数字水印处理技术
孙圣和,陆哲明
(哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,哈尔滨150001)
摘 要: 近年来,数字水印技术开始广泛用于数字图像,音频,视频和多媒体产品的版权保护.本文综述了数字水印技术的起源,分类和算法.本文提出了水印处理技术基本框架和基本要求,介绍了现有的各种水印生成算法,水印嵌入算法和水印检测算法,提出了几种有效的算法和研究思路,并展望了水印处理技术的应用前景.
关键词: 版权保护;数字水印;多媒体
中图分类号: TP309 文献标识码: A 文章编号: 0372-2112(2000)08-0085-06
Digital Watermarking Techniqu es
SUN Sheng -he,LU Zhe -ming
(De pt.o f Automatic Te st and Control,Harbin Inst itute o f Tec hnology ,Harbin 150001,China )
Abstract: In recen t years,digital watermarking has been widely used in copyright protection for digital images,audio,video and mul timedia products.This paper presents a general watermarking framework (GWF)and fundamental demands.introduces various ex -isting watermark generation algorithms,embedding algorithms and detection algorithms.This paper also presents some efficient water -marking al gorithms and several investgative trains of thoughts,and forecasts the application foreground of the digital watermarking.Key words: copyright protection;di g i tal watermarking;multimedia
1 引言
照片、绘画、语音、文本、视频等数字形式的产品在最近十年已经非常普遍.制造商、销售商和用户都发现利用数字设备制作、处理和存储数字多媒体产品非常方便.同时,数字网络通讯正在飞速发展.在这种环境下,数字产品很容易被复制、处理、传播和公开.盗版者正是利用数字产品的这些性能来破坏制造商和用户的合法权力以获得个人利益.因而,人们必须考虑多媒体产品在数字网络分布系统中的安全问题.对数字多媒体产品的非法操作或行为,通常包括下列三种情况.
(1)非法访问:即未经允许从某个网站中非法复制或翻印数字产品.
(2)故障纂改:盗版者恶意地修改数字产品以抽取或插入特征并进行重新发送,从而使原始产品的版权信息丢失.
(3)版权破坏:盗版者收到数字产品后未经版权所有者的允许将其转卖.
基于加密术、数字签名和数字水印的技术[1]都可以用来对付数字产品侵权问题.基于私用或公共密钥的加密术[2]可以用来数据访问控制.加密后的产品是可以访问的,但只有那些具有正确密钥的人才能解密.数字签名技术已经用于检验短数字讯息的真实可靠性[2].数字签名的标准(DSS)[3]已经被
正式采纳.通过使用私有密钥,原始制作者对每个数字产品进行签名,而公共的检测算法用来检查产品的内容是否符合相应的签名.这种数字签名在数字图像,视频或音频中的应用并不方便也不实际,因为在原始数据中需要加入大量的签名.数字水印技术是一种相当新的技术[4].它与传统的信息隐含技术,即所谓的信息伪装技术(steganograp hy)[5].与加密术相比,信息伪装技术不会引起人们去怀疑在无害的媒介(如数字图像)中可能携带了重要的隐含信息.水印处理技术的目的是隐含秘密的个人信息以便保护数字产品的版权[6~8]或证明产品的真实可靠性.信息伪装技术和水印技术的主要区别在于攻击者的目的不同.信息伪装技术的攻击者试图揭露携带的信息,而在水印处理系统中,盗版者要么试图去除水印来破坏版权要么复制被篡改后的产品以获得虚段的内容验证.
本文目的是介绍水印处理技术的基本框架和目前文献中提出的各种算法,并介绍作者提出的一些算法和研究思路以及未来的研究动态.在本文的第2部分介绍数字水印的分类及其应具备的特性.第3部分介绍水印处理系统的基本框架.第4部分介绍水印处理技术的相关问题及其文献中的一些算法.第5部分给出了作者的一些算法和研究思路.第6部分作了全文总结和水印技术的未来展望.
收稿日期:2000-03-08;修回日期:2000-04-16基金项目:国家自然科学基金资助
第8期2000年8月电 子 学 报ACTA ELECTRONICA SINICA Vol.28 No.8
Aug. 2000
2数字水印的分类及其应有特性
211数字水印的分类及其算法分类
数字水印是加在数字图像、音频或视频中的信号,这个信号使人们能够建立产品所有权,辨识购买者或提供数字产品的一些额外信息.数字水印一般用在静止图像和视频图像中,所以下面论述中如没有特殊申明,都暗指水印技术用在静止图像和视频图像中.数字水印的分类方法各种各样.从加水印后图像中水印是否可见可分为可见水印和不可见水印两大类.本文主要讨论不可见水印,所以下面论述中如没有特殊申明,都是指不可见水印.从来源来分,可分为独立于图像的水印和图像自适应的水印.独立于图像的水印可以是随机产生的也可以是事先给定的,而图像自适应的水印是利用原始图像的特性生成的水印.从加水印图像的抗滤波或压缩等能力即鲁棒性来分,可以分为易碎水印,半易碎水印和鲁棒水印.易碎水印对任何图像变换或处理都非常敏感,半易碎水印是对某些特定的图像处理方法有鲁棒性而对其它的处理不具备鲁棒性.鲁棒水印对常见的各种图像处理方法都具备鲁棒性.从水印检测是否需要原始图像参与来分,可以分为私有水印和公有水印.私有水印的检测需要原始图像的参与而公有水印的检测不需要原始图像的参与.
水印处理算法也可分为两大类,即可见水印处理算法和不可见水印处理算法.本文主要讨论不可见水印处理算法.不可见水印处理算法可以分为空间域和变换域两种.空间域水印处理是用各种各样的方法直接修改图像的像素(如直接修改像素的最低位).该类算法对有损压缩和滤波有较好的鲁棒性,但是能够嵌入的水印信息不能太多,否则从视觉上可以看出来.而变换域水印处理是对图像进行各种各样的变换后嵌入水印,如离散余弦变换,离散傅里叶变换,小波变换,线性调频Z变换等.
212数字水印处理技术的应用分类
水印处理技术应用大致可以归为如下几类:
(1)增强版权保护的可见水印技术:图像可以通过因特网得到,所有者关心的是图像能够被商业性地使用.所有者希望所有者的标记能够在图像中明显可见,但并不阻止该图像用于其他方面(如学者研究).其基本思想是使得任何商业性地使用该图像都能看见所有者的标记,从而增强版权和收取许可税.
(2)用来表明产品所有权的可见水印处理:图像可以通过因特网得到,所有者希望所有权清晰可见,这样能够鼓励顾客惠顾该产品.比起(1)来说,(2)对税的损失不太关心.
(3)用于可信赖摄像机的不可见水印技术:图像通过数字相机获取.这里所有者希望表明所摄的图像是原始的而并没有被编辑过,不可见水印是在摄像时嵌入.
(4)用于检测数字库中的图像是否被更改的不可见水印技术:图像(如人们的指纹)已经被扫描并存储到一个数字库里.所有者希望能够检测到图像的任何更改,而不需要与原始的被扫描图像进行对比.这里的基本思想是所有者能从图像中抽取出不可见水印用来检查图像是否被更改.在数字库发行到因特网时尤其需要这种水印处理.显然这里需要的是易碎水印.
(5)用于检测盗用图像的不可见水印技术:数字图像的销售商担心他的图像被个人购买后将使得该图像能够免费地被他人得到,这样就丧失了所有者的许可税.该技术正是针对该问题的.
(6)用来对所有权作证的不可见水印技术:数字图像的销售商可能怀疑他的某幅图像被编辑和未付版税就被公布.这里,对销售商数字图像里的水印进行检测将用来证实公开发布的图像是销售商的所有物.
(7)用来确定盗用者身份的不可见水印技术:数字图像的销售商可能怀疑他的某幅图像被编辑和未付版税被公布.销售商在发行他的图像时加入不可见水印来指明图像销售给谁.抽取出来的水印用来确认购买者的身份.这样就允许销售商终止与购买者之间的生意以避免承担风险.
从上面的分类来看,(1)和(2)都是可见水印处理技术;
(3)、(4)都属于易碎水印处理技术,即如果加水印后的图像的修改和变化可能引起所嵌水印的改变或消失;(5)~(7)都属于鲁棒水印处理技术,即加水印图像受到攻击后还能抽取出相应的水印.
213数字水印的应有特性
下面我们分别介绍可见水印,易碎水印和鲁棒水印的应有特性
(1)可见水印的应有特性;
(a)水印在图像中可见;
(b)水印在图像中不太醒目;
(c)水印很难被去除;
(d)水印加在不同的图像中具有一致的视觉突出效果.
