā)出數(shù)字水印提取軟件、數(shù)字水印智能檢測設(shè)備、非智能檢測設(shè)備和簡易檢測工具，可以根據(jù)僻要分別配備到打假部門、核心管理者、流通環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)人、各經(jīng)銷商或集團(tuán)、個人消費者手中。同時，我國已在商貿(mào)部外經(jīng)貿(mào)系統(tǒng)建立了國內(nèi)第一個數(shù)字水印防偽查詢認(rèn)證中心，并將建立更多的查詢認(rèn)證中心，支持廣大客戶通過互聯(lián)網(wǎng)上查詢認(rèn)證和實現(xiàn)數(shù)字水印在線技術(shù)服務(wù)。

5、國內(nèi)外印刷數(shù)字水印研究成果

目前，數(shù)字水印技術(shù)正在如火如茶地發(fā)展，世界上有很多團(tuán)體和專家在對該技術(shù)進(jìn)行研究，不斷探索新的算法，以達(dá)到更好的防偽效果。下面介紹一下當(dāng)前比較著名的幾個提供數(shù)字水印技術(shù)的公司以及它們的產(chǎn)品，供大家參考。

5.1美國Digimarc公司

該公司率先推出了世界上第一個商用數(shù)字水印軟件，而后又以插件形式將該軟件集成到AdobePhotoshop 4.0和CorelDraw 7.0圖像處理軟件中。隨后，推出的媒體橋（media bridge）技術(shù)開拓了訪問Internet的一條新途徑，通過在雜志廣告、產(chǎn)品包裝、目錄甚至各類票據(jù)中隱藏不可見的數(shù)字水印用戶只要將這些傳統(tǒng)媒體放在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（web camera）前，媒體橋技術(shù)就可以直接將用戶帶到與印刷圖像內(nèi)容相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)站點并在計算機(jī)上顯示出產(chǎn)品的相關(guān)信息。

5.2英國的Signum公司

篇（9）

一、數(shù)字水印技術(shù)

所謂數(shù)字水印是利用數(shù)字信號處理的相關(guān)技術(shù)，在多媒體數(shù)據(jù)中永久鑲嵌具有可鑒別性的某些數(shù)字信息，用于文件真?zhèn)舞b別、版權(quán)保護(hù)并檢查數(shù)據(jù)是否被破壞。嵌入的信息隱藏于宿主文件中，不影響原始文件的可用性和完整性。數(shù)字水印技術(shù)的基本思想是將某種信息嵌入到主數(shù)據(jù)中，使得如果嵌入的信息得到可靠的恢復(fù)后，那么該信息可以說明主數(shù)據(jù)和原始所有者之間的所屬關(guān)系。數(shù)字水印技術(shù)并不能阻止盜版活動的發(fā)生，但它可以解決版權(quán)糾紛并為法庭提供證據(jù)。

1.數(shù)字產(chǎn)品的內(nèi)嵌數(shù)字水印應(yīng)具有以下基本特性

（1）魯棒性

數(shù)字水印必須對各種信號處理過程具有很強(qiáng)的魯棒性。魯棒性是指數(shù)字水印應(yīng)該能夠承受大量的、不同的物理和幾何失真，包括各種有意的或無意的，仍能保持水印的完整性和鑒別的準(zhǔn)確性。成功的數(shù)字水印技術(shù)在解除信息不完備的情況下，任何試圖去除水印的方法均應(yīng)直接導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)的嚴(yán)重?fù)p失。

（2）不易覺察性

一是指嵌入水印導(dǎo)致圖像的變化對觀察者的視覺系統(tǒng)來講應(yīng)該是不可見的，最理想的情況是水印圖像與原圖像在視覺上一模一樣，這是絕大多數(shù)水印算法所應(yīng)達(dá)到的要求；一是指水印用統(tǒng)計方法也是不能恢復(fù)的，即也無法提取水印或確定水印的存在。

（3）安全性

指隱藏算法有較強(qiáng)的抗攻擊能力，難以篡改或偽造，數(shù)字水印往往結(jié)合密鑰提高它的安全性。在沒有密鑰的情況下，未授權(quán)者即使知道含有水印信息和知道水印算法，也不能提取出水印信息或者破壞水印信息。

