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数字图像水印专利技术综述作者：许哲来源：《科学与财富》2019年第09期前言数字水印是解决多媒体信息的版权保护难题的一种技术，它是指利用数字作品中普遍存在的冗余数据和随机性，把版权信息等内容的数据嵌入到数字作品中，通过从加了水印的数字作品中检测或提取水印，从而起到保护数字作品版权的一种技术。
1993年，Caronni首次提出了“数字水印”的概念，并用于图像保护。
数字水印技术与加密技术的不同在于水印与宿主数据是紧密结合并隐藏在其中的，水印是宿主数据不可分离的组成部分。
1.技术原理及发展概述1.1 数字图像水印的原理图像水印技术是指用信号处理的方法在图像数据中嵌入隐含的标记。
水印分为可感知的（perceptible）和不易感知的（inperceptible）两种。
通用的数字图像水印技术包含两个方面：水印的嵌入和水印的提取，如图1。
1.2 数字图像水印技术的主要分支1.2.1空间域算法空间域算法将水印信息直接叠加到图像的空间域上的算法叫空间域算法。
水印在空间域算法中，考虑到人类视觉特性，在载体图像变化较平稳处不隐藏或少隐藏水印信号，而在图像较复杂处隐藏水印信号;它的优点在于对载体影响很小，计算速度较快，隐藏的信息较多，且适合多种媒体。
1.2.2变换域算法变换域算法CoX 等借鉴扩频通信技术，把水印扩展到很多频率段上，每个频率段上的水印信息都小到不可检测的程度，检测时，可以把这些水印信息集中起来，得到一个较高能量的输出，水印信息应嵌入到载体数据中对人的感觉最重要的部分，水印信号应由具有高斯分布的随机实数序列组成，在变换域内实现扩频相对容易，而且容易利用人类视觉特性，实现自适应嵌入。
1.2.3其他数字水印算法JPEG，MPEG 标准的压缩域算法水印的检测与提取直接在压缩域数据中进行，对于输入的MPEG-2数据流而言，它可分为数据头信息，运动向量和DCT编码信号块三部分，在Hartung方案中，只有MPEG - 2数据流最后一部分数据流被改变。
毕业设计文献综述电子信息科学与技术基于变换域的数字水印算法摘要：数字水印提出的主要目的是为了对数字作品的版权保护。
本文介绍了数字水印的背景以及阐述了数字水印技术的基本原理。
数字水印主要分为空间域和频域两大类，这里主要分析了目前在频域中比较流行的水印算法。
同时，对数字水印发展进行展望。
关键字：数字水印；版权保护；水印算法；频域；1.背景随着Internet的迅猛发展，通信技术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、上传数字图象、听音乐等等。
然而，也正是因为网络的这种便捷性、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。
为了解决上述各类问题，提出了数字水印技术[1]。
它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。
目前，数字水印在音频、视频、图像等的应用迅速得到广泛的研究和发展。
数字水印技术的研究现状主要分为两大类：空间域数字水印和频域数字水印。
最初提出的数字水印嵌入方法是在空间域上实现的。
1995年，Btuyndoncky等提出了一个基于空域分块的方法，通过改变均值来嵌入水印。
1996年，Patchwork等人提出了一种算法（Patchwork算法），该算法随机选取图像的N对像素点，通过增加其中一个点的亮度值而相应降低另一个点的亮度来隐藏信息。
1998年，Darmstaedter等人提出了一种新的空域水印算法，该算法是基于图像的8×8块的空间域分解进行的。
频域数字水印按频域法大体分为三类：DFT域、DCT域和DWT域[2-3-4]。
Pun和Ruanaidh利用傅立叶域对全局性的旋转，平移和缩放变换具有不变性的特点，将水印嵌入到傅立叶域来达到对这些攻击的鲁棒性。
1999年，Wu和Hsu等人提出了基于可视化模型的算法，该算法具有很强的鲁棒性。
2000年，易开样、黄继武等人还提出了一种DCT域数字水印算法：首先把图像分成8×8的不重叠像素块，经过分块DCT变换后，得到有DCT系数组成的频率块，然后随机选取一些频率块，水印信号嵌入到由密钥控制选择的一些DCT系数中。
数字水印编码算法数字水印技术是一种将特定信息隐藏在数字媒体中以保护版权和验证数据完整性的方法。
数字水印编码算法是其中的核心部分，它决定了如何将信息嵌入到媒体中以及如何提取出隐藏的信息。
本文将介绍数字水印编码算法的基本原理和常见的几种算法。
数字水印编码算法的基本原理是在媒体的特定区域中，通过微小的变换来嵌入隐藏信息，这些变换在人眼或者其他传感器中是不可察觉的。
在数字图像中，常见的嵌入方法有像素值修改、离散余弦变换和离散小波变换等。
在数字音频中，常见的嵌入方法有低频扩频、频谱扩展和时间扩展等。
通过这样的嵌入方法，信息就被隐写在媒体中，起到了防伪、认证和追溯的作用。
一种常见的数字水印编码算法是基于离散余弦变换（DCT）的方法。
在这种算法中，将媒体分成多个块，对每个块进行DCT变换得到频域系数。
然后根据隐藏信息，在频域系数中进行微小的变换。