第(a),(b),(c)条特性比较容易满足,第(d)条特性不容易满足.在实验中发现相同的水印加在不同的图像中具有不同的视觉结果.
(2)易碎水印的应有特性:
(a)水印在通常或特定视觉条件下不可见;
(b)水印能被最普通的图像处理技术改变;
(c)未经授权者很难插入一个伪造水印;
(d)经授权者能很快地抽取出水印;
(e)水印能在图像剪切操作后仍存在;
(f)从抽取出来的水印中能看出哪里被改变.
在这些特性中,有些特性在特定的应用环境下不一定都满足.
(3)鲁棒水印的应有特性:
(a)水印在通常或特定视觉条件下不可见;
(b)加水印的图像经过普通的图像处理技术后水印仍然保持在图像中;
(c)未经授权者很难检测出水印;
(d)经授权者能很快地抽取出水印;
(e)加水印的图像经过印刷或重新扫描后水印仍然能被抽取出来.
86电子学报2000年
3 水印处理系统的基本框架
311 数字产品的基本发布模型
数字产品的实际发布机制的详细描述是相当复杂的,包括原始制作者、编辑、多媒体集成者、重销者和国家官方等等.本文给出了一个简单的发布模型,如图1所示.
图1 数字产品网络发布
的基本模型
图中的/供应者0是版权所有者、编辑和重销者的统称.图中的/用户0也可称为顾客,他通过网络接收到数字产品.而图中的/盗版
者0是未经授权的供
应者,他们未经合法版权所有者的许可重新发送产品或有意破坏原始产品并重新发送其不可信的版本.这样顾客难免会间接收到盗版的副本.下面描述的水印处理系统的基本框架正是基于图1所示的数字产品基本分布环境的.312 水印处理系统框架
在文献中可见各种形式的水印信号.通常,我们可以定义水印为如下的信号W
W ={w (k)|w(k )I U,k I W ^d }
(1)
这里W ^d
表示维数为d 水印信号域,d =1,2,3分别表示
声音、静止图像和视频图像.水印信号可以是二值形式(U ={0,1}或U ={-1,1})[9,10],或者是高斯噪声形式[11].有时称W 为/原始水印0以便把它和变换域水印形式F (W )(往往在许多水印嵌入和检测算法中出现)区分开来.
水印处理系统的基本框架可以定义为六元体(X ,W,K ,G,E ,D ).
(1)X 代表所要保护的数字产品X 的集合
(2)W 代表所有可能水印信号W 的集合(3)K 是标识码(也称为水印密钥)的集合
(4)G 表示利用密钥K 和待嵌入水印的数字产品X 共同生成水印的算法,即
G :X @K v W ,W =G(X ,K)(2)
(5)E 表示将水印W 嵌入数字产品X 0中的嵌入算法,即E:X @W v X ,X w =E(X 0,W )(3)这里,X 0代表原始的数字产品,X w 代表嵌入水印后得到的数字产品.
(6)D 表示水印检测算法,即
D: X @K v {0,1}
D(X ,K )=
1, 如果X 中存在W(H 1)
0, 若X 中不存在W(H 0)(4)
这里,H 1和H 0代表二值假设,分别表示水印的有无.313 基本定义
通常,要在被未知原因有意或无意修改的数字产品中检测水印.因此,引入如下定义来表示产品的感知相似性(Per -ceptual Similarity ).
(1)感知相似性:设数字产品X ,Y I X ,则符号X ~Y 表
示X 和Y 具有相同的感知形式.而符号X y Y 表示X 和Y 是完全不同的数字产品,或表示Y 是相对于X 质量下降的数字产品.
通常,感知相似性是以客观标准为基础的.但是,主观误差估计也可以用来确定感知相似性.
检测算法D 区分不同水印的能力通常是有限的.因此我们可以引进如下的定义.
(2)水印等价性:若水印W 1和W 2满足D (X ,W 1)=1]D (X ,W 2)=1,则称水印W 1和W 2是等价的,表示为W 1D W 2.通常水印的等价性是指水印间的高相关性.显然相同的水印是等价的,反之不然,即等价的水印可能相差很大.314 基本特性和必要条件
水印处理系统的基本框架必须满足一些特定的条件以便形成一套适用于版权保护和产品内容鉴定的值得信赖的根据.
(1)不可见性:对于不可见水印处理系统,水印嵌入算法不应产生可见的数据修改.即加水印后的产品必须相似于原始产品,即X w ~W 0.
(2)密钥唯一性:不同的密钥应产生不等价的水印,即对于任何产品X I X 和W i =G (X ,K i ),i =1,2,满足K 1X K 2]W 1z W 2.
(3)水印有效性:在水印处理算法中只采用有效的水印.对于特定的产品X I X ,当且仅当存在K I K 使得G(X ,K )=W,则称水印W 是有效的.
(4)不可逆性:函数W =G (X ,K )不可逆,即K 不能根据W 和函数G 逆推出来.不满射的函数G 直接满足这个条件.但这在水印处理算法中并不是必要条件.在实际应用时,不可逆意味着对于任何水印信号W ,很难再找到其它有效水印与该水印信号等价.
(5)产品依赖性:在相同的密钥条件下,当G 算子用在不同的产品时,应该产生不同的水印信号.即对于任何特定的密钥K I K 和任何X 1,X 2I X 满足X 1y X 2]W 1z W 2.
(6)多重水印:通常对已知水印信号的产品用另一个不同的密钥再作水印嵌入是可能的,这往往是盗版者在重销时可能做的工作.若X i =E (X i -1,W i ),i =1,2,,,那么对于任何i [n,原始水印必须在X i 中还能检测出来,即D (X i ,W 1)=1,这里n 是一个足够大的整数使得X n ~X 0而X n +1y X 0.(7)检测的可靠性:肯定检测的输出必须有一个合适的最小的置信度.如果P f a 是检测的虚警概率,则它满足P f a
(8)鲁棒性:设X 0是原始的产品而X w 是加水印的产品并且D (X w ,W)=1,又设M 是一个多媒体操作算子.则对于任何Y ~X w ,Y =M (X w ),满足D(Y,W )=1,而且对于任何Z =M (X 0),满足D (Z,W )=0.
(9)计算有效性:水印处理算法应该比较容易用软硬件实现.尤其是水印检测算法必须足够快以满足在产品发行网络中对多媒体数据的管理.
4 水印处理系统的基本问题及其算法
在水印处理系统中,最重要的两个基本操作是水印嵌入
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第 8 期孙圣和:数字水印处理技术
(G,E)和水印检测(G,D),如图2所示的,这里已经包括了水印生成问题.当然在网络中,水印攻击问题也是一个非常普遍的问题.下面我们着重讨论这四个问题和文献中的一些算法
. 图2 水印处理算法(a)水印嵌入
算法(b)水印检测算法
411 水印生成
水印信号的产生通常基于伪随机数发生器或混沌系统.m 序列或高斯噪声信号等不相关信号很容易产生.产生的水印信号W 往往需要作进一步的变换以适应水印嵌入算法.为了分析方便,我们把算子G 分解为如下两个部分
G =T .R ,R:K v W ,T :W @X @K v W (5)第一部分R 输出原始水印 W I W ,该原始水印只由密码K I K 产生.当R 基于伪随机数发生器时,密码K 直接映射为伪随机数发生器的种子[8,12].当R 基于混沌系统时,密码集由许多初始条件的适当变换而产生[13].这两种方法所产生的密码集足够大并且满足密码唯一性条件,而且由R 产生的水印是有效的水印.此外,R 是不可逆的.
第二部分T 对原始水印进行修改以获得最后的依赖于产品的水印W.T 最好满足
T ( W ,X 0)D T ( W ,X w )D T ( W ,X c w )
(6)
这里X 0是原始的产品而X w 是加水印的产品,并且X c w =
M (X w ),X c w ~X w .
