数字水印技术及其典型算法综述

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。

数字水印技术综述数字水印技术综述数字水印技术是一种安全、可靠和高效的数据保护技术，可以将接收方或发送方的隐私状态嵌入到数字图像、声音、文本以及其他信息媒介中，以为数据赋予更大的安全保护。

数字水印技术的研究主要包括以下几个方面：一、数字水印的概念数字水印（Digital Watermark）指按一定算法将相关信息（如版权标识、用户标识、发送者鉴别和跟踪、溯源信息等）嵌入到数据的安全技术。

它的特点是经过处理的数据可以在±10% 的抗压缩层次上保护发送者的隐私。

二、数字水印的编码数字水印的编码分为无损和有损两种。

无损编码以把最少重要的数据编码为最少的数字水印，能够保证原始图像的完整性和清晰度；而有损编码可以在此基础上进行改善，能够有效地降低图像的质量。

三、数字水印的抗处理数字水印技术抗处理能力强，即便在经过处理和压缩后，数字水印仍可以保护隐私。

常用的抗处理技术有多种，包括：图像旋转、裁剪和变换；图像压缩和缩放；区域改变和图像调整；添加高斯噪声；采用抗平均处理；伪随机序列编码器，以及加密算法等处理技术。

四、数字水印的容错性数字水印的容错性关键在于它可以抵抗瑕疵的穿插，因此容错性是数字水印技术的重要指标。

容错性越好，表明数字水印技术在瑕疵干扰下也能够正确识别、提取和解码出原有信息，可以确保数据传输的安全性。

五、数字水印的应用1.音频保护技术：音频数字水印技术是一种将音频源的版权声明、接收者的身份标识、发送者的鉴别和跟踪等隐私信息融入到数字音频信号的技术，广泛应用于音乐版权保护、发行保护、音乐质量检测、网络盗版监控等方面。

2.防御机制：利用数字水印技术可以检测出网络文本篡改、文件拷贝、网络软件非法传播等滥用行为，并采取有效的防御措施。

3.内容审查：数字水印技术还可以用于网络节点的内容过滤，比如过滤垃圾邮件、查找恐怖主义信息等。

4.电子商务：数字水印技术可以充分保护电子交易的有效性，在完成交易后，发送方可以把商品、令牌等信息嵌入到交易文本，以核实收款方的真实性。

一、数字水印技术的概述1.1数字水印的概述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。

但是同时也带来了一些负面影响,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。

所以，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。

二是一旦被解密后，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，这时，数字水印技术便被提出了。

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型技术，原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，从而使人们无法从表面上感知水印，只有专用的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数据的欣赏价值、使用价值为原则。

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。

数字水印按特性划分分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印；按水印所附载的媒体划分分为图像水印、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等；按检测过程划分分为明文水印和盲水印；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标识水印；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/尺度域数字水印。

