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综 述数字水印的研究进展和应用陈明奇1,钮心忻2,杨义先2(11国家计算机网络与信息安全管理中心,北京 100031;21北京邮电大学信息安全中心,北京 100876)摘 要:随着社会的网络化、信息化的发展,对数字产品的版权保护迫在眉睫。
数字水印是近年来出现的数字产品版权保护技术,可携带有版权信息和认证信息,保护数字产品的合法拷贝和传播,是当前国际学术界的研究热点。
本文全面分析总结了数字水印的各种方案,讨论其种种应用,介绍了数字水印的研究现状,提出了数字水印下一步的发展方向,对数字水印技术的研究有着重要的指导意义。
关键词:产权保护;数字水印;信号处理;算法设计中图分类号:T N911173 文献标识码:A 文章编号:1000-436X (2001)05-0071-09The research developments and applicationsof digital w aterm arkingCHE N Ming 2qi 1,NI U X in 2xin 2,Y ANG Y i 2xian 2(11National C om puter Netw ork &In formation Security Adm inistration Center ,Beijing 100031,China ;21In formation Security Center ,Beijing University of P osts and T elcoms ,Beijing 100876,China )Abstract :With the development of com puter netw ork and in formation ,it is urgent to protect the digital product ’scopyright 1Digital watermarking is the technique ,which protects copyrights of digital products and appeared tw oyears ag o 1I t contains the copyright in formation and authentication in formation ,and protects legal copy and distri 2bution of digital products ,which has been the hotspot of international academia 1In this paper ,we fully analyzeand summarize all kinds of schemes of digital watermarking ,and discuss its various applications 1We als o intro 2duce the current state of this technique and propose several directions of development of digital watermarking atnext stage 1K ey w ords :intellectual property right protection ;digital watermarking ;signal processing ;alg orithm design1 引言 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。
信息隐藏技术在数字水印中的应用研究随着数字媒体的迅猛发展，数字水印技术已成为一种重要的信息隐藏手段。
信息隐藏技术可以将一些私密信息嵌入到普通的数字媒体中，从而实现信息传递和保护的双重目的。
在数字水印技术中，信息隐藏技术的应用尤为重要。
本文将分析信息隐藏技术在数字水印中的应用研究现状以及未来发展趋势。
一、信息隐藏技术的基本概念信息隐藏技术是一种利用编码算法和数学模型将信息嵌入到载体中的技术。
信息隐藏技术可以通过改变载体的一些细节或参数来保证信息的嵌入和隐藏。
信息隐藏技术包括多种方法，如隐写术、数字水印等。
其中，数字水印技术是一种将数字信息嵌入到数字媒体（如图片、音频、视频等）中的信息隐藏手段。
数字水印技术是一种基于信息隐藏技术的保护知识产权的技术。