在这里需要指出的是原始水印信号也可以预先指定,而
在嵌入水印前对该水印信号作适当的变换或不作变换.密码可以在水印嵌入过程中产生.412 水印嵌入
水印嵌入就是把水印信号W ={w(k )}加到原始产品X 0
={x 0(k)}中,最普通的嵌入准则如下[12]:
x w (k)=x 0(k)+A w(k ),(加法准则)(7)x w (k )=x 0(k )+A x 0(k)w (k ),(乘法准则)
(8)在这里,变量x 即可以指采样的幅值(时域),也可以是某种变换的系数值(变换域).这里,参数A 可能随采样的不同而不同.在时域下的加法准则已经用在很多算法中
[8,14]
.但
是变换域的水印处理算法被证明是非常有用的DFT 的相位[15]和幅值[16]已经用于水印处理算法中.基于DFT 幅值的水印嵌入对一些基本的几何变换(即旋转和缩放)具有鲁棒性.基于离散余弦变换(DC T )的水印嵌入算法
[12,17]
对压缩、滤
波和其他一些数字处理算子具有鲁棒性.近来,基于离散小波
变换(DWT)的水印嵌入算法已经提出来[18],这些算法对JPEG 和JPEG2000具有较强的鲁棒性.除此之外,文献[19]提出了基于n @n 分块的用于数字图像和视频的水印处理技术,这
些算法的原理是对图像块的DCT 系数作一定的限制.文献[20]还提出了基于线性调频Z 变换的数字图像水印处理技
术.
综上所述,水印嵌入过程E 可以用一个统一的操作符?来表示.加水印后产品的数据采样(象素,声音采样)可以用下式来表示
x w (k )=x 0(k)?h(k )w (k )
(9)
这里{h(k )}是d 维(声音1维,图像2维,视频3维)的水印嵌入掩码.操作符?可能包括合适的截断操作和量化操作.413 水印检测
水印检测可以作用于任何产品X ,检测时最好不需要原始产品的参与.一些水印处理技术在检测时使用了原始产品[21].但是在检测时使用原始产品是个大缺陷,尤其将水印处理技术用于产品的网络发布和传播时.因此,常常考虑检测时不需要原始产品的参与.
水印检测的第一步是用算子G 产生水印.第二步是算子D 检测.检测可能包含下列两个错误:11水印被检测到,但是实际上产品中并不包含水印;21水印没有检测到,但是实际上产品中包含水印.这两个错误是基于一定的虚警概率和拒绝概率的.设c =1-p fa 表示肯定检测的确定度,则
c \c thres ]水印存在
(10)
参数c ther 是产品供应商检测时所选择的检测确定度,式(10)直接跟314中的检测可靠性条件相关.通常,当错误的肯定检测概率趋向0(P fa v 0)时,则水印的否定检测概率趋向1(P re j v 1).
在许多情况下,检测由原始水印信号和加水印产品中抽取出来的水印信号之间的相关系数决定[4].此外,统计检测也可以用在水印检测中[8].
414 水印攻击问题和相应对策
盗版者对水印基本框架的攻击目的是想破坏它体现版权所有的能力.对含水印图像的常见攻击方法分为有意的攻击和无意的攻击两大类.水印必须对一些无意的攻击具有鲁棒性,也就是对那些能保持感官相似性的数字处理操作具备鲁棒性,常见的操作主要有:
(1)剪切;(2)亮度和对比度的修改;(3)增强、模糊和其它滤波算子;(4)放大、缩小和旋转;(5)有损压缩,如JPEG 压缩;(6)在图像中加噪声.
通常假定在检测水印时不能获得原始产品.下面着重讨论有意的攻击及其对策.直接有意地对水印系统进行攻击有如下几种.
(1)伪造水印的抽取[22]:盗版者对于特定产品X 生成一个信号W c 使得检测算子D 输出一个肯定结果.而且W c 是一个从来不曾嵌入产品X 中的水印信号但盗版者把它作为他/她的水印.但是,G 是不可逆的,而且W c 并不能与某个密钥相联系,即伪造水印W c 是无效的水印(与水印基本框架的水印有效性定义不符).水印处理算法[8,23]
就很容易受此攻击.但是,有效性和不可逆性的条件导致有效的伪造水印的抽取几乎不可能.
(2)伪造的肯定检测[22]:盗版者运用一定的程序找到某
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个密钥K c能够使水印检测程序输出肯定结果并用该密码表明对产品的所有权.但是,在水印能够以很高的确定度检测时,即虚警概率几乎是0,该攻击方法就不再可行.
(3)统计学上的水印抽取[11]:大量的数字图像用同一密码加入水印不应该能用统计估计方法(例如平均)除去水印.这种统计学上的可重获性可以通过使用依赖于产品的水印来防止.
(4)多重水印[8]:攻击者可能会应用基本框架的特性来嵌入他自己的水印,从而不管攻击者还是产品的原始所有者都能用自己的密码检测出自己的水印.这时原始所有者必须在发布他的产品前保存一份他自己的加水印的产品,用备份产品来检测发布出去的产品是否被加了多重水印.
5作者的一些算法和研究思路
近年来,作者对水印处理算法的研究主要集中在图像水印嵌入算法的研究,一些主要的算法和思路如下:
(1)基于DCT变换的二值水印信号的嵌入算法
这是基于DCT变换域水印处理最初研究的热门问题,也是比较成熟的问题.传统的算法往往通过修改DC T变换后的中频系数来实现水印嵌入,原因是人眼对图像的低频部分敏感,而对高频系数的修改将导致抗压缩能力下降.作者采取了一种折衷的方案,即采用同时加权修改中频和低频系数的方法来嵌入水印.系数的修改量通过对J PEG压缩量化表的量化系数的加权来确定.仿真实验结果表明采用该方法嵌入的水印,具有很强的抗JPEG压缩的能力.
(2)基于DCT变换的灰度水印信号的嵌入算法
通常的水印处理算法的水印信号都是一维或二维的二值信号,文献中对灰度级水印信号的嵌入算法不多见.作者针对这一问题,提出了如下几种处理方案.
(a)把灰度级水印信号进行分层处理.分层可以采用两种方法.一种是采用层叠滤波器(stack filter)的阈值分解技术,例如它可以把256灰度的图像水印信号分布255层二值水印信号,然后可以把其中的某一层或多层作为水印嵌入数字产品中,剩余的可以作为密码.另一种是采用比特位分解,例如它可以把256灰度的图像水印按字节的最低位到最高位分成8层,然后把其中的某些层作为水印嵌入数字产品中.
(b)DCT域系数裂解的灰度水印嵌入算法.首先将对原始图像和灰度水印图像进行分块DC T变换;然后将灰度水印图像的每一个分块的DC T变换系数进行衰减和裂解,由一个DC T系数变为多个;最后将这些裂解的DC T系数分别嵌入到原始图像的中频系数中.仿真试验结果表明采用该方法嵌入的灰度水印是可行的,而且具有很强的抗JPEG压缩的能力.
(3)基于矢量量化的图像水印处理算法
自从1980年提出矢量量化器码书设计的LB G算法[24]以来,矢量量化技术已经成功地应用到图像压缩和语音编码中.矢量量化过程可以定义为从k维欧几里德空间R k到其一个有限子集C的一个映射,其中C={c i|i=1,2,,,N}称为码书,N为码书长度.矢量量化包含两个部分:编码器和解码器.为了对一个图像进行编码,编码器首先将原始图像分成N w@N h块(矢量),每块图像含k(k=w@h)个像素,即每块图像就是一个k维矢量.对于每一个图像块x,矢量量化器从码书C中找出一个与该图像块最匹配的码字c p代替该图像块.找到最近码字以后,矢量量化器用码字c p的标号p代替输入矢量x进行存储和传输.矢量量化解码器根据接收到的标号很容易从码书中查到相应的码字,找到所有输入矢量的代替码字后由这些码字拼成解码图像.
作者成功地在图像的矢量量化编码过程中嵌入了秘密的水印信号,该文章[25]已经刊登在英国著名杂志Electronics Let-ters上.该文的主要思想是把码书分组并用码字的标号来隐含秘密的水印信息.
(4)不需原始图像参与检测的水印处理算法
需要指出的是在这类算法中,往往嵌入的水印信号是二值的,而且往往把原始图像产品进行分块,每一块只能嵌入1比特信息.文献[28]利用了DC T变换的零树个数的奇偶性来实现不需要原始产品参与的水印抽取.作者利用了分块DC T 变换后的某个系数与预先设定值进行比较的方法来实现不需要原始产品参与的水印抽取.
除此之外,作者的其它几条研究思路如下
(1)声音水印信号嵌入到图像中.
(2)图像水印信号嵌入到声音信号中.
(3)动态图像的水印嵌入算法.
(4)采用其它变换(除了常用的DFT,DC T,DWT变换等)进行变换域水印处理.
6总结和未来展望
数字水印技术的发展虽然只有短短的六、七年时间,国际上却已有许多家公司在研制自己的数字水印产品.我国在该领域的研究尚不普及,虽已引起一些大学、研究机构的关注,目前还没有成熟的技术或产品问世.随着数字化产品在中国的普及,特别是今后几年Internet用户的成倍增长以及电子商务的加速发展,在网络上直接销售数字化产品将给商家带来极大的利益,也是中国产品走向世界的极佳途径.我们应该抓住此机遇,研制出自己的数字水印产品,并形成一些标准,以适应新技术的发展.
