第!&卷第# 期阿坝师范高等专科学校学报!""#年&!月
数字水印技术研究综述
杨兴江
)阿坝师专数学系，四川汶川*!%"""+
,摘要- 数字水印技术提供了一种解决网络环境下多媒体文挡版权保护的方案，目前已经成为了国际研究热点。本文简单讨论了数字水印的概念、特征、分类和应用，全面分析了现有的典型的水印算法，提出了数字水印下一步的发展方向。
,关键词- 信息隐藏；版权保护；数字水印
,中图分类号- ./%$&0#&,文献标识码- 1,文章编号- &""2—#&#!（!""#）"#(""$3("#
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&0引言
随着O9>A B9A>的普及和电子商务与电子政务的迅猛发展，给社会带来方便的同时，信息的安全保护问题也变得日益突出。盗版者能以低廉的成本复制及传播未经授权的数字产品的内容，数字产品的所有者迫切需要有办法解决知识产权保护的问题。传统的数字产品保护方法主要采用加密的手段，非法用户不能解读。然而，仅采用加密技术有一个重大缺点：即一旦密文被授权用户解密后，非法的复制与传播就变得非常容易了。为了弥补这一缺点，人们提出了数字水印技术。的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字产品防伪的有效手段。数字水印技术目的是鉴别出非法和盗用的数字产品，从而确保数字产品版权所有者的合法利益。因此，数字水印技术一经提出就迅速成为了热点研究问题，出现了许多水印方案，也有许多公司已推出了数字水印的产品。
本文简单介绍数字水印的概念、特征与分类，重点分析了现有的水印算法，给出了数字水印的重要应用，对数字水印技术未来研究方向进行了展望。
!0数字水印技术特性及其分类
数字水印（=8:8>A B C
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字产品版权保护技术，它将特定意义的标记（水印）不可感知地嵌入被保护的数字产品（数字图像、音频、视频和文档）中，在产生版权纠纷时，通过相应的算法提取该数字水印，用以证明著者对其数字产品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的依据，同时通过对水印的检测和分析来保证数字信息不同的应用对数字水印系统的要求不尽相同，对数字水印系统的特性理解也会随应用的不同而变化。一般认为数字水印应具有如下特点：
（&）鲁棒性：指不因数字产品的某种改动而导致水印信息丢失的特性。
（!）不可感知性：数字水印应是不可知觉的，
收稿日期!!""#""$"!%
作者简介!#$%&&$’&(’()(*+,-.(/01234561(789:;<=>?@A B?@CD!E F G H(3I J K(L M E F N O B
,4/(（-D,，-）（!）被唯一的鉴别确定，而且在遭到攻击时，确认所有
者等信息的精度不会太多降低。
$%$%数字水印的分类
数字水印的分类方法有很多，分类的出发点不同导致了分类的不同，它们之间是既有联系又有区别。最常见的分类方法有以下几类：&）按水印特性划分为可见水印和不可见水印，其中不可见水印又包括脆弱性水印（或易碎水印）和稳健性水印；$）按水印所附载的载体数据划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印；!）按水印的检测过程划分为非盲水印、半盲水印和盲水印；"）按水印内容划分为有意义水印和无意义水印；#）按用途划分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印；’）按水印隐藏的位置划分为时（空）域数字水印和变换域数字水印，其中变换域数字水印又包括()* 域、(+*域和(,*域。
!%数字水印原理与典型水印算法
对于数字水印嵌入和提取算法，纵观近几年来相关的报道和文献，从整体框架构思到具体实现细节，可以说是百花齐放，设计思想取决于研究人员的研究背景和不同的研究角度。一般来讲可依据数字水印所附载的载体数据划分为图像水印算法、音频水印算法、视频水印算法、文本水印算法和三维网格水印算法。本文主要以图像水印算法为主分析一些典型水印算法及其特点。