（4）抗攻擊性

在水印能夠承受合法的信號失真的同時，水印還應(yīng)能抗擊試圖去除所含水印的破壞處理過程。除此之外，如果許多同樣作品的復(fù)件存在不同的水印，當(dāng)水印用作購買者的鑒定，就可能遭受許多購買者的合謀攻擊。水印技術(shù)必須考慮這些攻擊模式，確保水印探測的準(zhǔn)確性。

（5）可證明性

水印應(yīng)能為受到版權(quán)保護(hù)的信息產(chǎn)品的歸屬提供完全和可靠的證據(jù)。水印算法識別被嵌入到保護(hù)對象中的所有者的有關(guān)信息并能在需要的時候?qū)⑵涮崛〕鰜怼Ｌ崛〕鰜淼乃』蛩z測的結(jié)果能夠明確地表明版權(quán)所有者的身份，不會導(dǎo)致發(fā)生所有權(quán)的糾紛。

（6）穩(wěn)健性

數(shù)字水印必須難以被除去，如果只知道部分?jǐn)?shù)字水印信息，那么試圖除去或完全破壞數(shù)字水印將導(dǎo)致載體嚴(yán)重降質(zhì)或不可用，而且好的水印能夠確定對圖像的破壞位置以及部分地恢復(fù)圖像。

2.數(shù)字水印的嵌入與提取分析

數(shù)字水印的通用模型包括兩個階段：數(shù)字水印的嵌入階段和數(shù)字水印的提取或檢測階段。在水印信息的嵌入和提取算法中，需考慮到嵌入水印信息后的宿主信息往往會經(jīng)過許多無意的或惡意的攻擊，這就要求在宿主信息的使用價值下降不太大的情況下，水印能可靠地被提取或檢測出來。

（1）水印嵌入過程：數(shù)字水印的生成階段，嵌入算法的目標(biāo)是使數(shù)字水印在不可見性和魯棒性之間找到一個較好的折中。

設(shè)有算法E，原始圖像I和水印W，那么水印圖像Iw可表示為：Iw=E(I，W)

水印嵌入過程如下圖1所示：

圖1.數(shù)字水印嵌入模型

（2）水印提取過程：提取階段主要是設(shè)計一個相應(yīng)于嵌入過程的檢測算法。檢測方案的目標(biāo)是使錯判與漏判的概率盡量小。為了給攻擊者增加去除水印的不可預(yù)測的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都在加入、提取時采用了密鑰，只有掌握密鑰的人才能讀出水印。

水印提取是水印嵌入的逆操作。若將檢測過程定義為解碼函數(shù)D，已知原始圖像I、有版權(quán)疑問的圖像^Iw，水印W和，密碼K。則有：W =D(^Iw，I)

水印提取過程如圖2所示：

2.數(shù)字水印的提取模型

二、數(shù)字水印技術(shù)在電子商務(wù)中的應(yīng)用

1.電子商務(wù)中，版權(quán)問題已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點問題。數(shù)字水印技術(shù)利用隱藏水印信息原理使版權(quán)標(biāo)志不可見或不可聽而存在于數(shù)字作品之中。當(dāng)出現(xiàn)版權(quán)糾紛問題時，所有者可以從作品中獲取水印信號作為版權(quán)依據(jù)，從而保護(hù)了所有者的正當(dāng)合法權(quán)益。這種用于版權(quán)證明的水印要求是魯棒數(shù)字水印，用戶在不知密鑰的情況下很難去除或破壞其中的水印。

2.隨著電子商務(wù)的發(fā)展，電子票據(jù)的使用越來越頻繁。數(shù)字水印技術(shù)是電子票據(jù)防偽的關(guān)鍵技術(shù)，可以在交易雙方的電子票據(jù)中嵌入交易時間和簽名等不可見的認(rèn)證信息，使交易過程不可抵賴，降低了偽造的可能性。水印具有法律效力，可以在交易出現(xiàn)法律糾紛時，作為證據(jù)使用。

