5视频信息隐藏与水印算法数字水印基础教程

数字⽔印算法介绍数字⽔印算法列举湖南科技⼤学计算机科学与⼯程学院①基于LSB 的数字⽔印⽅案（空间域、不可逆、不可见和盲检测）嵌⼊步骤：（1）先把⽔印信息转化为⼆进制⽐特流I。

（2）根据I的长度⽣成密钥K，并且严格保存。

密钥K是对图像载体像素位置的⼀个映射。

（3）把I中的每⼀位依次根据密钥K，置换掉原始载体图像中相应位置的像素最后⼀位。

提取步骤：（1）根据严格保存的密钥K遍历嵌⼊了⽔印的图像中的相应像素，提取出最后⼀位。

（2）将提取出来的每⼀位重新组合成⽔印信息。

②基于差分扩展的数字⽔印⽅案（变换域、可逆、不可见和盲检测）嵌⼊步骤：（1）将图像M分成像素点对（x，y），将⽔印信息转化为⼆进制⽐特流,⽐特流的每⼀位⽤m 表⽰。

（2）根据⽔印信息⽐特流的长度随机⽣成信息的嵌⼊位置k作为密钥信息严格保存。

（3）对图像M计算均值l和差值h：-=+=yx h y x floor l 2(（floor表⽰向下取整）（4）将⽔印⽐特信息m以差值扩展的⽅法嵌⼊到差值h中：mh h +?='2（5）将得到的h '代⼊（3）中，得到新的图像像素对，形成嵌⼊秘密信息后的图像C。

提取步骤：（1）将图像C分成像素点对（x，y），读⼊密钥信息K。

（2）将图像C依旧按照嵌⼊步骤中的（3）式计算均值l和差值h。

（3）根据密钥k找到相应位置，提取差值h的最后⼀位⽐特信息m，再将差值h进⾏变换得到1>>='h h 。

（4）将提取到的⽐特信息m进⾏组合可以恢复⽔印信息，将得到的h '代⼊嵌⼊步骤的（3）中计算新的图像像素对可以恢复原始图像载体M。

③基于直⽅图修改的数字⽔印算法（空间域、可逆、不可见和盲检测）嵌⼊步骤：（1）找到直⽅图的零点z和峰值点p，将z v p <<的像素值v⾃加1。

（2）漂移后的直⽅图v=p处即为嵌⼊⽔印的位置，将⽔印信息转化为⼆进制流并记为k，按顺序嵌⼊，即k v v +='；（3）得到的由像素值v '组成的图像就是嵌⼊秘密信息后的图像。