!%&数字水印一般原理
通用的数字水印算法包含两个基本方面：水印的嵌入和水印的提取或检测。水印可由多种模型构成，如随机数字序列、数字标识、文本及图像等。从鲁棒性和安全性考虑，常常需要对水印进行随机化以及加密处理。设- 为数字作品，,为水印，.为密
）/"&，,不存在
或（
),，,4E=，!（"）
1，,不存在
其中,4为提取的水印，.为密码，函数) 做相关检测，!为决策阈值。这种形式的检测函数是创建有效水印框架的一种简便方法。检测器的输出结果如充分可信则可在法庭上作为版权保护的潜在证据。那么这实际上要求水印的检测过程和算法应该完全公开。
!%$典型的数字水印算法
数字水印技术的研究主要集中于图像、音频、和视频等方面。图像水印技术是研究的最为广泛和最为成熟的水印技术之一，音频水印技术和视频水印技术的很多算法思想都来源于图像水印技术。而文本文档在结构上同数字图像、数字视频、数字音频等数字作品有很大的不同，所以文本水印算法应根据文本文档的结构来设计。本文图像水印为例来说明典型的数字水印算法。
!%$%&空域算法
空域图像水印技术是在图像的空间域中嵌入水印的技术。实现该技术的最简单和有代表性的空域算法是用水印信息代替图像的最低有效位56789或者多个位平面的所有比特的算法。&::!年，*;<=>? 等人提出了数字图像水印的一种方法。该方法将序列的伪随机信号以编码形式的水印嵌入到灰度图像数据的678 中。为了能得到完整的678 位平面而不引入噪声，图像经过自适应直方图处理，首先将每个像数值从@A;B压缩为C A;B，然后将编码信息作为第@ 个比特（即像数值的678）。该方法是单个678 编码方法的扩展，在单个678 编码方法中，678 直接被编码信息所代替。
由于678 位平面携带有水印，因此在嵌入水印图像没有产生失真的情况下，水印的恢复直接从含水印图像的678 位平面提取即可，而且这种方法是
码，那么处理后的水印,!/（+-，,，.）由函数定义如下：
（&）
盲水印算法。但是由于使用了图像不重要像数位，
在水印的嵌入过程如下：设有编码函数0，原
第Z 期杨兴江：数字水印技术研究综述!"
!"#算法出现的缺陷，一些研究人员对空域图像水印技术进行了改进，使算法的稳健性和安全性得到了提高。最为著名的是$%%&年#’()’*等人提出的+,-./01*2算法。这是一种统计算法，即在一个载体图像中嵌入具有统计特性的水印。+,-./01*2算法的水印嵌入过程是利用一个密钥 2 和伪随机发生器来选择3 对像数点，将每个补丁,!处的亮度
其中U! ，U;! 分别是修改前和修改后的频域系数，,是缩放因子，0!是第! 个信息水印位。一般说来，乘法准则的抗失真性能要优于加法准则。水印的检测是通过计算相关函数实现的。从嵌入水印的图像中提取M;! 是嵌入规则的逆过程，把提取出来的水印同原水印作相似性运算，与指定的阈值比较，可确定是否存在水印。这是鲁棒性水印的奠基性算法，得到了广泛的使用。随后许多人在此基础上进行了大量的工作，结合基于分块J L K的图像压缩算法，将水印嵌入到受攻击影响最小的系数中，结合人类视觉特性，设计图像自适应图像水印算法。下面是一些典型的J L K域算法。在给定噪声敏感指数的局部感知分类器基础上，K,1等提出了一种自适应J L K水印技术；+1)P W./X2等提出了可
值提高!，! 的取值一般取值为45& 的$6756之间，每个8! 处的亮度值降低同样的值!，这样整个图像的平均亮度保持不便。水印的检测过程是对含有水印的图像利用同样的密钥 2 和伪随机发生器
来选择3 对像数点9,!8!:
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感知水印的方法；#,*(P等提出一种利用Y U"（
类视觉特性）的基于J L K的水印算法。
4I小波域9J M K域:图像水印算法
人
当( 的值很大时，有@9";
(
:!4(!（&）而在不知道密钥 2 的情况下，随机选取像数
对，假设它们是独力同分布，就有@9";
(
:!A（B）
这就表明，只有水印嵌入者或授权者可以对水印进行正确检测，攻击者无法判断图像中是否含有水印。适当的调整参数，+,-./01*2算法对C+@D 压缩、E F G滤波以及图像裁剪有一定的鲁棒性，但该方法嵌入的信息量有限。为了嵌入更多的水印信息，可以将图像分块，然后对每个图像块进行嵌入操作。