3.目前，加密技術(shù)對于電子形式的身份驗證信息具有良好的保護(hù)功能，但無法作為書面憑證進(jìn)行鑒別，使得“造假”、“買假”成風(fēng)，已經(jīng)嚴(yán)重地干擾了正常的經(jīng)濟(jì)秩序，對國家的形象也有不良影響。而通過數(shù)字水印技術(shù)，把電子身份驗證信息隱藏到普通的憑證圖像當(dāng)中，使身份憑證具有不可復(fù)制和不可抵賴等特性，實現(xiàn)了電子信息和書面信息的雙重保護(hù)。

4.“電子簽章”也叫“數(shù)字簽名”，它能夠認(rèn)定簽署人身份、信息的來源、信息的完整性與安全性等，因此被廣泛地應(yīng)用在加密信件、商務(wù)活動、遠(yuǎn)程金融交易等電子商務(wù)和電子政務(wù)等領(lǐng)域。雖然數(shù)字簽名在電子商務(wù)應(yīng)用中已經(jīng)具備了很高的安全性能，但仍存在風(fēng)險。使用數(shù)字水印技術(shù)，魯棒性水印和數(shù)字簽名相結(jié)合，它能夠?qū)㈦娮雍炚滦畔⒁詳?shù)據(jù)形式隱藏到普通印章圖像中，與圖像合二為一，能夠取得“白紙黑字”的書面憑證，而且可以對紙質(zhì)文檔進(jìn)行簽名。打印后仍能提取，使得文件具備雙重安全效果。

三、 結(jié)束語

數(shù)字水印技術(shù)作為一種新興的安全保護(hù)技術(shù)應(yīng)用到電子商務(wù)中，表現(xiàn)出其顯著的作用和功效。隨著數(shù)字水印的深入研究，其在電子商務(wù)中的應(yīng)用也將日益廣泛。

篇（10）

     

      隨著信息時代的到來，特別是Internet的普及，信息的安全保護(hù)問題日益突出。當(dāng)前的信息安全技術(shù)基本上都以密碼學(xué)理論為基礎(chǔ)，無論是采用傳統(tǒng)的密鑰系統(tǒng)還是公鑰系統(tǒng)，其保護(hù)方式都是控制文件的存取，即將文件加密成密文，使非法用戶不能解讀。但隨著計算機(jī)處理能力的快速提高，這種通過不斷增加密鑰長度來提高系統(tǒng)密級的方法變得越來越不安全。另一方面，多媒體技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，需要進(jìn)行加密、認(rèn)證和版權(quán)保護(hù)的聲像數(shù)據(jù)也越來越多。數(shù)字化的聲像數(shù)據(jù)從本質(zhì)上說就是數(shù)字信號，如果對這類數(shù)據(jù)也采用密碼加密方式，則其本身的信號屬性就被忽略了。最近幾年，許多研究人員放棄了傳統(tǒng)密碼學(xué)的技術(shù)路線，嘗試用各種信號處理方法對聲像數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏加密，并將該技術(shù)用于制作多媒體的“數(shù)字水印”。

一、數(shù)字時代的密寫術(shù)———數(shù)字水印

數(shù)字水印（Digital Watermark）技術(shù)是指用信號處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標(biāo)記，這種標(biāo)記通常是不可見的，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究方向。嵌入數(shù)字作品中的信息必須具有以下基本特性才能稱為數(shù)字水印：

（一）隱蔽性

嵌入水印后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)相比，應(yīng)感覺不到差別。嵌入水印后的數(shù)據(jù)不應(yīng)該包括人們可以感覺到的失真而造成原始數(shù)據(jù)質(zhì)量下降，這是一個具有主觀性的屬性，因而目前沒有一個定量的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。

（二）魯棒性

所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號處理過程后，數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。嵌入水印后的數(shù)據(jù)經(jīng)受對數(shù)據(jù)一些惡意的處理，譬如濾波、再量化、抖動等以及一些蓄意的攻擊后，應(yīng)該還能得到嵌入的數(shù)據(jù)。