未来的水印处理技术应该在如下方面进行探讨和研究.
(1)探讨水印处理技术与压缩编码算法的统一.数字产品的发布通常要经过编码和传输.传统的水印处理往往与压缩编码算法分开.应该在编码的过程中嵌入水印,这样的优点在于使水印对该编码算法具有鲁棒性,尽量减少无意的水印攻击.作者在文[25]已经在图像的矢量量化编码过程中嵌入水印,结果表明加入水印后的图像丝毫不受矢量量化压缩(采用同一码书)的影响.作者认为这将是未来的水印的研究方向之一.而且我们还可以探讨水印处理算法和其它的数字处理算子的统一.
(2)水印处理算法标准的建立.目前国际上的水印处理尚未形成统一的标准,形成标准已成为研究水印者的共同目标.然而,标准的算法必须有其优越性、通用性和有效性,并要得到世界各国的认同.所以形成标准是一项艰巨的任务.其中基
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第8期孙圣和:数字水印处理技术
于DC T变换和小波变换域的水印处理技术是各国争相研究的热点,形成标准的可能性最大.
(3)将水印处理技术应用到其他领域,如军事和国防方面,即把数字水印处理技术用于传递秘密的军事信息,或用水印处理技术来验证军事命令、信息的真实可靠性,并探索该领域的新技术和新理论,这对于国防现代化建设和未来的信息化、网络化战争的意义重大.
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作者简介:
孙圣和现任哈尔滨工业大学自动化测试
与控制系教授,博士生导师.中国电子学会会士.
他已经发表了5本著作和150多篇文章.并多次
获得国家级和省部级科技成果奖.目前的研究领
域包括计算机自动测试与控制,信号处理和系统
辨识.
陆哲明1974年出生,1995年和1997年获
得哈尔滨工业大学学士学位和硕士学位,现为哈
尔滨工业大学自动化测试与控制系博士研究生.
目前主要致力于图像处理研究.
90电子学报2000年
数字水印技术综述 （湖北武汉 430070） 摘要：介绍了数字水印技术的基本原理。并对其特点、分类、攻击技术及应用领域进行了阐述。同时对数字水印的各种算法进行了分类研究与深入分析。最后指出数字水印今后的研究方向。 关键词：数字水印；水印原理；水印算法；水印应用 Overview on Overview on Digital Watermarking Technology ( Wuhan, Hubei 430070, China) Abstract：The basic concepts of watermark techniques are first introduced，and then the characteristics、classification、attacking techniques and application and applications first expatiated．For further understanding．the watermark technique from the various aspects aye classified and some conventional watermark techniques and algorithms are analyzed in detail．Finally，research direction of digital watermark technology is pointed out． Key words：digital watermarking；watermarking principle；watermarking algorithms ；watermarking application； 0数字水印 随着Internet与数字媒体技术的飞速发展，信息安全问题日益突出，因此，数字媒体的版权保护与信息完整性保证已逐渐成为人们迫切需要解决的一个重要问题，数字水印技术就是在这种需求下迅速发展起来的。 数字水印是通过一定的算法，在图像、视频、音频等多媒体数据中嵌入一个可以标示其知识产权的水印信息。水印信息可以是文字、商标、印章或序列号等可以识别作品的作者、来源、版本、拥有者、发行人或合法使用人对数字产品的拥有权。水印信息通过特殊的方式，可以从宿主信号中提取出水印或是检测出它的存在性。水印不占用额外的带宽。是原始数据不可分离的一部分，并且它可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来。 1数字水印的特征 一般认为数字水印应具有以下特征（1）鲁棒性水印信号在经历多种无意或有意的信号处理后，仍能保持其完整性或仍能被准确鉴别的特性。（2）知觉透明性数字水印的嵌入不应引起数字作品的视/听觉质量下降，即不向原始载体数据中引入任何可知觉的附加数据。（3）内嵌信息量(水印的位率) 数字水印应该能够包含相当的数据容量，以满足多样化的要求。（4）安全性水印嵌入过程(嵌入方法和水印结构)应该是秘密的嵌入的数字水印是统计上不可检测的，非授权用户无法检测和破坏水印。对于通过改变水印图像来消除和破坏水印的企图，水印应该能一直保持存在，直到图像已严重失真而丧失使用价值。（5）实现复杂度低数字水印算法应该容易实现。在某些应用场合(如视频水印)，甚至要求水印算法的实现满足实时性要求。（6）可证明性数字水印所携带的信息能够被唯一地、确定地鉴别，从而能够为已经受到版权保护的信息产品提供完全和可靠的所有权归属证明的证据。 2 数字水印的分类 2.1按照嵌入的位置 按照嵌入的位置可分为：(1)空域数字水印：空域数字水印的嵌入是通过直接修改图像的灰度值或是强度值来完成的。(2)变换域数字水印：变换域的数字水印是将图像进行某种变换，通过修改变换域系数来达到嵌入水印的目的。
浅谈数字水印技术 近几年， 许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线， 尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密，并将该技术用于制作多媒体 的“数字水印”。数字水印技术是将一些标识信息即数字水印直接嵌入数字载体包括多媒体、文档、软件等当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统如视觉或听觉系统觉察或注意到。人们通过隐藏在多媒体内容中的信息，能够了解到内容的原创者、内容的购买者、是否为正版、是否完整。 一般数字水印系统的通用模型包括嵌入和检测（提取）两个阶段。数字水印的嵌入阶段，嵌入算法的嵌入目标是使数字水印在不可见性和鲁棒性之间找到一个较好的折衷点。检测（提取）阶段主要是设计一个相应于嵌入过程的检测（提取）算法。检测算法一般是以基于统计原理的检验结果来判断水印存在与否，它的目标是使错判与漏判的概率尽量小。提取算法通过提取出水印（如字符串或图标等）并与原始水印进行比较以判断水印是否存在。并且，为了给攻击者增加去除水印的难度，目前大多数水印制作方案都在嵌入、检测（提取）时采用了密钥，只有掌握密钥的人才能读出水印。 （1）水印嵌入系统 其功能是把水印信息嵌入到原始图像中，为了能成功地提取水印信号，算法必须使水印对故意或非故意的袭击和失真（相当于信道噪声）具有鲁棒性。 （2）水印的恢复系统 其功能是完成从待检测图像中提取出水印信号。图2 描述了一般的水印恢复过程，其中置信度表明了所考察图像I′ 存在水印的可能性。
图2 数字水印恢复方案 1 数字水印的特点 数字水印应具有以下基本特征：（1）隐蔽性。指水印不可被察觉，不影响媒体产品的使用。（2）鲁棒性。指嵌入水印的图像在经受一定程度的各种有意或无意的图像处理攻击，水印仍能被检测出来。在某种程度上鲁棒性可以反映水印技术的抗干扰能力。（3）安全性。数字水印技术应该使用一个或多个密钥来确保自身的安全，未经授权，用户不能检测出隐藏在原始数据中的水印信息。（4）水印容量：是指载体在不发生形变的前提下可嵌入的水印信息量。嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。尤其是隐蔽通信领域的特殊性，对水印的容量需求很大。 2 数字水印的应用 数字水印技术作为数字产品的保护技术，主要应用在这几个方面：（1）版权保护 版权保护：指的是多媒体数据产品的拥有者在公开发表自己的数据产品之前将会对数据产品嵌入隐秘的数字水印。在该多媒体数据产品遇到版权纠纷问题的时候，多媒体数据产品的拥有者就可以使用水印检测算法检测水印，以证明自己的版权归属。数字作品的版权保护是当前的热点问题，由于数字作品的拷贝、修改非常容易，因此原创者不得不加上损害作品的版权标志。数字水印利用其不可感知性，既保证了质量，又保护了数字作品。 （2）数字指纹 多媒体数据产品的拥有者可以在其产品拷贝中嵌入数字指纹，这样可以
毕业设计开题报告 基于DCT的图像数字水印技术的研究