HI4I4 变换域算法
由于图像空域中嵌入水印固有的不足，其稳健性不是很好，为了改变空域水印的缺点，人们提出了在图像变换域中加入水印的方法，最常用的变换域有J EK域、J L K域和J M K域。该类算法中，大部分水印算法都采用了扩频通信技术。
$I J L K域图像水印算法
基于典型的J L K域算法是由L1N等人提出的一种基于J L K变换的扩频水印技术。它将要嵌入的信息位用伪随机信号调制成O 个实数组成的伪随机序列，呈平均值为A，方差为$ 的正态分布。这样将水印能量分散到一个很大的频率范围，而在每个频率上值很小。然后对图像做离散余弦变换9J P Q.*’-’L1Q P(’K*,(Q R1*S,-P1(T 简称J L K 变换:，得到图像的频率域形式。它利用一些嵌入规则将扩频序列（扩频后的水印信号）加入到图像的J L K变换后视觉重要系数中。目前，最常用的嵌入规则如下：
由于O+@D>Z以及C+@D>4AAA压缩标准的公布，小波已成为其核心技术，基于小波域的水印算法也越来越多。在小波域嵌入水印的原因是：可以防止由于C+@D>4AAA有损压缩而造成的水印消除；可以利用信源编码领域对图像失真的可见性研究成果来控制水印的嵌入位置和强度；可以实现在压缩域直接嵌入水印。此外，利用小波多分辨分析可以更好地控制水印在宿主中的分布，更好地解决鲁棒性和可见性之间的矛盾。
[X()X*等人描述了一种基于小波融合的水印嵌入方法。它的方式是在不同的分辨率水平下将水印和图像的小波系数相加。在相加之前，水印的小波系数使用一种人类视觉模型约束进行调制。
\P,等提出一种基于小波变换的分层水印提取过程，分层提取的目的是当水印图像失真不严重时节约计算时间。基本思想是利用小波变换9J M K:将接收到的图像与原始图像分解成四个子带（即一层分解）T然后计算加在YY$ 子带中的水印和接收图像与原始图像小波系数之差的互相关。如果互相关中有一个峰值，则认为检测到一个水印；否则，考虑同一层上的其它子带（即Y!$和!Y$）。如果仍检测不到水印，则计算下一层J M K（即第二层分解），再检测水印。该过程一直执行到检测到水印或计算到最后一层J M K。目前基于J M K的算法层出不穷。
ZI 水印的主要应用领域
（$）版权保护：目前版权保护可能是水印最主要的应用领域。数字作品的所有者用密钥产生一
U;! 的发展，特别是精度超过"!##$%&的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。在彩色打印机、复印机输出的每幅图像中加入唯一的、不可见的数字水印，在需要时可以实时地从扫描票据中判断水印的有无，快速辨识真伪。还可以嵌入可以标识打印机或复印机的序列号，以便作为伪造追踪的线索。 （’）内容认证：通过使用那些很难被检测到的方法，使得篡改数字作品变得越来越容易。内容认证的目的就是检测对数字作品的修改。可用脆弱水印来实现认证。可以简单的认为脆弱水印是一种当作品发生任何形式的改变后变得不可测的标志。如果从作品中检测到一个非常脆弱的水印，那么说明作品没有被修改，至少没有被意外地修改。该类水印还可以对数字作品被篡改的地方进行定位，甚至有的算法还能够将被篡改的内容进行部分恢复或全部还原。 （(）标题与注释：数据的标识信息有时比数据本身更具有价值，如遥感图像的拍摄日期、经)纬度等。没有标识信息的数据有时甚至无法使用，但直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。将作品的标题、注释等内容以水印形式嵌入该作品中，于是标识信息在原始文件上是看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。 （*）操作跟踪：在此应用中，水印记录了带水印作品在复制过程中发生过的一步或更多步操作。为了防止非授权的拷贝制作和发行，出品人可在每个合法拷贝中加入不同的+,或序列号即数字指纹。一旦发现非授权的拷贝，就可根据此拷贝所恢复出来的指纹来确定它的来源。对这种应用领域来说，水印不仅需要很强的鲁棒性，而且还要能抵抗共谋攻击。 （-）拷贝保护：这种应用的一个典型例子是,., 系统，在该系统中，数据中的水印含有拷贝信息。