数字水印技术：原理、算法与应用研究第一章引言1.1 研究背景数字水印技术是一种将特定信息嵌入到数字媒体中的技术，它可以用于版权保护、内容认证、数据追踪等方面。

随着数字媒体的广泛应用，数字水印技术也得到了越来越多的关注和研究。

1.2 研究目的本文旨在介绍数字水印技术的原理、算法和应用研究，帮助读者了解数字水印技术的基本概念和工作原理，并探讨数字水印技术在各个领域中的应用。

第二章数字水印技术的原理2.1 数字水印的定义数字水印是指将特定信息嵌入到数字媒体中，并且这种嵌入是不可察觉的。

数字水印可以分为可见水印和不可见水印两种类型。

2.2 数字水印的分类根据嵌入的信息类型，数字水印可以分为同步水印和异步水印。

同步水印是将特定信息嵌入到数字媒体的某个特定位置，而异步水印是通过算法将特定信息嵌入到数字媒体中。

2.3 数字水印的嵌入与提取过程数字水印的嵌入过程包括特定信息的选择、特定信息的嵌入和嵌入位置的选择等步骤。

数字水印的提取过程包括水印的检测和水印的提取两个步骤。

第三章数字水印技术的算法3.1 空域水印算法空域水印算法是将数字水印直接嵌入到像素值中的算法。

常用的空域水印算法有LSB算法、块迭代算法等。

3.2 变换域水印算法变换域水印算法是在数字媒体的变换域中嵌入水印的算法。

常用的变换域水印算法有DCT算法、小波变换算法等。

3.3 混合域水印算法混合域水印算法是将空域水印和变换域水印结合起来的算法。

常用的混合域水印算法有伪随机数算法、混合素数算法等。

第四章数字水印技术的应用研究4.1 版权保护数字水印技术可以用于版权保护，可以嵌入版权信息到数字媒体中，以防止盗版和非法传播。

4.2 内容认证数字水印技术可以用于内容认证，可以验证数字媒体的完整性和真实性，以防止内容被篡改和伪造。

4.3 数据追踪数字水印技术可以用于数据追踪，可以追踪数字媒体的传播路径和使用情况，以提供数据分析和监控。

第五章数字水印技术的挑战与展望5.1 水印容量和可靠性数字水印技术在提高水印容量的同时，也需要保证水印的可靠性，即水印在传输过程中不受损失和篡改。

数字水印算法
数字水印算法是一种数字版权保护技术，用于将特定信息嵌入数
字媒体中，以保护版权和防止盗版。

数字水印可以嵌入到图像、音频、视频等数字媒体中，不会影响原始媒体的质量和内容，但又能够将特
定的标识信息嵌入进去。

数字水印算法包括空域算法和频域算法两种，其中空域算法是在原始媒体中直接嵌入数字水印，而频域算法则是在
傅里叶变换后的频域中嵌入数字水印。

数字水印算法具有不可见性、
稳定性、鲁棒性和保密性等优点，已被广泛应用于数字版权保护、证
据保全、信息认证等领域。

信息隐藏技术在数字水印中的应用与实践随着数字媒体技术的发展，数字媒体的传播和复制变得非常容易。

然而，这也带来了一系列的问题，比如侵权盗版、信息篡改等。

为了解决这些问题，信息隐藏技术应运而生。

它通过在数字媒体中嵌入不可见的水印来保护数字内容的版权和完整性。

本文将对信息隐藏技术在数字水印中的应用与实践进行探讨。

首先，我们来介绍一下数字水印技术的基本原理。

数字水印是一种将特定信息隐藏到媒体中的技术。

通过对媒体进行微小的改动，可以将包含版权信息、主体身份等的数字水印嵌入到媒体中，而这些改动对人眼来说是不可见的。

数字水印可以应用于图像、音频、视频等不同类型的媒体，并且不影响媒体的正常观看和播放。

其次，我们来探讨一下数字水印技术在版权保护中的应用。

数字水印的主要目的之一就是保护数字内容的版权。

在数字媒体中嵌入数字水印后，即使原始媒体被复制、传播或篡改，数字水印仍然可以被提取出来，证明该媒体的版权归属。

这样一来，就能够有效防止盗版问题的发生，保护内容创作者的合法权益。

除了版权保护，数字水印技术在信息完整性验证中也发挥着重要作用。

数字水印可以嵌入一些用于验证媒体完整性的信息，如哈希值、校验和等。

当媒体在传输或存储过程中发生篡改时，这些隐藏的完整性信息也会被破坏。

通过提取和对比水印嵌入和提取过程中的信息，可以判断出媒体是否被篡改过，进而保证信息的真实性和完整性。

此外，数字水印技术在反盗版和追踪行为中也有广泛应用。

通过在数字媒体中嵌入唯一的标识符，可以对其进行追踪和监控。

当媒体被非法复制或传播时，可以通过提取嵌入的数字水印来追踪犯罪行为的源头，并采取相应的法律措施。

这对于打击盗版行为和保护知识产权具有重要意义。

最后，让我们来看一下数字水印技术的实践应用。

目前，数字水印技术已经在各个领域得到了广泛应用。

在音频方面，数字水印技术可以防止音乐盗版，保护音乐人的权益；在图像方面，数字水印技术可以应用于版权保护、图像检索等领域；在视频方面，数字水印技术可以用于视频广告追踪和视频内容审核等方面。

经验与交流 计算机与信息技术 ·91·数字水印技术及应用龚翱 李曾妍 陈刚（湖南人文科技学院 计算机科学系，湖南 娄底 417000）摘 要 随着网络技术和媒体信息数字化的飞速发展，数字水印技术成为目前研究的热点。

本文介绍了数字水印的概念、原理和研究现状，并分析了常见的数字水印算法，最后讨论数字水印的应用领域，并展望了未来发展及研究方向。

关键词 数字水印；信息隐藏；算法1 引言随着信息时代的到来，特别是Internet 的普及，数字技术飞速发展。

数字媒体如图像、视频、音频等作品因其复制、篡改、非法传播非常容易，使得版权保护和信息安全问题日益突出。

为了保护知识产权，以往采用数据加密的方法，只有掌握密钥的授权用户才能解密并使用数据，但这种方法只能控制用户存取数据，与数据本身无关。

因此，人们又提出了数字信息产品版权保护和数据安全维护的新技术——数字水印（Digital Watermarking）。

2 数字水印的概念及原理数字水印技术是一种信息隐藏技术，它是在数字图像、音频和视频等数字作品中嵌入秘密信息，以便保护数字作品的版权、证明产品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息，其中的秘密信息可以是版权标志、用户序列号或者是产品相关信息。