基于DCT的图像数字水印技术研究 国内外研究现状： 20世纪80年代，索尼和菲利浦公司首次提出了数字媒体版权保护的方案SCMS(Serial copy management system)，数字水印技术也是在继数字隐藏技术后提出的一种数字媒体版权保护方案，发展到现在不仅仅局限于版权保护，也延伸到商务交易中的票据防伪、声像数据的隐藏标识和篡改提示、隐蔽通信及其对抗等领域。随着电子政务的广泛应用，其安全性问题也日益突出，电子政务所涉及的相当多的信息都带有机密性，除黑客攻击．病毒感染等来自网络的安全威胁外，也易受到来自系统应用的假冒用户登录、非法篡改等数据安全的威胁。我国现有的电子政务网络基础设施和系统安全解决方案大多是通过防火墙、入侵检测、漏洞扫描、网络隔离等技术和设备来保障系统的安全，这在一定程度上可以保证电子政务信息系统的安全，但仍存在着安全漏洞，我们在电子政务的建设中，除了必要的网络安全技术外，还必须重视对数字信息安全认证的问题。 数字水印技术为上述问题提供了一个有效的解决方案，是目前多媒体信息安全研究领域的一个热点。该技术采用信息处理技术把版权信息、认证信息等秘密信息，即水印，嵌入到原始数据中去，但不影响原内容的价值和使用，水印信息可以是产品的序列号、版权所有者的标志等认证信息。通过特定的算法恢复和检测被嵌水印后，可有效地分析信息失真的情况，判断信息是否被篡改，为版权所有者提供信息被盗版的有利证据。因此，一个实用的数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和不可见性。 所谓数字水印技术，就是将代表数字媒体著作权人身份的特定信息、用户指定的标志或序列码等，按照某种方式嵌入被保护的信息中，在产生版权纠纷时，通过相应的算法提取出该数字水印，从而验证版权的归属，确保媒体著作权人的合法利益，避免非法盗版的威胁。被保护的信息是任何一种数字媒体，如软件、图像、音频、视频或一般性的电子文档等。数字水印是嵌在数字产品中的数字信号，水印的存在要以不破坏原数据的欣赏价值、使用价值为原则。
数字水印技术及其应 用综述3
数字水印技术及其应用综述 随着Internet 网络的快速发展, 越来越多的多媒体数字产品（包括图像、音频、视频等形式的产品）在网络上发布, 人们可以非常方便快捷地从网络上获取数字多媒体产品, 因此,数字多媒体的信息安全、版权保护和完整性认证问题就成为迫切需要解决的一个重要问题。数水印( digital watermarking)技术是目前信息安全技术领域的一个新方向, 是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术, 它在篡改鉴定、数据的分级访问、数据跟踪和检测、商业和视频广播、Internet 数字媒体的服务付费、电子商务认证鉴定等方面具有十分广阔的应用前景。自1993 年以来, 该技术己经引起人们的浓厚兴趣, 并日益成为国际上非常活跃的研究领域, 受到国际学术界和企业界的高度关注, 而且数字水印技术是一门新兴的多学科交叉的应用技术, 它涉及了不同学科领域的思想和理论, 如信号处理、信息论、编码理论、密码学、检测理论、随机理论、通信理论、对策论、计算机科学及网络技术、算法设计等技术。因此, 数字水印技术的研究无论是从理论上还是从应用上都具有重要意义。 1 数字水印的特点、分类及其应用 1.1 数字水印的基本特点 数字水印的基本思想是在数字图像、音频和视频等多媒体数字产品中嵌入秘密信息, 以保护数字产品的版权,证明产品的真实性, 跟踪盗版行为或提供产品的附加信息等。数字水印系统通常具有下列几方面的特点： （1）鲁棒性即图像水印抵抗常见图像处理操作的能力, 也就是说含水印图像经历无意修改而保留水印信息的能力。一般说来, 当含水印图像经过一些基本处理（如噪声滤波、平滑、增强、有损压缩, 平移、旋转、缩放和裁剪等）后, 仍可检测出水印。 （2）透明性即不可见性, 水印的存在不应明显干扰载体的图像数据, 数字水印的嵌入不应使得原始数据发生可感知的改变, 也不能使得载体数据在质量上发生可以感觉到的失真。 （3）安全性水印算法抵抗恶意攻击的能力。即它必须能承受一定程度的人为攻击, 而使水印信息不会被删除、破坏或窃取。应该保证非授权用户无法检测或破坏水印。数字水印应该难以被伪造或者加工,并且, 未经授权的个体不得阅读和修改水印, 理想情况是未经授权的客户将不能检测到产品中是否有水印存在。 （4）数据容量水印应该包含相当的数据容量,以满足多样化的需要。 （5）可证明性在实际的应用过程 1.2 数字水印的分类 （1）依据所嵌入的载体不同, 可分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印和网络水印等。
介绍了数字水印技术的基本原理 随着信息技术和计算机网络的飞速发展，人们不但可以通过互联网和CD-ROM方便快捷地获得多媒体信息，还可以得到与原始数据完全相同的复制品，由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题。因此，数字多媒体产品的水印处理技术已经成为近年来研究的热点领域之一。 虽然数字水印技术近几年得到长足发展，但方向主要集中于静止图像。由于包括时间域掩蔽效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立，视频水印技术的发展滞后于静止图像水印技术。另一方面，由于针对视频水印的特殊攻击形式的出现，为视频水印提出了一些区别于静止图像水印的独特要求。 本文分析了MPEG—4视频结构的特点，提出了一种基于扩展频谱的视频数字水印改进方案，并给出了应用实例。 1视频数字水印技术简介 1.1数字水印技术介绍 数字水印技术通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的感知系统觉察或
注意到。与传统的加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播，鉴别真伪，解决版权纠纷并为法庭提供认证证据。为了给攻击者增加去除水印的难度，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密体系来加强，在水印嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用。水印嵌入和提取的一般方法如图1所示。 1.2视频数字水印设计应考虑的几个方面 水印容量：嵌入的水印信息必须足以标识多媒体内容的购买者或所有者。 不可察觉性：嵌入在视频数据中的数字水印应该不可见或不可察 觉。 鲁棒性？押在不明显降低视频质量的条件下，水印很难除去。 盲检测：水印检测时不需要原始视频，因为保存所有的原始视频几乎是不可能的。 篡改提示：当多媒体内容发生改变时，通过水印提取算法，能够敏感地检测到原始数据是否被篡改。 1.3视频数字水印方案选择 通过分析现有的数字视频编解码系统，可以将目前MPEG-4视频水印的
数字水印技术：概念、应用及现状 一、引言 随着信息时代的到来，特别是Internet的普及，信息的安全保护问题日益突出。当前的信息安全技术基本上都以密码学理论为基础，无论采用传统的密钥系统还是公钥系统，其保护方式都是控制文件的存取，即将文件加密成密文，使非法用户不能解读。但随着计算机处理能力的快速提高，这种通过不断增加密钥长度来提高系统秘密级别的方法变得越来越不安全。 另一方面，多媒体技术已被广泛应用，需要进行加密、认证和版权保护的声像数据也越来越多。数字化的声像数据从本质上说就是数字信号，如果对这类数据也采用密码加密方式，则其本身的信号属性就被忽略了。最近几年，许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线，尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密，并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。 二、认识数字水印 数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 数字水印技术的基本特性: 1. 鲁棒性(robustness)：所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。 2.安全性(security):指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会被破坏。 3.透明性(invisibility):利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。 ***典型的数字水印系统模型： 图 1为水印信号嵌入模型，其功能是完成将水印信号加入原始数据中；图 2为水印信号检测模型，用以判断某一数据中是否含有指定的水印信号。
数字水印技术及其应用 引言 随着计算机通信技术的迅速发展，多媒体存储和传输技术的进步使存储和传输数字化信息成为可能，然而，这也使盗版者能以低廉的成本复制及传播未经授权的数字产品内容，出于对利益的考虑，数字产品的版权所有者迫切需要解决知识产权（Intellectual Property Rights）的保护问题。密码学的加解密技术是保护数字产品的一种方法，它能够保护数字产品安全传输，并可作为存取控制和征收费用的手段，但它不能保证数字产品解密后的盗版问题，因此，1995年，人们提出了信息伪装技术，其中，数字水印就是近年来比较热门的数字产权保护技术，下面我们主要谈谈数字水印技术的有关问题。 数字水印的定义 综合众多学者的定义和分析已有的数字水印方案，现给出数字水印的定义：数字水印是永久镶嵌在其它数据（宿主数据）中具有可鉴别性的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性。作为数字水印技术基本上应当满足下面几个方面的要求：（1）安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当宿主内容发生变法时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；（2）隐蔽性：数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用；（3）稳健性：数字水印必须难以被除去，如果只知道部分数字水印信息，那么试图除去或破坏数字水印将导致严重降质或不可用。同时，数字水印在一般信号处理和几何变换中应具有稳健性；（4）水印容量：嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。 3 数字水印技术的基本原理 数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容中，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密（包括公开密钥、私有密钥）体系来加强，在水印的嵌入，提取时采用一种密钥，甚至几种密钥的联合使用。水印的嵌入和提取方法如图1、图2所示： 图1 数字水印嵌入过程