一个符合要求的,., 播放器不允许重放或拷这方面的研究思路一直未能突破0文件加密0的思维 模式，然而，经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余，可以进行各种时（空）域和变换域的信息隐藏，从而实现隐蔽通信。 数字水印的发展方向 *1 尽管人们都在努力发展和完善数字水印技术，使数字水印技术从实验阶段走向实用阶段。但许多水印算法无法抵抗攻击，而且目前水印技术还缺少相关的标准或协议，这些都妨碍了数字水印技术的进一步推广和被广泛的人们所理解。但是，鉴于水印技术的重要的应用价值，已经吸引了许多一流的研究者对该领域进行了广泛的研究。未来值得关注的研究领域有以下几个方面： （"）基本理论和算法研究：数字水印技术的基本理论和算法研究一直都是研究的重点，但目前数字水印技术的研究中的模型和理论尚处于雏形阶段，还未像密码学那样有一套完整的理论体系。将来需要继续修改和完善的研究有：信息容量、安全快速嵌入水印算法、快速检测及提取水印算法、特别是适合网络环境的安全快速水印嵌入与检测算法、水印攻击方法极其对策、水印性能评估和水印标准或水印协议研究。 （!）分级水印研究：根据不同的数字产品内容分等级插入水印，即对较重要的内容和对安全性要求高的内容插入强度大，安全性好的水印，而对不太重要的内容和对安全性要求不高的内容插入强度小安全性一般的水印，以适应实际应用的要 求，这种分安全等级的水印方案有助于提高效率，也间接增强了水印的安全。 （’）动态水印研究：研制出动态水印或具有交互性质的数字水印，可以修改水印内容或者通过水印来实现某些控制如：读取、拷贝等操作权限控制。这种水印中有可执行内容，在网络环境中可以通过在水印中加入2343 应用小程序或含有特定567 等方法来实现。 图 ! 阿坝师范高等专科学校学报 ONNX 年 !"# 如图 ! 所示： 的形式化工具表达需求，无论是对于分析者、设计 者还是用户，都将比文字描述更容易让人理解，也 就更能达到准确表述需求的目的。 当然，结构化的方法也在这个系统的分析过程 中暴露出了一些弱点，比如，这个系统中有频繁的 人机交互活动，对桌球台的灯的开关控制、对营业 信息的查询、对相关信息的修改等，这些都是时常 发生的人机交互活动，它们的输入命令、操作方式、 输出格式等都是用户需求的重要方面，而用数据流 图不适合描述这种需求，因此对该方法我们还应该 有相应地补充，在这里就是通过设计相关的人机界 面来进行说明的（ 如图 !）。 总之，软件开发的方法多种多样，如何在实践 中快速地找到一种适合开发当前系统的方法，这是 每个软件开发者面临的强大挑战。 参考文献F ,-.邓良松、 刘海岩、陆丽娜编9 软件工程,4.9西安：西安 电子科技大学出版社，O NNN 9 ,O .齐治昌、 谭庆平、宁洪9软件工程,4.9北京：高 等 教 育 出版社，O NN X 9 ,M .刘炳文9 ;7K ’58 Y 5K 7E 程序设计教程（第二版）9,4.9北 京：清华大学出版社3O NN M 9 M 9小结 采用结构化的分析方法完成了该系统初步的 需求分析，在整个过程中体会到了该方法“ 抽象” 和“ 分解” 的基本思想对系统分析的有利指导意 义。首先，通过对娱乐城这个现实世界所涉及的问 题进行抽象，我们就能很快得到当前系统的一个逻 辑模型，有了这个模型基础，就能把握住待分析问 题的关键，接下来就能有重点、有步骤地进行分解， 逐步完成细节的添加。其次该方法采用了图形这样 （上接第 !" 页）#$% 技术、数字认证、数字签名或者 数字信封等技术一起使用，才能构造综合的数据安 全体系，才能抵抗各种攻击。 其应用在混合多媒体文档外，还可以研究其它非多 媒体数字水印技术，如关系数据库的非数值属性数 字水印技术等。 （ &）第二代水印：$’(()* 将空域、频域和其 它 变换域水印算法统称为第一代水印，指出第一代水 印的缺点在于没有将水印信号直接嵌入在视觉重 要成分中。并首次提出第二代水印的概念，即在水 印处理过程中利用重要的数据特征。如图像的边 缘、边角点和纹理区域等。 （ +）与其它领域的先进技术相结合：随着水印 研究的不断深入，其它领域的先进思想和技术必然 会被引入到水印领域。例如：混沌理论、神经网络理 论、粗糙集理论、模糊集理论和分形理论。