（三）密鑰的唯一性

即不同的密鑰不應(yīng)產(chǎn)生等同的水印。

（四）檢測的可靠性

      水印檢測出錯的概率應(yīng)小于某一合適門限值。這一特性描述了水印檢測算法必須具有一定的確信度。

      二、數(shù)字水印的分類

數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行劃分。

      （一）按特性劃分

按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類。

（二）按水印所附載的媒體劃分

按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。

（三）按檢測過程劃分

按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。

（四）按內(nèi)容劃分

按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個數(shù)字圖像或數(shù)字音頻片段的編碼；無意義水印則只對應(yīng)于一個序列號。

（五）按用途劃分

按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識水印。

（六）按水印隱藏的位置劃分

按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時（空）域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時/頻域數(shù)字水印和時間/尺度域數(shù)字水印。

三、數(shù)字水印的應(yīng)用

多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet的普及帶來了一系列政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和文化問題，產(chǎn)生了許多新的研究熱點，以下幾個引起普遍關(guān)注的問題構(gòu)成了數(shù)字水印的研究背景。

      （一）數(shù)字作品的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)

數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點問題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見的標(biāo)志很容易被篡改。“數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見或不可聽，既不損害原作品，又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。然而實事求是地說，目前市場上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實用還有很長的路要走。

（二）商務(wù)交易中的票據(jù)防偽

隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。另外，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過程中，會出現(xiàn)大量過度性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。

（三）聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識和篡改提示

數(shù)據(jù)的標(biāo)識信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價值。沒有標(biāo)識信息的數(shù)據(jù)有時甚至無法使用，但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識的方法，標(biāo)識信息在原始文件上是看不到的，只有通過特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫所采用。此外，數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項很重要的工作。現(xiàn)有的信號拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知，因此，如何防范對圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題。基于數(shù)字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術(shù)途徑，通過隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號是否被篡改。

（四）隱蔽通信及其對抗

數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式，引起了許多國家的重視。網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止，學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式，然而，經(jīng)過加密的文件往往是混亂無序的，容易引起攻擊者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密通信有了新的思路，利用數(shù)字化聲像信號相對于人的視覺、聽覺冗余，可以進(jìn)行各種時（空）域和變換域的信息隱藏，從而實現(xiàn)隱蔽通信。

篇（11）

中圖分類號:TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2010)02-429-03

Algorithmic Research of the Digital Watermark Technology in the Multimedia Information

DING Ai-ping

(Department of Information Engineering, Yellow River Conservancy Technical Institute, Kaifeng 475003, China)

Abstract: Through the analysis of the characteristics of the digital watermark, this paper deals with the basic principle of the digital watermark technology, analyses the currently popular watermark algorithm, points out the limitations in the current watermark technology and expects its development in the future.

Key words: digital watermark; media information; information release; copyright protection; algorithmic research

隨著Internet 的迅猛發(fā)展,近幾年來,多媒體信息的形式越來越豐富。網(wǎng)絡(luò)的形式逐漸成為一種重要的形式,伴隨而來的是多媒體數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)問題。因此,多媒體信息版權(quán)保護(hù)成了一項重要而緊迫的研究課題。為了解決這一難題,近幾年國際上提出了一種新的有效的數(shù)字信息產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和數(shù)據(jù)安全維護(hù)的技術(shù)一一數(shù)字水印技術(shù)。

數(shù)字水印技術(shù)通過在原始媒體數(shù)據(jù)中嵌入秘密信息―――水印來證實該數(shù)據(jù)的所有權(quán)歸屬。水印可以?是代表所有權(quán)的文字、產(chǎn)品或所有ID、二維圖像、視頻或音頻數(shù)據(jù)、隨機(jī)序列等,主要應(yīng)用于媒體所有權(quán)的認(rèn)定(即辨認(rèn)所有權(quán)信息、媒體合法用戶信息),媒體的傳播與算法研究,為實現(xiàn)有效的信息版權(quán)保護(hù)提供了一種重要的手段。