数字水印可以将一些非常难以被发现的标记或数据嵌入到数字媒体中，从而对数字内容进行标记、识别、跟踪和保护。
数字水印可以实现对多种类型数字媒体的保护，如音频、视频、图像、文本等。
数字水印技术主要应用于版权保护、鉴定和追踪、文档保密和安全认证等领域。
与传统的版权保护技术相比，数字水印技术具有隐蔽性、不可删除性、不可更改性等特点，更加适用于数字信息的保护。
二、数字水印的实现方式数字水印的实现方式主要有两种：盲水印和非盲水印。
盲水印是一种在不需要对原始载体进行修改的情况下进行水印嵌入和提取的数字水印技术。
在嵌入过程中，盲水印可以通过关键字或授权方式将水印信息与载体绑定，从而可以在不破坏载体质量的情况下进行水印提取。
盲水印主要应用于文本、图像、声音等数字媒体的保护和版权鉴定。
非盲水印是一种需要对原始载体进行修改的数字水印技术。
在嵌入过程中，非盲水印将水印信息嵌入到载体中，并对载体进行一些改变或修饰。
非盲水印主要应用于音频和视频等数字媒体的保护和篡改鉴定。
三、信息隐藏技术在数字水印中的应用研究现状信息隐藏技术在数字水印中的应用研究已经得到广泛关注，相关领域的学者已经做了大量的研究和实验。
信息隐藏技术在数字水印中的应用探究随着数字化时代的到来，数字媒体成为人们日常生活不可或缺的一部分。
然而，数字内容的广泛传播也给版权保护、数据完整性等方面带来了挑战。
为了解决这些问题，人们开始研究和应用信息隐藏技术，其中数字水印技术成为一种重要的手段。
本文将探究信息隐藏技术在数字水印中的应用，分析其原理和发展趋势。
一、信息隐藏技术的基本原理信息隐藏技术是通过在数字媒体中插入一种无感知的信息，使其不影响原始媒体内容的可视和可听性，同时实现对信息的确认和提取。
数字水印技术作为信息隐藏技术的一种形式，主要通过修改或嵌入数字媒体中的像素值、频谱或数据等，使得水印可以被嵌入和提取。
在数字水印中，嵌入的信息被称为水印信息，而被嵌入信息的数字媒体被称为载体。
嵌入水印的过程主要包含以下步骤：1. 选择合适的水印嵌入域：可以选择像素域、频域或压缩域等进行嵌入。
不同的域选择将影响水印的可靠性和对原始媒体的干扰程度。
2. 将水印信息与载体进行融合：通过修改载体中的像素或数据，将水印信息嵌入到载体中。
这一步骤可以使用不同的算法和技术来实现，如Least Significant Bit (LSB) 替换法、离散余弦变换 (DCT) 等。
3. 水印数据的可靠性检测：在嵌入水印后，需要对水印数据的可靠性进行验证，以确保水印可以被正确提取出来。
二、数字水印的应用领域数字水印技术在多个领域都有着广泛的应用，其中包括版权保护、信息认证、数据完整性等。
1. 版权保护：数字水印技术可以嵌入到音频、视频等数字媒体中，以证明其所有权和保护作品的版权。
一旦其中的水印信息被篡改或删除，就可以通过检测和提取水印来追溯到侵权来源，维护数字内容的版权权益。
2. 信息认证：数字水印技术可以用于验证数字媒体的真实性和完整性。
例如，在数字图像中嵌入水印信息可以用于确定图像是否被篡改过；在音频文件中嵌入水印信息则可以用于确认音频的来源和完整性。
3. 数据完整性：数字水印技术可以用于保护数据的完整性，防止数据在传输或存储过程中被篡改。
信息隐藏理论与关键技术研究
钮心忻;杨义先;吴志军
【期刊名称】《电信科学》
【年(卷),期】2004(20)12
【摘要】本项目主要研究了信息隐藏的基本模型,在数字图像、音频、视频、文本中的信息隐藏和数字水印算法,以及信息隐藏检测的基本方法.
【总页数】3页(P28-30)
【作者】钮心忻;杨义先;吴志军
【作者单位】北京邮电大学,北京,100876;北京邮电大学,北京,100876;北京邮电大学,北京,100876
【正文语种】中文
【中图分类】TN918
【相关文献】
1.信息隐藏关键技术研究综述 [J], 高华玲
2.信息隐藏技术的理论及应用 [J], 古春杰
3.管理层信息隐藏假说理论溯源及研究展望 [J], 程芳;黄国良
4.基于混沌理论和整数变换的可逆信息隐藏 [J], 田慧明;吴成茂;田小平
5.基于线性码理论的可验证图像信息隐藏方案 [J], 张艳硕;李援南
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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。
0.引言随着计算机信息技术和网络技术的发展, 人类社会已经进入了一个全新的数字信息时代。