非多媒体 数字水印技术研究：除了研究适应一类数字媒体的 水印算法与同时适应多种数字媒体的水印技术，使 参考文献： ,-./01 %2345(( 6 4788)*9: *);7)< 0= <5()*>5*?7@A 5@B (C ) 7>D 0*(5@E ) 0= D )*E )D (’58 >0B )87@A 9%@F G #%H #*0E ))B 7@A 0@ I ’>5@ J 7K 70@ 5@B H 8)E (*0@7E %>5A 7@A 3 -!!L 3 M N -+F !O P !!9 ,O .%929/01329$7875@3Q 96)7A C (0@35@B Q 9G C 5>00@3G )E ’*) G D *)5B G D )E (*’> R 5()*>5*?7@A =0* 4’8(7>)B 753S H / T )K )5*E C %@K (7(’()3Q )E C @7E 58 T )D 0*( !&U -N 9 ,M .张春田3苏育停3管晓康9 多媒体数字水印技术9 通 信 学报3 O -V !WF X +U &O 3 O NNN 9 ,X .王炳锡， 陈琦等，数字水印技术，西安电子科 技 出 版 社，O NN M 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。 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。 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。 数字水印技术概论 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 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盗版跟踪，通过在合法拷贝中嵌入相应数字指纹信息，进行非法拷贝检测，可通过指纹信息恢复明确操作源头，进而有效抵御盗版侵权行为。通过数字水印应用可进行图像认证，实施数据信息变更测试，利用水印满足认证需求。对于各类较易篡改伪造的机打票据，可应用数字水印技术进行防伪跟踪，针对打印机图像输出，将其可识别序列号加入，进而形成良好的防伪跟踪处理。数字水印技术还可实现优质拷贝保护应用，可引入DVD系统，基于拷贝信息明确相关水印数据是否应进行重复播放或实施拷贝。 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 数字水印的历史及国内外发展现状 一般认为，数字水印起源于古老的水印技术。这里提到的“水印”技术是指传统水印，即印在传统载体上的水印，如纸币上的水印、邮票股票上的水印等，将它们对着光照我们可以看到其中隐藏的图像。这些传统的“水印”用来证明其内容的合法性。大约700年前，纸水印便在意大利的Fabriano镇出现[1]，这些纸水印是通过在纸模中加细线模板制造出来的。纸在存在细线的区域会略微薄一些，这样也会更透明一些。到了18世纪，在欧洲和美国制造的产品中，纸水印已经变得相当的实用了。水印被用作商标，记录纸张的生产日期，显示原始纸片的尺寸。大约也是这个时期，水印开始用于钱和其它文件的防伪措施。纸水印的存在既不影响美感，也不影响纸张的使用。中国是世界上最早发明造纸术的国家，也是最早使用纸币的国家。宋真宗在位时（公元998－1021年），四川民间发明了“交子”[2]。交子正面都有票人的印记，有密码画押，票面金额在使用时填写，可以兑换，也可以流通。可以说交子上的印文既包含水印技术也包含消隐技术。 事实上，正是由于纸张水印和消隐技术的特性才真正地启发了在数字环境下水印的首次使用。数字水印的产生最早可追溯到1954年，它的产生源于对数字产品的保护。在1954年，Muzak公司的埃米利.希姆布鲁克(Emil Hembrooke)为带有水印的音乐作品申请了一项专利。在这项专利中，通过间歇性地应用中心频率为1kHz的窄带陷波器，认证码就被插入到音乐中。该频率上能量的缺失表征使用了陷波滤波器，而缺失的持续时间通常被编码为点或长划，此认证码使用了莫尔斯电码。此系统被Muzak公司用到了1984年前后[3]。