变换的方式可以是将信息加到系数中，或者在系数中微调一些分量。
最后进行逆DCT变换得到嵌入了隐藏信息的媒体。
在提取时，按照相同的方式对媒体进行DCT变换和逆DCT变换，就可以得到隐藏的信息。
另一种常见的数字水印编码算法是基于离散小波变换（DWT）的方法。
在这种算法中，同样将媒体分成多个块，对每个块进行DWT变换得到频域系数。
然后根据隐藏信息，在频域系数中进行微小的变换。
不同于DCT算法，DWT在频谱分析中更适合处理不同尺度的信息。
同样地，在提取时，按照相同的方式对媒体进行DWT变换和逆DWT变换，就可以得到隐藏的信息。
除了上述两种基本的数字水印编码算法，还有一些其他的算法。
例如基于人眼视觉特性的算法，它利用视觉系统的特性来增强水印的可见性或者提高抗干扰能力。
还有基于量化器特性的算法，它利用量化器的误差来嵌入和提取水印。
此外，还有一些基于传输特性的算法，它在数字媒体传输过程中嵌入和提取水印。
在数字水印编码算法中，除了嵌入和提取隐藏信息的功能，还有一些其他的要求。
例如鲁棒性，即算法要能在媒体经过压缩、裁剪、旋转等处理后仍然能够提取出水印。
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。
0.引言伴随着信息安全在技术上的需求，数字水印技术的出现是为了保护数字内容的产权。
数字水印技术[1]是一种将特制的、不可见的标记，利用数字内嵌的方法隐藏在数字图像、声音视频等数字内容中，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的技术。
数字水印从近十年诞生到现在，已经遍布信息安全、密码学、信息与计算科学、通信与信息系统、信号与信息处理、应用数学、控制理论与控制技术、模式识别与智能系统、计算机系统结构、计算机软件与理论、计算机应用技术、军事通信学、软件工程、数字内容、数字媒体设计等领域。
因此数字水印技术有着广阔的应用前景。
本文专门针对多媒体中的数字水印技术进行详尽的综述。
1.多媒体数据[2]多媒体代表数字控制和数字媒体的汇合，多媒体技术是一种把文本、图形、图像、动画和声音等多种信息类型综合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，能支持完成一系列交互式操作的信息技术。
多媒体信息是采用多种多媒体传递的信息。
多媒体数据是计算机可读的多媒体类型。
它主要有以下特征：(1)数据量庞大，例如音频和视频；(2)音频和视频都具有时间维；(3)数字音频、图像和视频都是用一系列单个样本采样值表示的，不具备计算机能够自动识别其内容中明显的语义结构；(4)多媒体数据的信息非常丰富，需要许多参数来表达其内容。
2.数字水印技术数字水印从本质上说是一种通信方式（从水印嵌入器向水印接收器传输信息，将水印系统看做信道）。
下面是基于通信的水印模型：图1水印作为发送端带边信息的通信嵌入水印的过程包括两个步骤：首先将水印信息进行编码得到Wa，它和载体作品Co的类型一致，维度相等；例如给语音添加水印时，水印编码器回产生一个音频信号；然后把Wa加到载体作品Co上便产生了包含水印的作品Cwn；水印信息可以和载体作品的内容有关，也可以无关；图示的水印信息和载体作品内容有关，这样可以抵抗拷贝攻击；在嵌入了水印信息后，假设Cw还经过一些处理；Wa依赖于Co，然后从接受到的作品Cwn通过水印解码器使用水印密钥进行解码。
数字水印及DCT算法分析2.1数字水印的定义和分类数字水印技术是一种信息隐藏技术，他的基本思想是在数字图像、音频和视频等数字产品中嵌入秘密信息，以便于保护数字产品的版权、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识、用户序列号或是产品的相关信息。
一般，它需要经过适当变换再嵌入数字产品中，通常称变换后的秘密信息为数字水印。
通常可以定义水印为以下的信号：W=｛w i︳w i∈O，i=0,1,2,…,M−1｝式中，M为水印序列的长度，O代表值域。
实际上，水印不仅可以为一维序列，也可以是二维阵列甚至是三维或高维信号，这通常要根据载体对象的维数来确定，如音频对应一维，静止图像对应二维，动态图像对应三维。
对于高维情况，可以将高维信号按一定顺序展成一维形式。
水印信号的值域可以是二值形式，如O={0,1}，O={-1,1}或O={-r，r}，或是高斯白噪声。
随着数字水印技术的发展，水印算法的分类也越来越多。
数字水印技术可以从不同的角度进行划分：（1）按水印发展来看，可分为第一代水印和第二待水印。
（2）按数字水印的内容，可以将水印划分为有意义水印和无意义水印，有意义水印是指水印本身也是某个数字图像或数字音频片段的编码，无意义水印则只对应于一个序列号。
（3）按用途划分，我们可以将数字水印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。
（4）按嵌入的水印信号形式来分，可以分为一维水印和多维水印。
（5）按嵌入方法可以分为可逆水印与不可逆水印。
（6）按水印检测方法，可分为盲水印和非盲水印（明文水印）。
明文水印在检测过程中需要原始数据，而盲水印的检测只需密钥。
不需要原始数据。