人们对信息的处理由原来的纸质文本、模拟的声音与图像逐渐转变为数字化的文本、图像、图形、音频、视频等集成的多媒体信息。
这些数字化信息在计算机技术及网络技术的支撑下, 具有易复制、易修改、易加工、易传播、易交流、易分发的优点, 方便了人们对信息的获取、交流, 使人们能在全世界范围内实现信息、知识、资源的共享。
但在数字化信息给人们带来这些方便的同时, 也产生了许多的弊端, 许多非法的恶意攻击者利用这些便利, 对多媒体数字信息进行攻击、篡改, 侵犯他人的合法权益。
在这种背景下, 对多媒体数字信息安全的保护就成了当今数字时代的一个重要的研究课题。
1.信息隐藏技术1.1信息隐藏的基本原理及模型]1[信息隐藏（Info rmat ion Hiding)不同于传统的密码学技术。
密码技术主要是研究如何将机密信息进行特殊的编码，以形成不可识别的密码形式（密文）进行传递；而信息隐藏则主要研究如何将某一机密信息秘密隐藏于另一公开的信息中，然后通过公开信息的传输来传递机密信息。
对加密通信而言，可能的监测者或非法拦截者可通过截取密文，并对其进行破译，或将密文进行破坏后再发送，从而影响机密信息的安全；但对信息隐藏而言，可能的监测者或非法拦截者则难以从公开信息中判断机密信息是否存在，难以截获机密信息，从而能保证机密信息的安全。
我们称待隐藏的信息为秘密信息，它可以是版权信息或秘密数据，也可以是一个序列号；而公开信息则称为载体信息，如视频、音频片段。
这种信息隐藏过程一般由密钥（Key）来控制，即通过嵌入算法（Embedding alg orithm）将秘密信息隐藏于公开信息中，而隐蔽载体( 隐藏有秘密信息的公开信息) 则通过信道（Communicat ion channel）传递，然后检测器( Detector) 利用密钥从隐蔽载体中恢复/ 检测出秘密信息。
物联网安全技术中的信息隐藏与数字水印技术研究随着物联网技术的不断发展，各种设备之间的互联互通占据了越来越重要的地位。
然而，这种互联带来了新的安全威胁，比如设备无法保证信息的隐私性和完整性，很容易不受授权地被访问和篡改。
为了解决这些问题，物联网安全技术日益重要。
其中，信息隐藏与数字水印技术在物联网安全中具有重要的地位。
这篇文章将对信息隐藏与数字水印技术在物联网安全中的应用进行探讨，并介绍相关的研究。
一、信息隐藏技术的基本概念信息隐藏技术，也称为隐写术，是指将一些隐秘信息嵌入其他看似无关的信息中，使得外部观察者难以觉察到信息的存在。
信息隐藏技术可以用于各种应用领域中，包括音频、图像和文本等。
在物联网安全中，信息隐藏技术可以用于保护设备和用户的隐私信息，包括用户身份信息、位置信息等。
二、数字水印技术的基本概念数字水印技术是一种在数字媒体中插入隐秘信息的技术。
与信息隐藏技术不同，数字水印技术在媒体中潜藏的信息不会影响原始数据的质量和表现。
数字水印技术可以被用来检测文件的来源、保护版权信息和防止盗版。
在物联网安全中，数字水印技术可以用于保护设备和用户的隐私信息，同时可以用于追踪设备的来源和防止设备被篡改。
三、信息隐藏技术和数字水印技术在物联网中的应用信息隐藏技术和数字水印技术可以在物联网中有很多应用。
这些应用包括但不限于以下几个方面：1. 天气传感器数据的隐藏和水印：天气传感器可以获得实时的气象数据，但这些数据可能被篡改，从而导致气象预测的不准确。
如果把使用数字水印或信息隐藏技术集成到天气传感器中，就可以保证数据的完整性和准确性。
2. 设备身份验证：在物联网中，许多设备需要在互联网上交换数据。
设备身份验证可以确保这些设备是真实的，从而防止网络攻击和数据篡改。
信息隐藏和数字水印技术可以用于加密设备身份数据，从而保护这些数据。
3. 用户身份验证：在物联网中，用户需要在多个设备之间共享数据。
用户身份验证可以确保这些用户是合法的，并保护他们的隐私。
２２计算机教育 2005.1信息隐藏和数字水印的研究是在２０世纪９０年代受到重视并蓬勃发展起来的。
多媒体信息在网络上的传递、发布和扩散带来了一系列的问题和应用需求，从总体上来说可以分为两大部分：伪装式保密信息传递（即信息隐藏）和多媒体信息的版权保护问题（即数字水印）。
信息隐藏主要应用在需要安全保密通信的部门，利用多媒体信息中的冗余空间携带隐蔽信息，达到秘密信息伪装传递的目的；同时，信息隐藏还要研究其对立面——隐蔽信息的分析和检测，这与密码编制学和密码分析学是类似的，信息隐藏与分析是一对矛盾统一体，它们相互对立又相互促进。