1961年美国专利局这样描述了该项发明： 此发明使对音乐作品进行确证成为可能，从而制定出了一个防止盗版的有效途径，这也可以比作纸币中的水印。 从那时起，人们开始发展大量的水印技术并由此展开了各种各样的应用，人们对于嵌入信号的兴趣就这样持续了35年，此期间水印被应用于广告认证和设备控制上。例如，在1979年，Szepanski[4]描述了一种机械探测模式，它可以用在文件上起到防伪效果。九年后Holt等人[5]阐述了一种在音频信号中嵌入认证码的方法。但这时的数字水印只是作为一种版权认证的工具，并没有成为一门科学。直到20世纪90年代初期，数字水印才作为一个研究课题受到了足够的重视。1993年A. Z. Tirkel等所撰写的“Electronic water mark”[6]一文中首次使用了“water mark”这一术语。这一命名标志着数字水印技术作为一门正式研究学科的诞生。后来二词合二为一就成为“watermark”，而现在一般都使用“digital watermarking”一词来表示“数字水印”。现在我们所说的“水印”一般指的都是数字水印。 数字水印技术自93年被提出以来，由于其在信息安全和经济上的重要地位，发展较为迅速，世界各国的科研机构、大学和商业集团都积极的参与或投资支持此方面的研究。如美国财政部、美国版权工作组、美国洛斯阿莫斯国家实验室、美国海陆空研究实验室、欧洲电信联盟、德国国家信息技术研究中心、日本NTT信息与通信系统研究中心、麻省理工学院、南加利福尼亚大学、剑桥大学、瑞士洛桑联邦工学院、微软公司、朗讯贝尔实验室等都在进行这方面的研究工作。IBM公司、日立公司、NEC公司、Pioneer电子公司和Sony公司等五家公司还宣布联合研究基于信息隐藏的电子水印。 国际学术界陆续发表了许多关于数字水印技术方面的文章，几个有影响的国际会议（例如IEEE，SPIE等）及一些国际权威学术期刊（例如Signal Processing等）相继出版了有关数字水印技术的专题。1996年5月，国际第一届信息隐藏学术讨论会[10](International Information Hiding Workshop, IHW)在英国剑桥牛顿研究所召开，至今该研讨会已举办了五 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。 （重庆邮电大学2014-2015学年第一学期）信息隐藏技术课程 期末大作业 学号： 2011211650 2011211651 姓名：曾湘宇黄明雄 班级： 0441102 成绩评定： 数字水印技术综述 摘要 现今数字时代的到来，多媒体数字世界丰富多彩，数字产品几乎影响到每一个人的日常生活。如何保护这些与我们息息相关的数字产品，如版权保护、信息安全、数据认证以及访问控制等等，就被日益重视及变得迫切需要了。借鉴普通水印的含义和功用，人们采用类似的概念保护诸如数字图像、数字音乐这样的多媒体数据，因此就产生了“数字水印”的概念。所谓“数字水印”是往多媒体数据中添加的某些数字信息，比如将在数码相片中添加摄制者的信息，在数字影碟中添加电影公司的信息等等。与普通水印的特性类似，数字水印在多媒体数据中（如数码相片）也几乎是不可见的，也很难被破坏掉。因此数字水印在今天的计算机和互联网时代大有可为。数字水印技术还有很多其它用途，并且其应用领域还在不断扩大。要完整地说明数字水印应用的未来还不可能，但是业界对数字水印技术在复制保护和纸质媒介上的应用有了越来越大的兴趣，比如用比如水印技术保护钞票、支票、发票等等。除了技术发展，市场营销和商业规划也极为重要，并且需要有深度的分析与战略计划。技术推广和普及也必不可少，以保证市场为接受数字水印技术做好准备： 关键词：数字水印，水印攻击，FCM算法，应用，前景 目录 第一章前言 (2) 1.1问题背景 (2) 1.2问题分析 (2) 1.3小组分工 (3) 第二章数字水印技术 (4) 2.1为什么要用数字水印? (4) 2.3数字水印的起源 (6) 2.3发展历史 (6) 2.4国内外研究现状 (7) 2.5数字水印的概念 (7) 2.6数字水印的要素 (9) 2.7数字水印的优点 (10) 2.8数字水印的应用 (11) 2.8.1数字版权保护（DRM） (11) 2.8.2多媒体认证和篡改检测 (11) 2.8.3数字指纹和盗版追踪 (12) 2.8.4拷贝控制和访问控制 (12) 2.8.5广播监视 (12) 2.8.6商务交易中的票据防伪、电子印章 (12) 2.8.7隐蔽通信及其对抗 (13) 第三章常见的水印攻击方法 (14) 3.1基本攻击 (14) 3.2共谋攻击 (14) 3.3几何攻击 (14) 3.4马赛克攻击 (14) 3.5解释攻击(又称IBM攻击) (15) 3.6合法性攻击 (15) 第四章数字水印的算法 (16) 4.1空间域水印算法 (16) 4.2变换域水印算法 (16) 4.3 NEC算法该算法 (17) 4.4其他一些水印算法 (18) 4.5一个简单的数字水印算法 (19) 第五章总结与前景展望 (23) 总结 (23) 数字水印的未来 (23) 参考文献 (234) 数字音频水印技术研究综述X 王向阳1o,杨红颖1 (1辽宁师范大学计算机与信息技术学院,116029,辽宁省大连市;o中国科学院软件研究所信息安全国家重点实验室,100039,北京市) 摘要:对数字音频水印技术的相关概念和现有各类算法进行了较为系统地描述与分析,并对数字音频水印技术的未来发展方向和前景进行了预测,以期进一步推动我国在此前沿领域的研究工作. 关键词:知识产权保护;数字音频水印;透明性;鲁棒性 中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1001_5337(2005)04_0119_06 1前言 伴随着网络技术(特别是Internet技术)与多媒体技术的飞速发展,数字信息的传输与利用日益变得频繁与广泛.鉴于数字信息极易被无限制任意编辑、复制与散布,从而导致数字媒体作品的原创者蒙受巨大经济损失,数字作品的知识产权保护已经成为一个迫切需要解决的关键问题.而传统加密技术只能提供小范围保护,且具有安全性不足和流通性较差等弱点.数字水印(Digital Watermarking)作为一种潜在的解决方案受到了广泛关注,并成为国际学术界研究的一个热点[1].所谓数字水印技术,就是将一种特殊标志信息(伪随机序列或可识别图案文字)嵌入到数字媒体中,用以辨识数据的版权、合法使用者,从而认证或控制数据的使用.数字水印的分类方法多种多样.依据应用范围,通常可以把数字水印技术划分为图像水印技术、视频水印技术和音频水印技术. 近几年,对图像水印技术和视频水印技术(尤其是图像水印技术)的研究很多,而对于数字音频水印技术的研究却鲜有报道[2,3],这是由于:￥与图像和视频相比,音频信号在每个时间间隔内采样的点数要少得多,意味着音频信号中可嵌入的信息量要比可视媒体少得多.|人类听觉系统(HAS)要比人类视觉系统(HVS)灵敏得多,听觉上的不可知觉性实现起来要比视觉上困难得多.§数字音频水印对信号的同步有比较高的要求.然而,随着MP3、MPEG、AC-3等新一代压缩标准的广泛应用,对数字音频作品(例如音乐作品等)的知识产权保护显得越来越重要. 为了推动数字音频水印技术研究领域的发展,本文通过系统整理分析相关研究文献,对数字音频水印技术的相关概念、研究现状、未来研究方向进行了综述. 2数字音频水印技术简介 2.1典型数字音频水印系统模型 一般说来,完整的数字音频水印系统包括三个基本方面:水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或检测.数字音频水印技术实际上是通过对原始数字音频的分析、水印信息的预处理、嵌入位置的选择、嵌入方式的设计、嵌入调制的控制等几个相关技术环节进行合理优化,寻求满足透明性、安全可靠性、鲁棒性等诸条件(参见2.2节)约束下的准最优化设计问题.而作为数字音频水印信息的重要组成部分)))密钥,则是每个设计方案的一个重要特色所在.往往可以在水印预处理、嵌入位置选择和调制控制等不同环节入手完成密钥的嵌入. 整个数字音频水印系统[4]的基本框架如图1和图2所示. 图1展示了数字音频水印的嵌入过程.该系统的输入是水印信息W、原始数字音频I和一个可选的私有公有密钥K.其中水印信息可以是任何形式 第31卷第4期2005年10月 曲阜师范大学学报 Journal of Qufu Normal University Vol.31No.4 Oct.2005 X收稿日期:2005-10-04 基金项目:辽宁省自然科学基金(20032100)和信息安全国家重点实验室开放基金(03-02)资助. 