一般，该秘密信息需要经过适当变换再嵌入到数字作品中，通常称变换后的秘密信息为数字水印[1]。

数字水印技术以其特定的优势，成为目前的一个研究热点，得到越来越广泛发展和应用。

图1 水印的嵌入、提取过程一个完整的数字水印系统应包含：水印的嵌入和水印的提取或检测。

水印嵌入算法利用对称密钥或公开密钥实现把水印嵌入到原始载体信息中，得到隐秘载体。

水印检测或提取算法利用相应的密钥从隐蔽载体中检测或恢复出水印，没有解密密钥，攻击者很难从隐秘载体中发现和修改水印。

水印的嵌入和提取如图1所示。

3 数字水印的主要特性（1）不可感知性。

也称隐蔽性，数字作品嵌入数字水印后，不会引起质量明显的下降，也不容易被察觉，即使采用统计的方法也不能提取或确定水印的存在。

第1章绪论1.1 课题研究背景随着社会的不断进步和信息技术的不断发展，各种形式的多媒体数字作品纷纷以网络形式发表，然而数字作品的便利性和不安全性是并存的，它可以低成本、高速度地被复制和传播，这样就为创造者和使用者都提供了很大的便利，但这些特性也容易被盗版者所利用，数字水印技术的研究就是在这种应用要求下迅速发展起来的。

视频信息中包含着较多不同于图像的特殊信息，这些特殊信息大大影响了传统的数字水印技术在视频水印方面的应用。

随着目前数字视频产品等多媒体信息的大量使用,市场上也迫切需要对数字视频产品进行加密保护。

然而由于水印嵌入时必须考虑到如何更好地与视频编码结合起来,而视频编码又因为不断的发展而会发生变化,新发展的一些视频编码关键技术可能会限制水印的嵌入技术的于这些原因,使得在数字视频产品中要嵌入合适的水印难度比较大；而另一方面针对于视频的更加精确的人眼视觉模式还没有完全地建立起来,没有一个很好的标准在视频中找一个较好的区域进行水印的嵌入,因此在数字视频产品中嵌入水印的方法选择上受到了较大的限制。

也正因为还有很多技术上的工作没有得到很好的解决,而数字视频水印技术又将应用于越来越多的地方,这就给研究工作带来许多的机遇,同时也更是一种挑战。

Caronni于1993年最早提出了“数字水印”的概念，该概念的提出引起了学术界、电子出版界的极大兴趣，之后该技术被广泛地应用于图像、音视频等其他数字媒体。

因为它在隐含标注、版权保护、真伪鉴别和秘密通信等领域有着广泛的应用前景，因此成为一个日益重要的研究领域。

1.2 研究的目的与意义研究数字视频水印技术的目的与意义在于可以有效的实现网络环境中数字视频作品的版权保护和认证，面对人类社会的数字化时代，在网络交流日益普及和电子商务逐渐启动的今天，数字视频作品的版权保护和认证问题及数字信息的安全传输问题是在人们面前需要迫切解决的问题。

而数字视频水印技术将是解决这类问题的一种最有效和最有潜力的技术，多媒体数字水印系统软件的开发具有显著的经济效益和社会效益，对于规范数字化市场，促进信息产业的健康持续发展极为重要的意义。

水印嵌入方法水印嵌入是一种常用的数字水印技术，用于在图像、视频、音频等媒体中嵌入一些不易察觉的信息，以实现版权保护、身份认证等功能。

本文将介绍水印嵌入方法的原理和常见技术。

一、水印嵌入原理水印嵌入的基本原理是利用人眼对图像或音频的感知限制，将水印信息嵌入到媒体中，使其对于人眼或耳朵来说不易察觉。

水印嵌入的过程可以分为以下几个步骤：1. 特征提取：对于图像，可以提取其纹理、颜色等特征；对于音频，可以提取其频谱、时域波形等特征。

2. 水印信息编码：将需要嵌入的水印信息转换为数字序列，通常使用编码算法对其进行压缩和加密处理，以提高嵌入效率和安全性。

3. 水印嵌入：将编码后的水印信息嵌入到媒体中的合适位置。

对于图像，可以嵌入到像素值中的某些位；对于音频，可以嵌入到频谱系数中的某些频段。

4. 隐藏性检测：检测嵌入后的水印是否对人眼或耳朵可见（听得见），即水印是否具有良好的隐藏性。

常用的检测方法包括主观评价和客观评价。

5. 鲁棒性检测：检测嵌入后的水印是否能够抵抗各种攻击，例如噪声添加、压缩、滤波等。

鲁棒性检测是水印嵌入方法中非常重要的一步，决定了水印在实际应用中的可靠性。

二、常见的水印嵌入技术1. LSB（Least Significant Bit）隐写术：将水印信息嵌入到图像的最低有效位（LSB）中，因为对人眼来说，最低有效位的变化是不易察觉的。

这种方法简单易实现，但鲁棒性较差。

2. 量化系数修改：将水印信息嵌入到图像或音频的量化系数中，通过微小的改变来实现水印嵌入。

这种方法在嵌入容量和鲁棒性方面有一定的优势。

3. 变换域嵌入：将嵌入域转换到变换域（如频域、小波域）中，然后将水印信息嵌入到变换系数中。

这种方法可以提高隐藏性和鲁棒性。

4. 时频域嵌入：将嵌入域同时转换到时域和频域，然后将水印信息嵌入到时频域的某些区域中。

这种方法可以提高鲁棒性和隐藏性。

5. 深度学习方法：近年来，基于深度学习的水印嵌入方法得到了广泛关注。