数字水印从实质上说也是一类信息隐藏，但是其目的不是为了保密通信，而是为了标明载体本身的一些信息，如多媒体信息的创作者、版权信息、使用权限等一系列需要标明的信息，利用数字水印，还可以跟踪多媒体产品的非法传播和扩散，打击盗版。
数字水印技术目前正处于一个快速发展和持续深入的阶段，应用领域也在快速扩展。
从最初的图像水印、音频水印，发展到软件水印、视频水印、文字水印；从最初的算法研究，扩展到行业领域的应用，如数字地图的版权保护、数字图书的版权保护、证件防伪、多媒体数据的检索、电子公文防篡改等。
１．信息隐藏的主要研究领域信息隐藏的研究分为正反两方面：隐藏和分析。
隐信息隐藏与数字水印的研究及发展北京邮电大学 钮心忻／文藏的目的是要在多媒体载体中隐藏尽可能多的信息，同时不能引起任何可察觉的变化（包括感观上的变化和信息统计分析上的变化）；分析的目的就是要在一批看似正常的多媒体载体中，通过各种分析方法，找出被怀疑隐藏有秘密信息的载体，然后通过提取、破译或者破坏，达到拦截和破坏秘密信息隐蔽传递的目的。
根据信息隐藏的载体分类，可以分为图像中的信息隐藏、视频中的信息隐藏、语音中的信息隐藏、文本中的信息隐藏、各类数据中的信息隐藏等。
在不同的载体中，信息隐藏的方法有所不同，需要根据载体的特征选择合适的隐藏算法。
比如图像、视频、音频中的信息隐藏，大部分都是利用了人的感观对于这些载体信号的冗余度来隐藏信息。
而文本或其他各类数据就无法利用冗余度来隐藏信息，因此在这些没有冗余度或者冗余度很小的载体中隐藏信息，就需要从另外的角度来设计隐藏方案。
根据目前已经提出的信息隐藏算法，从它们对载体的修改方式上进行分类，可以分为：时域（空域）替换技术、变换域技术、扩展频谱技术、统计方法。
根据隐藏载体以及载体传输过程中可能遭到的破坏和攻击的类型不同，可考虑设计不同的算法抵抗破坏和攻击。
对载体的破坏包括非恶意的和恶意的，非恶意的破坏例如载体在传输过程中叠加了噪声、受到有损压缩２３计算机教育 2005.1等，而恶意的破坏旨在消除隐藏的秘密信息。
对数字图像的常见破坏主要有：图像加噪、低通滤波、有损压缩、图像剪切、图像拼接、图像大小变化、图像旋转、打印扫描等。
对数字视频的常见破坏主要有：加噪、视频压缩编码、丢帧、插帧、帧重组、视频流剪切和拼接等。
对数字音频的常见破坏主要有：加噪、滤波、语音压缩编码、数模模数转换、重采样、采样率变化等。
对于数据集合的常见破坏主要有：数据跨平台的格式转换、数据删除、数据添加等。
２．信息隐藏的重点发展方向信息隐藏目前的研究热点和难点在以下几个方面：信息隐藏的容量问题。
信息隐藏在算法研究到一定程度后，急需解决一些深层的基础理论问题，例如，如何建立不可感知性的数学度量模型，信息隐藏的容量上界如何计算，能否达到此容量上界，通过哪些指标综合评价信息隐藏算法的优劣等。
信息隐藏的对立面——隐藏分析（现在越来越受到重视）。
信息隐藏技术是一把双刃剑，它既可以被合法使用，用于保护国家重要信息，又可以被违法犯罪分子甚至恐怖分子所利用，达到逃避监控的目的。
因此，为了使信息隐藏理论与技术能够健康发展，其对立面必须得到同步发展。
信息隐藏分析的目的有三个层次。
第一，要回答在一个载体中，是否隐藏有秘密信息。
第二，如果藏有秘密信息，提取出秘密信息。
第三，如果藏有秘密信息，不管能否提取出秘密信息，都不想让秘密信息正确到达接收者手中，因此，第三步就是将秘密信息破坏，但是又不影响伪装载体的感观效果（视觉、听觉、文本格式等），也就是说使得接收者能够正确收到伪装载体，但是又不能正确提取秘密信息，并且无法意识到秘密信息已经被攻击。
在信息隐藏分析中，类似于密码分析，可以根据检测者已知的消息进行分类：仅知伪装对象分析，已知载体分析，已知消息分析，选择伪装对象分析，选择消息攻击，已知隐藏算法、载体和伪装对象攻击。
即使已知某些消息，并假定攻击者有最好的攻击条件，提取隐藏的信息仍然是非常困难的。
对于一些稳健性非常强的隐藏算法，破坏隐藏信息也不是一件容易的事情。
主要的隐藏分析方法有：感观分析、统计分析、特征分析。
３．数字水印的主要研究领域数字水印的提出是为了保护版权，然而随着数字水印技术的发展，人们已经发现了水印更多更广的应用。
目前，数字水印技术的应用大体上可以分为版权保护、数字指纹、认证和完整性校验、内容标识和隐藏标识、使用控制、内容保护、安全不可见通信等几个方面。
版权保护：当数字水印应用于版权保护时，其潜在的应用市场有：电子商务、在线（或离线）分发多媒体内容以及大规模的广播服务。