数字水印技术研究
数字水印技术研究 摘要 伴随着计算机网络的发展，信息媒体的数字化为信息的存取提供了巨大的便利，显著提高了信息表达的效率和准确性。但是同时也带了了一些负面影响，一些别有企图的个人和团体在没有得到原作者的同意的情况下复制和传播有版权的数据文件或作品。所提数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证等问题变得日益突出，变成一个急需解决的议题。密码技术是信息安全技术领域的的主要传统技术之一，但是此方法有缺点：一是加密后的文件因不可理解性从而妨碍信息的传播。而是一旦被解密后，文件就不再受保护。所以需要一种代替技术或者是对密码学进行补充的技术，这是，数字水印技术被提出了。 数字水印技术是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及数据完整性的新兴技术，原作者的创作信息和个人标致通过数字水印系统以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒体中，从而使人们无法从表面上感知水印，只有专用检测器或软件才可以检测出隐藏的数字水印。水印的存在要以不破坏原本数据的欣赏价值、实用价值
1数字水印的特点 (5) 2.2按水印所附载的媒体划分 (7) 2.3按检测过程划分 (8) 2.4按内容划分 (8) 2.5按用途划分 (9) 2.6按水印隐藏的位置划分 (9) 3数字水印的特性 (10) 3.1隐蔽性 (10) 3.2鲁棒性 (10) 3.3抗窜改性 (11) 3.4水印容量 (11) 3.5安全性 (11) 3.6低错误率 (12) 4典型数字水印算法 (12) 4.1空域算法 (12) 4.2PATCHWORK算法 (12) 4.3变换域算法 (13)
4.3.1基于离散余弦变换的数字水印 (14) 4.3.2基于离散小波变换的数字水印 (16) 4.4压缩域算法 (17) 4.5NEC算法 (19) 4.6生理模型算法 (19) 5数字水印应用领域 (20) 5.1数字作品的知识产权保护 (21) 5.2商务交易中的票据防伪 (22) 5.3证件真伪鉴别 (22) 5.4声像数据的隐藏标识和篡改提示 (23) 5.5隐蔽通信及其对抗 (23) 1数字水印的特点 作为数字水印技术基本上具有下面几个方面的特点： 1.1安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；当然数字水印同样对重复添加有很强的抵抗性。
数字水印技术概论 【摘要】本文就数字水印科学保护技术展开探讨，通过原理定义论述、领域背景介绍与应用探讨，明晰了技术核心应用价值。对促进数字水印技术的继续深化拓展，发挥对电子信息相关数据产品的可靠安全保护职能，有积极有效的促进作用。 【关键词】数字水印;应用;保护 0.前言 信息时代，各类信息化数字技术扩充发展，针对丰富数字信息的安全保护需求也日益扩充。基于数字文档可方便快捷的复制、篡改与盗取，因而令其产权保护面临一定困难。同时数字图像具有一定适应性特征，可供用户任意设计更新并为己所用。为此应科学探究一种良好的数据可靠加密保护技术，进而有效应对不良信息篡改、窃取、盗用问题。本文基于这一目标引入水印数字技术探讨，该技术通过印记图形加密有效保护版权信息，形成印记图形同原始保持一致，基于一定标准形成水印图像，进而探究非法复制信息、相关违规产品的不良流通应用。该技术核心特征在于潜入模式，是通过视觉设想推理阐释实效的科学方式。 1.数字水印技术概述 1.1数字水印技术原理内涵 数字水印技术是一类进行数据产品安全保护、信息内容科学检测，通过嵌入模式将相关序列代码或用户定义标识引入信息中，并可基于相关算法进行水印提取，进而实施保护信息版权检验的科学技术方式。可有效维护产权人享有的产品版权利益，杜绝非法盗版问题。数字水印技术所保护的对象可以是媒体，数据文档、工具软件、视频音频资料、信息图像等丰富内容，包括生成水印、相关嵌入过程、综合信息测试与提取水印等实践环节。 数字水印核心原理在于通过针对宿主进行标识信息嵌入形成水印，令其具备无法感知的良好属性，进而确保信息数据安全性。同时需要遵循相应感知规则，令水印信息具有充分冗余性，即可通过分段数据实现恢复。 1.2数字水印具体类别 数字水印基于出发点各异性，令其种类划分各不相同，并体现了一定的联系渗透属性。依据水印特征，可将其划分成健壮与脆弱水印。前者可服务于数字作品资源中进行著作权相应表述，通过水印嵌入可满足综合编辑实践需求。后者则可实现数据完整统一保护，基于对更新信号的敏锐反映性，可依据其水印状况进行数据信息安全程度分析判别。依据水印媒体，可将其分为图像、视频、音频水印、文本与网格水印形式。而基于检测流程，数字水印则包括明文与盲水印等。前者检测进程要利用原始信息，后者则应利用密钥。 基于水印不同内容，可将数字水印定义为有意义以及无意义形式。前者即水印自身同时代表数字图像或音频数据编码，而后者则仅仅代表序列号。 1.3数字水印技术服务应用领域 数字水印技术基于优质属性、科学原理，在数字化、信息化社会建设与市场经济发展中体现了较大的应用潜能，可在电子商务领域、多媒体技术服务、广播媒介中发挥综合优势。数字水印技术具备良好的版权保护功能，基于来源信息与版权内容嵌入，有效预防不良侵权行为，体现良好安全的版权保护能效，当然其实践应用对数字水印提出了显著的鲁棒性要求。同时，数字水印技术科有效实现
1. 引言 1.1 数字水印技术提出的背景 二十一世纪是数字时代，通信技术的迅速发展和计算机网络的普遍运用，使人们可以通过互联网收发信息，可以随时上传自己创作的数字图象、音乐、视频等作品，可以进行学术交流。 然而，也正是由于网络的这种便捷性、传播迅速的优点使其很容易被非法拷贝，导致数字产品的版权、完整性、有效性得不到保证，严重损害了创作者的利益。而一些具有特殊意义的数字信息，如涉及司法诉讼、政府机要等信息，更是遭到了不法分子地恶意攻击和随意篡改等，这一系列问题给当今科学家带来了巨大挑战。 基于以上类似问题，数字水印技术可以说是信息时代的特有产物，是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及保障信息完整性的新型技术，在音频、图像、视频制品中迅速得到广泛的研究和发展。 1.2 数字水印的基本特点 数字水印是加在数字图象、音频或视频中的微弱信号，这个信号是人们能够建立产品所有权、辨认购买者或提供数字产品的一些额外信息。具体说来，它们都具有以下共同的特征： 1. 不可感知性 对于数字水印的嵌入，应该对观察者没有视觉障碍，理想情况应该是水印图像与原始图像没有丝毫差别。 2. 鲁棒性 鲁棒性是指一个数字水印能够承受攻击的能力，一般来说数字水印方法是针对特定的攻击进行设计。 3. 安全性 水印技术的安全性是其最重要的特性，由于它的商业性，其算法必须公开，算法的安全性完全取决于密钥，而不对算法进行保密。 4. 计算复杂度 不同应用中，对于水印的嵌入算法和提取算法的计算复杂度要求是不同的，复杂度直接与水印系统的实时性相关。 5. 水印容量
水印容量是指载体数据字中可嵌入水印信息位的多少，可以从几兆到几个比特不等。 1.3 数字水印的应用]1[ 数字水印是以不可感知的方式嵌入到数字信息中的，总体来说它有以下应用：数字产品产权保护 这是数字水印最广泛的应用，将秘密的数字信号嵌入到有价值的数字文件中，这些数字信号是产权的标识，在不破坏数字文件的情况下不能被盗版者出去，起到了保护产权的作用。 1. 数据库标识 有时一些文件中提示数据的标识信息往往比文件本身更重要或者一些音像文件需要将说明注释（如字幕等）与音像本身结合起来，这就可以通过数字水印技术加以解决。 2. 文件内容鉴定 水印技术在鉴定数据建立者和鉴别数据内容有着特殊的运用，目的是检测数据是否被修改过或是否经过特殊的处理。 3. 系统升级 日常生活中常常涉及到旧装系统升级情况，这可以通过将“增强层”嵌入到所发送的数据中来给传统的信号发射系统升级。 4. 商务交易中的票据防伪 随着高质量图像输入输出设备的发展，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。目前，美国、日本以及荷兰都已开始研究用于票据防伪的数字水印技术。 5. 媒体侦破 这一运用的目的是提取对原始信号进行处理过的信息。例如，鉴定方法可以发现一幅图像被篡改过，但无法发现是怎样篡改的。媒体侦破技术就可以指出图像的哪部分被篡改了，指出被插入到原图像中的新对象等等。 1.4 数字水印技术的研究动态 随着多媒体技术和因特网技术的迅猛发展，一系列有关产权保护和信息安全的问题等亟待人们解决。数字水印技术便是二十世纪九十年代初出现的为解决这些问题的一门崭新的技术，也是近几十年来国内外专家和学者研究的一大热点。