1 數(shù)字水印的基本原理

從圖像處理的角度看,嵌入水印信號可以視為在強(qiáng)背景下迭加一個弱信號,只要迭加的水印信號強(qiáng)度低于人類視覺系統(tǒng)(Human Visual System,HVS)的對比度門限,HVS就無法感到信號的存在。對比度門限受視覺系統(tǒng)的空間、時間和頻率特性的影響,因此通過對原始信號作一定的調(diào)整,有可能在不改變視覺效果的情況下嵌入一些信息。從數(shù)字通信的角度看,水印嵌入可理解為在一個寬帶信道(載體圖像) 上用擴(kuò)頻通信技術(shù)傳輸一個窄帶信號(水印信號),盡管水印信號具有一定的能量,但分布到信道中任一頻率上的能量是難以檢測到的。水印的譯碼(檢測),即是在有噪信道中弱信號的檢測問題。

一般來說,為了使水印能有效地應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)中,水印必須滿足以下特性:

1)隱蔽性。水印在通常的視覺條件下應(yīng)該是不可見的,水印的存在不會影響作品的視覺效果。

2)魯棒性。水印必須很難去掉(希望不可能去掉)。當(dāng)然,在理論上任何水印都可以去掉,只是要對水印的嵌入過程有足夠的了解,但是如果對水印的嵌入只是部分了解的話,任何破壞或消除水印的企圖都應(yīng)導(dǎo)致載體嚴(yán)重的降質(zhì)而不可用。

3)抗竄改性。與抗毀壞的魯棒性不同,抗竄改性是指水印一旦嵌入到載體中,攻擊者就很難改變或偽造。魯棒性要求高的應(yīng)用,通常也需要很強(qiáng)的抗竄改性。在版權(quán)保護(hù)中,要達(dá)到好的抗竄改性是比較困難的。

4)水印容量。嵌入的水印信息必須足以表示多媒體內(nèi)容的創(chuàng)建者或所有者的標(biāo)志信息,或是購買者的序列號。這樣在發(fā)生版權(quán)糾紛時,創(chuàng)建者或所有者的信息用于標(biāo)示數(shù)據(jù)的版權(quán)所有者,而序列號用于標(biāo)示違反協(xié)議而為盜版提供多媒體數(shù)據(jù)的用戶。

5)安全性。應(yīng)確保嵌入信息的保密性和較低的誤檢測率。水印可以是任何形式的數(shù)據(jù)(如數(shù)值、文本、圖像等),所有的水印都包含一個水印嵌入系統(tǒng)和水印恢復(fù)系統(tǒng)。

6)低錯誤率。即使在不受攻擊或者無信號失真的情況下,也要求不能檢測到水印(漏檢,false -negative),以及不存在水印的情況下而檢測到水印(虛檢、false -positive)的概率必須非常小。

2 數(shù)字水印典型算法分析

近幾年來,數(shù)字水印技術(shù)研究取得了很大的進(jìn)步,這里對一些典型的算法進(jìn)行分析。

2.1空間域算法

數(shù)字水印直接加載在原始數(shù)據(jù)上,可以細(xì)分為如下幾種方法[1-4]:

1)最低有效位方法(LSB)。

這是一種典型的空間域數(shù)據(jù)隱藏算法,L. F. Tumer 與R. G. Van Schyadel等先后利用此方法將特定的標(biāo)記隱藏于數(shù)字音頻和數(shù)字圖像內(nèi)。該方法是利用原始數(shù)據(jù)的最低幾位來隱藏信息(具體取多少位,以人的聽覺或視覺系統(tǒng)無法察覺為原則)。該方法的優(yōu)點是有較大的信息隱藏量,但采用此方法實現(xiàn)的數(shù)字水印很脆弱,無法經(jīng)受一些無損和有損的信息處理,而且如果確切地知道水印隱藏在幾位LSB中,數(shù)字水印很容易被擦除或繞過。

2)Patchwork 方法及紋理塊映射編碼方法。

這兩種方法都是Bender等提出的。Patchwork 是一種基于統(tǒng)計的數(shù)字水印,其嵌入方法是任意選擇N對圖像點,在增加一點亮度的同時,降低另一點的亮度值。該算法的隱藏性較好,并且對有損的JPEG和濾波、壓縮和扭轉(zhuǎn)等操作具有抵抗能力,但僅適用于具有大量任意紋理區(qū)域的圖像,而且不能完全自動完成。