潜在的用户则有：数字产品的创造者和提供者；电子商务和图像软件的供应商；数字图像、视频摄录机、数字照相机和ＤＶＤ的制造者等。
数字指纹：为了避免数字产品被非法复制和散发，作者可在其每个产品拷贝中分别嵌入不同的水印（称为数字指纹）。
如果发现了未经授权的拷贝，则通过检索指纹来追踪其来源。
在此类应用中，水印必须是不可见的，而且能抵抗恶意的擦除、伪造以及合谋攻击等。
认证和完整性校验：在许多应用中，需要验证数字内容未被修改或假冒。
尽管数字产品的认证可通过传统的密码技术来完成，但利用数字水印来进行认证和完整性校验的优点在于，认证同内容是密不可分的，因此简化了处理过程。
当对插入了水印的数字内容进行检验时，必须用惟一的与数据内容相关的密钥提取出水印，然后通过检验提取出的水印完整性来检验数字内容的完整性。
数字水印在认证方面的应用主要集中在电子商务和多媒体产品分发至终端用户等领域。
内容标识和隐藏标识：此类应用中，插入的水印信息构成一个注释，提供有关数字产品内容的进一步信息。
２４计算机教育 2005.1数字水印可用于隐藏标识和标签，可在医学、制图、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。
使用控制：在特定的应用系统中，多媒体内容需要特殊的硬件来拷贝和观看使用，插入水印来标识允许的拷贝数，每拷贝一份，进行拷贝的硬件会修改水印内容，将允许的拷贝数减一，以防止大规模的盗版。
内容保护：在一些特定应用中，数字产品的所有者可能会希望要出售的数字产品能被公开自由地预览，以尽可能多地招徕潜在的顾客，但也需要防止这些预览的内容被他人用于商业目的，因此，这些预览内容被自动加上可见的但同样难以除去的水印。
对水印技术的要求随着应用的不同而不同，针对不同的应用，采用的技术也不一样。
一个水印方案很难满足所有应用的所有要求，因此，数字水印算法往往是针对某类应用而设计的。
４．数字水印的重点发展方向今后数字水印技术的研究将侧重于完善数字水印理论，提高数字水印算法的稳健性、安全性，研究其在实际网络中的应用，建立相关标准等。
数字水印在理论方面的工作包括建立更好的模型，分析各种媒体中隐藏水印信息的理论容量，分析算法稳健性和抗攻击等性能。
同时，也应重视对水印攻击方法的研究，这有利于促进研制更好的数字水印算法。
研究稳健性更好的水印算法仍是数字水印的重点发展方向，但在提高算法稳健性的同时应当结合人类视觉特点和听觉特点，以保持较好的不可见性及有较大的信息容量。
另外，应注意自适应思想以及一些新的信号处理算法在水印算法中的应用，如分形编码、混沌编码等。
数字水印应用中安全性自然是很重要的要求，但水印算法的安全性不能靠算法的保密而得到，这正如密码算法一样。
研制更安全的数字水印算法仍是水印研究的重点之一。
此外，应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性。
从实际应用的观点看，我们认为数字水印的下列方向应是研究的重点：对于实际网络环境下的数字水印应用，应重点研究水印的网络快速自动验证技术，这需要结合计算机网络技术和认证技术；研究动态水印或具有交互性质的数字水印技术，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。
这要求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Ｊａｖａ模块或含有特定的ＵＲＬ等方法来实现。
应该注意到，数字水印要得到更广泛的应用必须建立一系列的标准或协议，如加载或插入水印的标准、提取或检测水印的标准、水印认证的标准等都是急需的，因为不同的水印算法如果不具备兼容性，显然不利于推广水印的应用。
同时，需要建立一些测试标准，如ＳｔｉｒＭａｒｋ几乎已成为事实上的测试标准软件，以衡量水印的稳健性和抗攻击能力。
这些标准的建立将会大大促进数字水印技术的应用和发展。
在网络的信息技术及电子商务迅速发展的今天，水印技术的研究更具有重要意义。
数字水印技术将对保护各种形式的数字产品起到重要作用，但必须认识到数字水印技术并非是万能的，必须配合密码学技术及认证技术、数字签名等技术一起使用。
一个实用的数字水印方案必须有这些技术的配合才能抵抗各种攻击，构成完整的数字产品版权保护的解决方案。
毫无疑问，数字水印技术将对保护各种形式的数字产品内容起到重要作用，因此，尽管该领域还是个相对年轻的领域，但它已经吸引了众多的研究者。
我们会看到，对数字水印攻击方法和水印算法设计的研究将有利于更好的水印方案的出现和更成功的数字水印应用。