宇飞数字水印技术及其应用介绍 单位：成都宇飞信息工程有限责任公司 注册地址：成都市科华北路153号宏地大厦8层B座 邮编：610041 公司负责人：华建和 联系电话：028-******** 139******** 电子邮箱：139016006@https://www.doczj.com/doc/bf2166239.html, 公司网址：https://www.doczj.com/doc/bf2166239.html,
目录 一、数字水印技术简介 ................................................................................................................... - 3 - 1、数字水印技术的特性 (3) 2、数字水印技术的优势 (4) 3、数字水印技术的核心及原理 (4) 二、宇飞数字水印技术的创新和商业应用状况 ........................................................................... - 6 - 1、与国际、国内同类技术研究相比我们的创新： (6) 2、宇飞公司数字水印的技术研究水平与差距 (7) 3、宇飞数字水印技术的商业应用状况 (7) 4、宇飞数字水印技术应用领域及商品化形态： (7) 1）数字水印用于印刷、打印防伪领域 (8) 2）数字水印用于版权保护领域 (15) 3）数字水印用于信息安全领域 (17) 三、公司简介及行业资质 ............................................................................................................. - 21 - 1、公司简介 (21) 2、首席专家简介 (22) 3、申请和获得的专利及标准 (22) 4、相关媒体报道 (23) 5、公司相关资质及荣誉 (24)
数字图像处理论文 姓名：郑婷婷 专业：电子通信工程 2011年 6 月 12 日
数字水印技术：概念、应用及现状 一、引言 随着信息时代的到来，特别是Internet的普及，信息的安全保护问题日益突出。当前的信息安全技术基本上都以密码学理论为基础，即将文件加密成密文，使非法用户不能解读。但随着计算机处理能力的快速提高，这种通过不断增加密钥长度来提高系统密级的方法变得越来越不安全。 另一方面，多媒体技术已被广泛应用，需要进行加密、认证和版权保护的声像数据也越来越多。数字化的声像数据从本质上说就是数字信号，如果对这类数据也采用密码加密方式，则其本身的信号属性就被忽略了。最近几年，许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线，尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密，并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。 二、数字时代的密写术—数字水印 数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 嵌入数字作品中的信息必须具有以下基本特性才能称
为数字水印：1、隐蔽性：在数字作品中嵌入数字水印不会引起明显的降质，并且不易被察觉。2、隐藏位臵的安全性：水印信息隐藏于数据而非文件头中，文件格式的变换不应导致水印数据的丢失。3、鲁棒性：所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。 数字水印技术的基本思想源于古代的密写术。人类早期使用的保密通信手段大多数属于密写而不是密码。然而，与密码技术相比，密写术始终没有发展成为一门独立的学科，究其原因，主要是因为密写术缺乏必要的理论基础。如今，数字化技术的发展为古老的密写术注入了新的活力，也带来了新的机会。尤其是近年来信息隐藏技术理论框架研究的兴起，更给密写术成为一门严谨的科学带来了希望。毫无疑问，密写技术将在数字时代得以复兴。 三、数字水印的分类 数字水印技术可以从不同的角度进行划分。 1．按特性划分 按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两类。鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，如作者、作品序号等，它要求嵌入的水印能够
数字信号处理课程设计报告 题目：语音信号水印技术系统设计 系（院）: 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 学年学期:2013 ~ 2014 学年第学期 2013年月日
摘要 随着网络和信息技术的发展，越来越多的数字多媒体信息通过网络进行传播，与传统的模拟媒体相比，数字媒体产品的编辑、复制和传播都很方便，它一方面促进了社会的进步与发展，另一方面正是这些优点突出了版权问题。由于数字多媒体信息很容易被未经授权的用户复制，且采用传统密码方法加密，不能完全解决盗版问题。 数字水印技术正是应运而生的信息隐藏技术，它通过特定的水印算法把版权信息嵌入在数字产品中，被嵌入的可以是一段文字、标识、序列号等等，人们无法从表面上感知水印的存在，只有专用的检测仪器或计算机软件才可以检测出隐藏的数字水印，从而达到了保护数字作品的所有者利益的目的，并促进了数字产品的开发与使用。在数字产品中，音频数据产品的版权保护也显得越来越重要，因为随着数字化音像制品和音乐制品的大量制作与发行，一个令人关注的突出问题是网上下载音乐对传统CD 业的巨大冲击。音频水印技术主要利用了人类听觉模型，在不影响音频信号质量的前提下，将水印信息隐藏在人耳不能感知的位置，来隐藏水印数据。本文主要研究语音信号水印技术，利用小波变换的优点和特性对音频信号嵌入水印，并提取。使嵌入水印音频想好具有良好的安全性，鲁棒性和不可感知性。 关键词数字水印嵌入提取小波变换
目录 1 课题综述 (1) 1.1数字水印技术的介绍 (1) 1.2 数字水印设计原理 (2) 2系统分析与设计 (3) 2.1涉及基础知识 (3) 2.2算法的流程图 (5) 2.3算法实现 (5) 3代码编写 (7) 3.1主要代码 (7) 3.2程序调试 (10) 3.3程序运行与测试 (10) 结论 (14) 致谢 (16) 参考文献 (17)
数字水印技术研究 摘要：数字水印技术作为信息安全、版权保护和信息认证的有力工具，已得到了广泛的关注和发展。本文介绍数字水印技术的原理与模型，分析水印技术的典型算法，阐述数字水印技术的应用与研究及其发展前景。 关键词：数字水印；信息安全；版权保护；稳健性 一、引言 随着计算机网络技术和通讯技术的发展，为数字化的媒体信息（文本、图像、音频、视频等）的存取、交换提供了极大的便利。迅速兴起的Internet以电子印刷出版、数字图书馆、网络视频和音频、电子商务等新的服务和运作方式为商业、科研、娱乐等带来了许多机会。随之而来的副作用是盗版者大量地复制及传播未经授权的数字产品内容，出于利益的考虑，数字产品的版权所有者迫切需要解决知识产权保护的问题。有数据显示，美国电影行业协会(MPAA)估计，盗版使美国电影业的年收入减少了25亿美元，美国唱片工业协会(RIAA)则估计全球每年因盗版而造成的损失高达50亿美元。 传统的版权保护系统多采用密码技术，依靠密码学技术对数字产品进行加密，只有合法用户（或授权用户）才拥有密钥，从而保证数字产品的安全。但是，这一方案存在一个重要问题，所加密的数字产品在解密后，没有有效的手段来保证其产品不被非法拷贝、再次传播和盗用，为了防止这种情况的发生，人们提出了新兴的概念——数字水印（digital watermarking）。数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向，是作为传统版权保护系统的有效补充手段，是一种可以在开放的网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新技术，是信息安全和版权保护的最后一道防线，引起了人们的高度重视，许多大学和国际科研机构正投身于研究之中,已成为信息安全领域的一个研究热点。 二、数字水印技术原理 1、数字水印的定义和基本特点： 数字水印是指永久镶嵌在其他数据（宿主数据）中的具有可鉴别性的数字信号或模式，并且不影响宿主数据的可用性[1]。而水印信号是一种特制的数字标记，一般包含版权所有者的标记或代码，以及能证实用户合法拥有数据的用户代码等基木信息，将它嵌入到数字图像、声音、视频等数字产品中，由此来确定版权拥有者、认证数字内容来源的真实性、识别购买者、提供关于数字内容的其他附加信息、确认所有权认证和跟踪侵权行为。 数字水印有以下特点：1)不可见性，也称透明性，指的是利用人类视觉系统HVS (Human Visual System)或人类听觉系统HAS (Human Audio System)属性，嵌入水印后图像无明显降质现象且水印在视觉或听觉上不可感知；2)稳健性，也称健壮性或鲁棒性，指数字水印应有抵御图像压缩、滤波、量化与增强、几何失真等外界攻击的能力；3)可证明性，即水印应能为受到版权保护的信息产品的归属或来源提供完全和可靠的证据，水印算法识别被嵌入到保护对象中的所有者的有关信息，并在需要的时候将其提取出来，并能够监视被保护对象的传播、真伪鉴别以及非法拷贝控制等；4)安全性，主要指水印不易被复制和伪造，能抵抗非法拦截和破解，即使受到非法攻击，仍能以极低的误差率进行检测和识别。其中，鲁棒性和不可见性是数字水印系统的两个重要特性，且是一对矛盾的特性，在算法设计上常常需要折衷考虑这两个方而特性的要求。 2、数字水印系统的理论模型 通用的数字水印系统包含两个基本的模块，即一个水印嵌入和一个水印提取(也称为水印检测系统)，数字水印嵌入的一般过程基本框架如图1所示[2]。