2.2 變換域算法

基于變換域的技術(shù)可以嵌入大量比特數(shù)據(jù)而不會導(dǎo)致可察覺的缺陷,往往采用類似擴(kuò)頻圖像的技術(shù)來隱藏數(shù)字水印信息。這類技術(shù)一般基于常用的圖像變換,基于局部或是全部的變換,這些變換包括離散余弦變換(DCT)、小波變換(WT)、傅氏變換(FT或FFT)以及哈達(dá)馬變換(Hadamard transform)等。

其中基于分塊的DCT是最常用的變換之一,現(xiàn)在所采用的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG也是基于分塊DCT的。最早的基于分塊DCT的一種數(shù)字水印技術(shù)方案是由一個密鑰隨機(jī)地選擇圖像的一些分塊,在頻域的中頻上稍稍改變一個三元組以隱藏二進(jìn)制序列信息。選擇在中頻分量編碼是因為在高頻編碼易于被各種信號處理方法所破壞,而在低頻編碼則由于人的視覺對低頻分量很敏感,對低頻分量的改變易于被察覺。該數(shù)字水印算法對有損壓縮和低通濾波是穩(wěn)健的。另一種DCT數(shù)字水印算法[5]是首先把圖像分成8×8的不重疊像素塊,在經(jīng)過分塊DCT變換后,即得到由DCT系數(shù)組成的頻率塊,然后隨機(jī)選取一些頻率塊,將水印信號嵌入到由密鑰控制選擇的一些DCT系數(shù)中。該算法是通過對選定的DCT系數(shù)進(jìn)行微小變換以滿足特定的關(guān)系,以此來表示一個比特的信息。在水印信息提取時,則選取相同的DCT系數(shù),并根據(jù)系數(shù)之間的關(guān)系抽取比特信息。

除了上述有代表性的變換域算法外,還有一些變換域數(shù)字水印方法,它們當(dāng)中有相當(dāng)一部分都是上述算法的改進(jìn)及發(fā)展,這其中有代表性的算法是I. Podichuk 和ZengWenjun 提出的算法[6]。他們的方法是基于靜止圖像的DCT變換或小波變換,研究視覺模型模塊返回數(shù)字水印應(yīng)加載在何處及每處可承受的JND(Just Noticeable Difference,恰好可察覺差別)的量值(加載數(shù)字水印的強(qiáng)度上限),這種水印算法是自適應(yīng)的。

2.3 NEC算法

該算法由NEC實驗室的Cox[5]等人提出,該算法在數(shù)字水印算法中占有重要地位。其實現(xiàn)方法是,首先以密鑰為種子來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列,該序列具有高斯N(0,1)分布,密鑰一般由作者的標(biāo)識碼和圖像的哈希值組成,其次對圖像做DCT變換,最后用偽隨機(jī)高斯序列來調(diào)制(疊加)該圖像除直流分量外的1000個最大的DCT系數(shù)。該算法具有較強(qiáng)的魯棒性、安全性、透明性等。

2.4 其他一些水印算法

1)近年來,利用混沌映射模型實現(xiàn)數(shù)字水印、保密通信等成為混沌應(yīng)用研究的熱點。特別是自從Cox等借用通信技術(shù)中的擴(kuò)頻原理將水印信號嵌入到一些DCT變換系數(shù)或者多層分解的小波變換系數(shù)以來,人們已經(jīng)提出了一些混沌數(shù)字水印方法。水印的嵌入與檢測是基于人類視覺系統(tǒng)(HVS)的亮度掩蔽特性和紋理掩蔽特性,折衷水印的不可見性和魯棒性之間的矛盾。結(jié)果表明,該方法嵌入的水印具有不可見性和魯棒性,并且這種基于密鑰的混沌水印方法更好的抗破譯性能。