作者简介:王向阳,男,1965-,硕士,教授;主要研究方向:网络信息安全技术、多媒体信息处理技术. 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/f411623368.html, 公司网址：https://www.doczj.com/doc/f411623368.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) 第24卷第1期重庆工商大学学报(自然科学版)2007年2月Vol.24 No.1J Chongqing Technol Business Univ.(Nat Sci Ed)Feb.2007 文章编号:1672-058X(2007)01-0086-06 图像数字水印技术综述 罗建禄1,杨 丹2,杨 娟1 (1.重庆大学数理学院,重庆400044;2.重庆大学软件学院,重庆400044) 摘 要:介绍了图像数字水印技术的概念与特点,从图像数字水印技术的系统模型、常见的典型算法和水印攻击方法等方面论述了图像数字水印技术的研究现状,讨论了图像数字水印技术的应用领域,展望了未来发展及研究方向。 关键词:图像数字水印;版权保护;应用领域;发展方向 中图分类号:TP391 文献标识码:A 信息技术和计算机网络的迅速发展,使包括图像在内的数字媒体信息的交流达到了前所未有的深度和广度,与此同时,也使得在网上传播的图像的版权保护和服务认证面临着日益严峻的挑战。 为了保护数字媒体的知识产权,以前人们采用了将数据加密的方法,使得只有掌握密钥的授权用户才能解密数据,从而使用数字媒体产品。但这种方法只能控制用户是否能够存取数据,与数据本身并无直接关系,因此一旦被破解,这些数据就会很轻易地被修改、复制、传播。为解决这个隐患,人们又提出了新的知识产权保护手段———数字水印。数字水印是将一段标志版权所有者的信息嵌入到要保护的媒体中,但在这个过程中通常采用特定的技术手段使被嵌入的信息不会被人感知到,只有知识产权的所有者才能通过检测器确定数字水印是否存在。作为信息隐藏技术在计算机领域的一项重要应用,数字水印具有双重安全性,即水印的添加与否具有不可知性以及水印提取受密钥的保护,因而非常适用于信息安全问题,它为保护多媒体信息的版权及信息的合法使用提供了一种新的解决思路。 1 图像数字水印的概念与特点 目前,学术界对数字水印还没有公论的定义,不妨从以下描述中增加对它的了解:数字水印可以看作是插入到数字媒体中的数字信号或模板;水印技术把媒体从一种形式转换为另一种形式,但是水印技术基本上没有改变媒体,确保媒体可以认知;一旦解密后,密码术对媒体没有任何保护,但水印可以始终保存在媒体中;把与媒体、作者、版权和使用许可的有关信息作为水印嵌入到媒体中,需要时从媒体中检测或提取这些信息,用于证明原创作者对作品的所有权、或作为鉴定盗版、侵权和篡改的证据;水印与宿主数据紧密结合并隐藏其中,成为宿主数据不可分离的组成部分。 1.1 基本原理 图像数字水印技术是指用信号处理的方法在图像数据中嵌入隐含标记。水印分为可感知的和不易感知的水印[1,2]。 (1)可感知水印。这是一种可以看见的水印,就像插入或覆盖在图像上的标识。它与可视纸上的水印相似,这类水印一般选用较淡或半透明图案。它既可以证明作品的归属,又不妨碍对作品的观赏,主要应用于标识那些可在图像数据库中得到的,或在I nternet上得到的图像的预览,以防止这些图像被作为商业用途。 收稿日期:2006-09-14;修回日期:2006-11-30。 基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2005BA2002)。 作者简介:罗建禄(1975-),男,重庆璧山县人,硕士生,讲师,从事数字图像处理、数字水印技术等研究。 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水印技术综述
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