数字水印技术综述 【摘要】本文介绍了数字水印技术的基本原理。并对其特点、分类、攻击技术及应用领域进行了阐述，同时对数字水印的各种算法进行了分类研究与深入分析，最后指出数字水印今后的研究方向。 【关键词】数字水印；水印原理；水印算法；水印应用 １什么是数字水印 所谓数字水印（digital watermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。比如我们通过一定的算法，在图像、视频、音频等多媒体数据中嵌入一个可以标示其知识产权的水印信息。水印信息可以是文字、商标、印章或序列号等可以识别作品的作者、来源、版本、拥有者、发行人或合法使用人对数字产品的拥有权。水印信息通过特殊的方式，可以从宿主信号中提取出水印或是检测出它的存在性。这样的水印不占用额外的带宽，是原始数据不可分离的一部分，并且它可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来。 ２数字水印的特点 一般认为数字水印应具有以下特征：（1）鲁棒性：水印信号在经历多种无意或有意的信号处理后，仍能保持其完整性或仍能被准确鉴别的特性。（2）知觉透明性：数字水印的嵌入不应引起数字作品
的视/听觉质量下降，即不向原始载体数据中引入任何可知觉的附加数据。（3）水印容量(水印的位率)：数字水印应该能够包含相当的数据容量，以满足多样化的要求。（4）安全性：水印嵌入过程(嵌入方法和水印结构)应该是秘密的，数字水印是统计上不可检测的，非授权用户无法检测和破坏水印。对于通过改变水印图像来消除和破坏水印的企图，水印应该能一直保持存在，直到图像已严重失真而丧失使用价值。（5）实现复杂度低：数字水印算法应该容易实现。在某些应用场合(如视频水印)，甚至要求水印算法的实现满足实时性要求。（6）确定性：数字水印所携带的信息能够被唯一地、确定地鉴别，从而能够为已经受到版权保护的信息产品提供完全和可靠的所有权归属证明的证据。 ３数字水印的分类 数字水印按照嵌入的位置可分为空域数字水印、变换域数字水印；按照水印的检测方式可分为私有水印、半私有水印和公开水印；按照水印的抗攻击能力可分为易损水印、鲁棒水印；按照水印的选取形式可分为序列水印、标识信息水印、标志图像水印；按照水印的可见性可分为可见水印、不可见水印；按照载体数据的性质可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印等等。４数字水印的基本原理 数字水印包含两个基本方面：水印的嵌入和水印的提取或检测。水印可由多种模型构成，如随机数字序列、数字标识、文本以及图
数字水印技术的发展与应用 上海大学计算机应用技术蔡闻怡指导教师：丁友东 1．引言 信息媒体的数字化为信息的存取提供了极大的便利性，同时也显著提高了信息表达的效率和准确性。特别是随着计算机网络通讯技术的发展，数据的交换和传输变成了一个相对简单的过程，人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅速地将数字信息传输到所期望的地方。随之而来的副作用是这些数字形式的数据文件或作品使有恶意的个人和团体有可能在没有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容，例如，现代盗版者仅需轻点几下鼠标就可以获得与原版一样的复制品，并以此获取暴利；而一些具有特殊意义的信息，如涉及司法诉讼、政府机要等信息，则会遭到恶意攻击和篡改伪造等等。这一系列数字化技术本身的可复制和广泛传播的特性所带来的负面效应，已成为信息产业健康持续发展的一大障碍，目前，数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证问题变得日益突出，且已成为数字世界中一个非常重要和紧迫的议题。 密码技术是信息安全技术领域的主要传统技术之一，它是基于香农信息论及密码学理论的技术，现有的数字内容的保护多采用加密的方法来完成，即首先将多媒体数据文件加密成密文后发布，使得其在传递过程中出现的非法攻击者无法从密文获取机要信息，从而达到版权保护和信息安全的目的。但这并不能完全解决问题：一方面加密后的文件因其不可理解性而妨碍多媒体信息的传播；另一方面多媒体信息经过加密后容易引起攻击者的好奇和注意，并有被破解的可能性，而且当信息被接收并进行解密后，所有加密的文档就与普通文档一样，将不再受到保护，无法幸免于盗版。换言之，密码学只能保护传输中的内容，而内容一旦解密就不再有保护作用了。因此，迫切需要一种替代技术或是对密码学进行补充的技术，它应该甚至在内容被解密后也能够继续保护内容。这样，人们提出了新兴的信息隐藏的概念——数字水印( )。数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向，是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术，创作者的创作信息和个人标志通过数字水印系统以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒体中，人们无法从表面上感知水印，只有专用的检测器或计算机软件才可以检测出隐藏的数字水印。 在多媒体中加入数字水印可以确立版权所有者、认证多媒体来源的真实性、识别购买者、提供关于数字内容的其它附加信息、确认所有权认证和跟踪侵权行为。它在篡改鉴定、数据的分级访问、数据跟踪和检测、商业和视频广播、数字媒体的服务付费、电子商务认证鉴定等方面具有十分广阔的应用前景。自年以来，该技术已经引起工业界的浓厚兴趣，并日益成为国际上非常活跃的研究领域。 最初提出数字水印的目的是为了保护版权，然而随着数字水印技术的发展，人们发现了更多更广的应用，有许多是当初人们所没有预料到的。下面列出了七种已提出的或实际的水印应用：广播监控、所有者鉴别、所有权验证、操作跟踪、内容认证、拷贝控制和设备控制。 （）广播监控：通过识别嵌入到作品中的水印来鉴别作品是何时何地被广播的。 （）所有者鉴别：嵌入代表作品版权所有者身份的水印。 （）所有权验证：在发生所有权纠纷时，用水印来提供证据。 （）操作跟踪：用水印来鉴别合法获得内容但非法重新发送内容的人。
数字水印技术研究 摘要 伴随着计算机网络的发展，信息媒体的数字化为信息的存取提供了巨大的便利，显著提高了信息表达的效率和准确性。但是同时也带了了一些负面影响，一些别有企图的个人和团体在没有得到原作者的同意的情况下复制和传播有版权的数据文件或作品。所提数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证等问题变得日益突出，变成一个急需解决的议题。密码技术是信息安全技术领域的的主要传统技术之一，但是此方法有缺点：一是加密后的文件因不可理解性从而妨碍信息的传播。而是一旦被解密后，文件就不再受保护。所以需要一种代替技术或者是对密码学进行补充的技术，这是，数字水印技术被提出了。 数字水印技术是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及数据完整性的新兴技术，原作者的创作信息和个人标致通过数字水印系统以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒体中，从而使人们无法从表面上感知水印，只有专用检测器或软件才可以检测出隐藏的数字水印。水印的存在要以不破坏原本数据的欣赏价值、实用价值为原则。 数字水印技术基本特征主要有：鲁棒性、不可见性=不可检测性、自恢复性。 数字水印的主要应用领域有版权保护、盗版跟踪、图像认证、票据防伪、标题与注释、拷贝保护。 数字水印按特点划分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印；按水印所负载的媒体划分分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水银一级用于三维网络水印等；按检测过程划分分为铭文水印和盲水印；按内容划分分为有意义水印和无意义水印；按用途划分分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽表示水印；按水印隐藏的位置划分分为时空域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度与数字水印。 尽管人们都在努力发展和完善数字水印技术，但水印技术仍然没有完全成熟和广为人们理解，而且还有很多问题没有得到解决。尽管水印技术很难在短期内取得突破，但是，鉴于水印技术的广泛的应用价值，有必要对数字水印做一番深入研究。 目录 1数字水印的特点 (2) 2.2按水印所附载的媒体划分 (3) 2.3按检测过程划分 (3) 2.4按内容划分 (3) 2.5按用途划分 (3) 2.6按水印隐藏的位置划分 (3) 3数字水印的特性 (3) 3.1隐蔽性 (3) 3.2鲁棒性 (3) 3.3抗窜改性 (4) 3.4水印容量 (4) 3.5安全性 (4) 3.6低错误率 (4) 4典型数字水印算法 (4)