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，有必要对水印技术作一番深入研究。

计算机研究与发展ISSN 100021239/CN 1121777/TPJournal of Computer Research and Development 42(7):1093～1099,2005　收稿日期:2004-05-17;修回日期:2004-12-06　基金项目:国家自然科学基金项目(60372019,90104002,90412012,60473086);中国博士后基金项目(2003034152);国家“九七三”重点基础研究发展规划基金项目(2003CB314804)数字水印技术综述尹　浩　林　闯　邱　锋　丁　嵘(清华大学计算机科学与技术系　北京　100084)(h 2yin @mail 1tsinghua 1edu 1cn )A Survey of Digital W atermarkingY in Hao ,Lin Chuang ,Qiu Feng ,and Ding Rong(Depart ment of Com puter Science and Technology ,Tsinghua U niversity ,Beijing 100084)Abstract Digital watermarking ,the technology of embedding special information into multimedia data ,is a topic that has recently gained increasing attention all over the world 1The watermark of digital images ,audio ,video ,and other media products in general has been proposed for resolving copyright ownership and verifying the integrity of content 1The characteristics and applications of watermark techniques are first in 2troduced ,and then the basic concepts and evaluation criteria are expatiated 1For further understanding ,the watermark techniques from the various aspects are classified and some conventional watermark techniques and algorithms are analyzed in detail 1At the same time ,their security and performance are compared 1Fi 2nally ,the possible research direction of digital watermark technology are pointed out 1K ey w ords digital watermark ;multimedia security ;copyright protection摘　要　数字水印作为一种将特殊信息嵌入媒体数据的技术,近年来已成为国内外研究的热点并有着广泛的应用前景1通常数字水印被应用于数字图像、音频、视频以及其他媒体产品上以进行版权保护和验证多媒体数据的完整性1首先介绍了数字水印技术的特点和应用领域,并对其基本原理和评价标准进行了阐述,同时对数字水印的各种算法进行了分类研究与深入分析,并对不同算法进行了安全性与性能的横向比较,最后指出了数字水印今后的研究方向1关键词　数字水印;多媒体安全;版权保护中图法分类号　TP309171　引 言随着数字技术和因特网的发展,图像、音频、视频等形式的多媒体数字作品纷纷在网络上发布,其版权保护与信息完整性保证逐渐成为迫切需要解决的一个重要问题1数字水印(digital watermarking )技术作为信息隐藏技术研究领域的重要分支,是实现多媒体版权保护与信息完整性保证的有效方法,目前也正成为信息领域的一个研究热点[1,2]12　特点、分类及其应用211　基本特点(1)不可见性(imperceptibility )数字水印的嵌入不应使得原始数据发生可感知的改变,也不能使得被保护数据在质量上发生可以感觉到的失真1(2)鲁棒性(robustness )当被保护的数据经过某种改动或者攻击(如传输、编码、有损压缩等)以后,嵌入的水印信息应保持一定的完整性,并能以一定的正确概率被检测到1(3)安全性(security )数字水印应该难以被伪造或者加工1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1(4)可证明性在实际的应用过程中,可能多次加入水印,那么数字水印技术必须能够允许多重水印嵌入被保护的数据,而且每个水印均能独立地被证明1212　分　类(1)按照应用媒体分为文本、图像、音频和视频1(2)按照水印特点,分为可见水印和不可见水印1不可见水印是最常用的水印技术,它利用了人类视觉系统的特点,使得隐藏在数据中的水印无法通过肉眼分辨出来1它可以分为脆弱水印、半脆弱水印和稳健水印1(3)按照水印处理过程,由图1可以看到分为生成水印、嵌入水印和检测水印,而其中每一种又有不同的分类1Fig 