2)目前比較流行的還有一種基于盲水印檢測的DWT算法。該算法首先對原始圖像進(jìn)行小波變換,根據(jù)人類具有的視覺掩蔽特性對低頻分量進(jìn)行一定的量化,同時可不影響視覺效果,并對作為水印的圖像進(jìn)行壓縮和二值化處理,形成一維的二值序列,根據(jù)二值序列的值對上述量化后的原始信號的低頻分量進(jìn)行視覺閾值范圍內(nèi)允許的修改,從而實現(xiàn)水印的嵌入。水印提取過程是對含有水印的圖像進(jìn)行小波變換,對低頻分量同樣進(jìn)行量化處理,為了增大算法的安全性,可以對水印形成的二值0,1序列在嵌入前進(jìn)一步進(jìn)行偽隨機(jī)序列調(diào)制,相應(yīng)地在水印提取過程需要增加用偽隨機(jī)序列解調(diào)的步驟。這樣,不知道偽隨機(jī)序列的攻擊者即使推測出水印的嵌入規(guī)律,也無法提取水印,大大增加了水印系統(tǒng)的透明性和魯棒性。

3 水印技術(shù)的局限

為了對版權(quán)保護(hù)中使用水印的成功可能性進(jìn)行評估,看能否滿足實際應(yīng)用需求,就需要對水印技術(shù)有更多了解。下面研究數(shù)字水印方案普遍存在的一些局限。

1)不知道能夠隱藏多少位。盡管非常需要知道指定大小載體信息上可以隱藏多少比特的水印信息,但這個問題還沒有得到圓滿解決。事實上,對給定尺寸的圖像或者給定時間的音頻,可以隱藏信息量的上界,目前還不清楚。對圖像水印,只能說目前使用的算法可以隱藏幾百比特位的水印信息。

2)還沒有真正健壯的盲圖像水印算法。對于圖像水印,魯棒性還是個問題。目前還沒有能夠在經(jīng)過所有普通圖像處理變換后,仍能幸免的盲水印算法。尤其是能夠抵抗幾何處理的攻擊,被認(rèn)為是很難實現(xiàn)的目標(biāo)。

3)所有者能去除標(biāo)記。迄今為止提出的所有盲圖像水印,實際上都是可逆的。已知水印的準(zhǔn)確內(nèi)容以及水印的嵌入和檢測算法,則總能在沒有嚴(yán)重?fù)p壞資料的前提下,使水印不可讀取。目前,還不清楚這個缺點在將來還是否存在;同時在設(shè)計版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)時,必須考慮如下問題:一旦水印內(nèi)容已知,則有可能去除水印或者部分水印。

此外,迄今為止提出的水印算法,其可逆性使人們提出極大的疑問,即設(shè)計能夠抗篡改的健壯公開水印技術(shù)是否可能?事實上,如果允許任何人讀取水印,則任何人只要知道水印嵌入算法,就可以消除水印。

4 結(jié)論

隨著電子商務(wù)的加速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)用戶的直線增長,媒體的安全要求將更加迫切,作為版權(quán)保護(hù)和安全認(rèn)證的數(shù)字水印技術(shù)具有極大的商業(yè)潛力,作為一門學(xué)科交叉的新興應(yīng)用技術(shù),它的研究涉及了不同學(xué)科研究領(lǐng)域的思想和理論,如數(shù)字信號處理、圖像處理、信息論、通信理論、密碼學(xué)、計算機(jī)科學(xué)及網(wǎng)絡(luò)、算法設(shè)計等技術(shù),以及公共策略和法律等問題,是近幾年來國際學(xué)術(shù)界才興起的一個前沿研究領(lǐng)域,得到了迅速的發(fā)展。但數(shù)字水印技術(shù)仍然是一個未成熟的研究領(lǐng)域,還有很多問題需要解決,其理論基礎(chǔ)依然薄弱。隨著一些先進(jìn)的信號處理技術(shù)和密碼設(shè)計思想的引進(jìn),必將日趨成熟且得到更為廣泛的發(fā)展應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

[1] Eepa Kundur. Dimitrios hatzinakos. Digital watermarking fortelltale tamper proofing and authentication[J].Proceeding of the IEEE,2007,87(7):1167-1180.

[2] 張春田,蘇育挺.信息產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)技術(shù)――數(shù)字水印[J].電信科學(xué),2006,14(12) :15-17.

[3] Bender W, Gruhl D. Techniques for data hiding[J].IBM sys2tem journal ,2007,35(3-4):313-336.