（7）按鲁棒性来分，可分为易脆水印、半易脆水印和鲁棒水印。
（8）从外观上分类，可分为可见水印和不可见水印。
（9）从水印的嵌入御来分，可分为时（空）域数字水印、变换域/频域数字水印、时频域数字水印和时间尺度域数字水印。
水印算法近年来，数字水印技术研究取得了很大的进步，下面对一些典型的算法进行了分析，除特别指明外，这些算法主要针对图像数据(某些算法也适合视频和音频数据)。
空域算法该类算法中典型的水印算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位(LSB:least significant bits)上，这可保证嵌入的水印是不可见的。
但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏。
另外一个常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。
Patchwork算法方法是随机选择N对像素点(ai，bi) ，然后将每个ai点的亮度值加 1 ，每个bi点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。
适当地调整参数，Patchwork方法对JPEG压缩、FIR滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，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，然后对每一个图像块进行嵌入操作。
变换域算法该类算法中，大部分水印算法采用了扩展频谱通信(spread spectrum communication)技术。
算法实现过程为：先计算图像的离散余弦变换(DCT)，然后将水印叠加到DCT域中幅值最大的前k系数上(不包括直流分量)，通常为图像的低频分量。
若DCT系数的前k个最大分量表示为D=，i=1 ，… ，k，水印是服从高斯分布的随机实数序列W =，i=1 ，… ，k，那么水印的嵌入算法为di = di(1 + awi)，其中常数a为尺度因子，控制水印添加的强度。
然后用新的系数做反变换得到水印图像I。
解码函数则分别计算原始图像I和水印图像I*的离散余弦变换，并提取嵌入的水印W*，再做相关检验以确定水印的存在与否。
该方法即使当水印图像经过一些通用的几何变形和信号处理操作而产生比较明显的变形后仍然能够提取出一个可信赖的水印拷贝。
一个简单改进是不将水印嵌入到DCT域的低频分量上，而是嵌入到中频分量上以调节水印的顽健性与不可见性之间的矛盾。
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。
探析数字水印技术及其算法摘要:伴随着网络技术和多媒体技术的飞速发展,多媒体数据逐渐成为人们获取信息的重要来源,已成为人们生活的重要组成部分。
数字水印作为版权保护的重要手段,得到广泛的研究和应用。
本文首先对数字水印技术进行了介绍和分类等,然后重点分析了数字水印技术的原理、算法。
关键词:数字水印技术算法一、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当中,但不影响原内容的价值和使用,并且不能被人的知觉系统觉察或注意到。
水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等,可用来识别文件、图像或音乐制品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权。
与加密技术不同,数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生,但他可以判别对象是否受到保护,监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。
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在水印的嵌入、提取时采用一种密钥,甚至几种密钥联合使用。
水印的嵌入和提取方法如图1和图2所示。
二、数字水印的特点1、鲁棒性。
指不因图像文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。
这里所谓的改动主要包括传输过程中的信道噪音、有损压缩编码滤波操作、放大缩小、A/D或D/A转换、位移等。
2、透明性利用人类视觉系统或人类听觉系统的特性,经过～系列隐藏处理,使目标数据没有明显的降值,而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。
3、安全性。
有较强的抗攻击能力即它能够承受～定程度的人为攻击而使隐藏信息不会被破坏。
信息被隐藏在多媒体内容中,并不因文件格式转换而丢失,且未经授权者不能检测出水印。
4、可证明性。
水印能为受到版权保护的信息产品的归属提供完全可靠的证据。
水印能够将所有者的有关信息嵌入到被保护的对象中并在需要的时候将这些信息提取出来用来判别对象是否受到保护并监视被保护数据的传播,真伪鉴别以及非法拷贝控制等。
5、不可检测性。