11　Watermarking classification according to processing 1图1　数字水印按照处理过程分类213　应　用数字水印主要应用在以下几个方面[1～10]:(1)版权保护数字作品的所有者可用密钥产生水印,并将其嵌入原始数据,然后公开发布其水印版本作品1当该作品被盗版或出现版权纠纷时,所有者即可从被盗版作品中获取水印信号作为依据,从而保护其合法权益1(2)数字指纹为避免数字作品未经授权被拷贝和发行,版权所有人可以向分发给不同用户的作品中嵌入不同的水印以标识用户的信息1该水印可根据用户的序号和相关的信息生成,一旦发现未经授权的拷贝,就可以根据此拷贝所恢复出的指纹来确定它的来源1(3)认证和完整性校验通常采用脆弱水印1对插入了水印的数字内容进行检验时,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1其优点在于认证同内容密不可分,因此简化了处理过程1(4)访问控制利用数字水印技术可以将访问控制信息嵌入到媒体中,在使用媒体之前通过检测嵌入到其中的访问控制信息,以达到访问控制的目的,它要求水印具有很高的鲁棒性1(5)信息隐藏数字水印可用于作品的标识、注释、检索信息等内容的隐藏,这样不需要额外的带宽,且不易丢失1另外,数字水印技术还可以用于隐蔽通信,这将在国防和情报部门得到广泛的应用13　基本原理和评价标准311　常规的嵌入检测框架图2所表示的是常规水印嵌入模型,其功能是根据密钥K ey 生成水印信号W ,通过一定的方法加入原始数据中,得到嵌入了水印的作品1在水印信4901计算机研究与发展　2005,42(7)号生成过程中,通常是需要原始数据的,其作用是使生成的水印信号与原始数据相关,即在不同的数据中嵌入的水印信号各不相同1Fig 12　Normal watermark 2embedding model 1图2　常规的水印嵌入模型original图3是常规的水印检测模型,其功能是根据KEY 生成水印信号W ,然后与待测数据进行水印信号相似性检测,判断是否存在水印1生成水印信号是否使用待测数据需与水印嵌入过程中的生成方法一致1一些水印技术(如私有水印等)中,检测过程需要使用原始数据,以便有效解决一些水印鲁棒性问题[3],但这同时也带来了一些额外的开销和安全隐患1Fig 13　Watermark detection model 1图3　水印检测模型常规的数字水印技术框架可以定义为六元组[1](X ,K ,W ,G ,E ,D ):X 表示未加入水印的原始数据1K 表示水印密钥(watermark key ),常由标识数字序列(例如整数序列等)组成1W 表示由数据序列X 和水印密钥K 生成的水印信号序列,其定义如下:W ={w (k )|w (k )∈U ,k ∈W^d }1(1) 水印信号可为二值的形式[4～6],即水印信号序列中的每个值w (k ),其取值范围U ={0,1}或{-1,1};也可以高斯噪声的形式[7,8]出现1W ^d 表示水印信号空间,而d 表示其维数,d =1,2,3分别表示音频、图像和视频水印1G 表示从数据序列X 和水印密钥K 生成水印信号W 的算法:W =G (X ,K )1(2) 二值形式的水印信号通常基于伪随机数产生器或者混沌系统;而高斯伪噪声信号或者m 2序列则可以通过提供很长的不相关信号序列来产生,以保证其足够的安全性1另外,生成的水印可能需要进一步的变换,以便更适合于嵌入到数据中1为了便于分析,可将G 分解为两个部分:G =T .R ,(3)其中,W =R (K ),W =T ( W ,X )1 第1部分R 表示从密钥K 生成原始水印的变换过程,整个过程仅依赖于K 1如果R 基于随机数生成器,则K 可直接映射为生成随机数所需的种子(seed );而如果基于混沌系统,K 则可通过一些简单变换以成为混沌系统的初始条件1上述两种情况R 都满足了密钥的惟一性,并且生成的 W 是K 的合法水印;另外,企图通过R 的逆变换来求得密钥K 实际上是不可行的1第2部分T 是可选的处理过程,表示将R 生成的原始水印修改为与被保护数据内容相关的水印,T 只看重数据的一些显著的特征,比如数据在处理过程中比较鲁棒不易丢失的那些特征等1如果在大量数据中嵌入同样的水印,攻击者可以通过统计的方法将数据进行叠加,来估计出水印信号[9],而通过数据相关的处理,即使采用相同的原始水印,对不同的数据得到的水印也不相同,因此可以避免此类攻击1E 表示将水印信号W 嵌入数据序列X 得到加密后的序列X w 的算法:X w =E (X ,W )=X +af (X ,W ),(4)其中X ={x (k )},a 为水印强度,f 为X 与W 的某种函数关系,最常用的水印嵌入算法如下:加法规则x w (k )=x (k )+aw (k )1(5)乘法规则x w (k )=x (k )+ax (k )w (k )1(6)为了保证在不可见的前提下,尽可能提高嵌入水印的强度,α的选择必须考虑图像的性质和视觉系统的特性1D 表示水印检测算法:D (X ,K )=1,W 存在,0,W 不存在1(7),或者水印根本就不存在,都可以通过相似性测量来检测出来1有多种办法可以度量原始水印和提取的水印之间的相似程度,最常用的是基于相关性的测试1先用密码和待检测的图像算出水印W 3,通常情况下,提取出的水印W 3与原始水印W 不相等,然后用下面的公式进行计算:si m (W 3,W )=W 3・W W 3・W 1(8) 设定阈值为T ,当满足下面不等式时,W 3与W 匹配:5901尹　浩等:数字水印技术综述si m(W3,W)>T1(9) T的选择要基于一定的虚警概率和漏警概率1检测过程可能包含两个错误,一是实际没有水印,却检测出有水印;二是实际有水印,却没有检测到水印1T减小,漏警概率降低而虚警概率提高;T增大,则虚警概率降低而漏警概率提高1312　攻击测试与性能评价(1)攻击在实际应用中,数字水印会面临各种问题,包括数据处理和人为攻击所带来的破坏,大致分类如下:①一般信号处理,包括滤波、平滑、增强、有失真压缩等;②几何变化,包括旋转、缩放、分割等;③诱惑攻击,即试图通过伪造原始图像和原始水印来迷惑版权保护,也称IBM攻击;④删除攻击,即针对某些水印方法通过分析水印数据,估计图像中的水印,然后将水印从图像中分离出来并使水印检测失效1(2)评价标准水印算法的评估有多种客观的评估标准,但主要有以下3种评价标准:①信噪比S N R和峰值信噪比PS N R在实验中,我们使用信噪比(S N R)和峰值信噪比(PS N R)作为嵌入水印后图像质量的评估标准,它是一种客观评价标准1信噪比(S N R)和峰值信噪比(PS N R)分别定义如下(单位分贝,dB):S N R=-10lg σ2D, (10)PS N R=-10lg M2D,(11)其中:σ2=1N ∑N-1i=0(x i- x)2, x=1N∑N-1i=0x i,(12)D=1N∑N-1i=0(x i-^x i)21(13) x i表示原图的像素值,^x i表示输出图像的像素值,N表示图像的像素个数,[0,M-1]为图像像素值的取值范围1②水印容量[11]在给定水印(二值型或高斯型)和图像质量标准的前提下,某些水印系统可以测出水印的最大长度和强度1水印容量越大,所含版权信息越多,不可见性会随之下降1③鲁棒性数字水印算法的鲁棒性常用攻击测试来进行评价,常见攻击测试包括:低通滤波、色彩量化、按比例缩放、剪切、旋转、对称或非对称剪切(X,Y方向)、对称或非对称行和列移动、普通线形几何变换、J PEG压缩、小波压缩等[12]1除了上述基本的攻击测试,近年来又出现了统计平均攻击和引发多著作权问题的多重水印攻击[13,14]1总之,在统一了测试方法和评估标准以后,水印算法的作者只需提供一份测试结果列表,其他研究者就能对算法的性能产生较为全面的认识,有利于对算法的深入研究及推广14　数字水印典型算法近年来,国际上数字水印技术的研究发展很快,新技术新算法层出不穷1水印算法大致可以分为两类:即空域水印和频域水印1后者通常也称为变换域水印,目前很多新的水印算法都是基于变换域的1下面对一些典型的算法进行介绍1411　空域算法(1)Schyndel算法[15,16]Schyndel算法提出了一些关于水印的重要概念和鲁棒水印检测的通用方法,即相关性检测方法1该算法首先将一个密钥输入一个m2序列(maximum2 length random sequence)发生器来产生水印信号,然后排列成二维水印信号,按像素点逐一嵌入到原始图像像素值的最低位上1其中,m2序列是由一些初始向量按照Fibonacci递归数列的关系运算生成的,也可以用线性移位寄存器实现1如果每个向量的长度为n,或移位寄存器的级数为n,则生成的m2序列长度最大为2n-11m2序列的自相关函数和频谱分布的特点类似于随机高斯噪声1检测时,通过计算m2序列和水印图像行的相关函数来判断是否存在水印1由于Schyndel算法将水印信号安排在了像素点的最低位上,它是不可见的1但基于同样的原因,水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏,因此是不鲁棒的1(2)Patchwork算法[3]Patchwork算法是通过改变图像数据的统计特性将信息嵌入到像素的亮度值中1Patchwork算法的方法是随机选择N对像素点(a i,b i),这些随机选取的两个像素点的差值是以0为中心的高斯分布1然后将点a i的亮度值加1,点b i的亮度值减1,这样来改变分布的中心,并且使得整个图像的平均亮度保持不变1最后采用统计的方法来对水印进行6901计算机研究与发展　2005,42(7)检测1为了抵抗诸如有损压缩以及滤波的处理,它将像素点对扩展成小块的像素区域(patch),增加一个patch中的所有像素点的亮度值,同时减少对应另外一个patch中所有像素点的亮度值1这种算法对抵御有损压缩编码(J PEG)、剪裁攻击和灰阶校正非常有效1但其缺陷在于嵌入的水印信息少,对仿射变换敏感,对多拷贝联合攻击抵抗力比较脆弱1 412　频域算法(1)扩展频谱通信技术扩展频谱通信[7](spread spectrum communication)技术原理为: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L个系数上(不包括直流分量),通常为图像的低频分量1若DCT系数的前L个最大分量表示为D={d i},i= 1,…,L,水印是服从高斯分布的随机实数序列W= {w i},i=1,…,L,那么水印的嵌入算法为d3i= d i+ad i w i,其中常数a为尺度因子,控制水印添加的强度1然后用新的系数做反变换得到水印图像X31解码函数则分别计算原始图像X和水印图像X3的离散余弦变换,并提取嵌入的水印W3,再做相关检验si m(W3,W)=W3・WW3・W　,以确定水印的存在与否1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1(2)N EC算法N EC算法[7]由N EC实验室的Cox等人提出,在数字水印算法中占有重要地位1其工作原理是,首先由作者的标识码和图像的Hash值等组成密钥,以该密钥为种子来产生伪随机序列,该序列具有高斯N(0,1)分布1再对图像做DCT变换,用该伪随机高斯序列来调制(叠加)图像除直流(DC)分量外的1000个最大的DCT系数1该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等1由于采用特殊的密钥和不可逆的水印生成方法,因此可以有效防止IBM攻击1而且该算法还提出了增强水印鲁棒性和抗攻击算法的重要原则,文献[6]建议水印信号应该嵌入到图像频域中可见性最主要的部分,这样可以增强抵抗常规信号处理和几何失真,以提高检测出水印的概率1另外,待嵌入的水印信号要由独立同分布随机实数序列构成,并且该实数序列应该具有高斯分布N(0,1)的特征1(3)生理模型算法人的生理模型包括人类视觉系统HVS和人类听觉系统HAS1利用生理模型的基本思想均是利用从视觉或听觉模型导出的J ND(just noticeable dif2 ference)描述来确定在图像或声音的各个部分所能容忍的数字水印信号的最大强度,从而能够避免破坏视觉或者听觉的质量1也就是说,利用生理模型来确定与数据相关的调制掩模,然后再利用其来嵌入水印1这一方法同时具有好的透明性和鲁棒性1(4)压缩域算法基于J PEG,MPEG标准的压缩域数字水印系统,其水印检测与提取可直接在压缩域数据中进行,节省了完全解码和重新编码过程,因此在数字电视广播及VOD中有很大的实用价值[17～22]1输入的MPEG22数据流可以分为数据头信息、运动向量和DCT编码信号块这3个部分,常见的方案都主要是对DCT编码信号块进行改变,如H&G算法[17,18]1 413　主要算法比较表1对一些常见的数字水印算法,对其不可见性、鲁棒性、嵌入量以及复杂程度进行了分类比较,以便进一步地研究1总体来说,频域水印的不可见性要比空域水印好,且抗攻击能力很强,但是嵌入量较小,计算更为复杂1实际应用中,需要选择合适的算法,以适应不同的需求1T able1　Comparison B etw een Main Algorithms表1　主要算法比较Classification Algorithm Imperceptibility Resistibility EmbeddingQuantityComplexityDegreeSpatial Domain Watermarking Based onLSBSchyndel Algo2rithmInsert into LSB,goodimperceptibilityW eak resistibility forfilter,image quantizationand geometric distortion1Large Very LowBased onBrightnessPatchwork Al2gorithmModify the distributionof brightness difference,good imperceptibilityE ffective for lossycompression and coding,shearing attack and graycorrection,fragile foraffine trans form andmulti2copy joint attack1The distribution ofbrightness differenceof N pixels pairsrepresented only onebit,little watermarkembedded data1Low7901尹　浩等:数字水印技术综述续　表Classification Algorithm Imperceptibility Resistibility EmbeddingQuantityComplexityDegreeFrequency Domain Watermarking Based onDCTSpread2SpectrumCommunicationG ood imperceptibility,but the watermark indifferent frequency hasthe same intensity1Robust to geometricdistortion and signalprocessing1Embedded in the DCTcoefficients,Largenumber of embeddeddata1HighN ECAlgorithmG ood imperceptibility,but the watermark indifferent frequency hasthe same intensity1Robust to geometricdistortion,signalprocessing and IBMattack1Embedded in the DCTcoefficients,Largenumber of embeddeddata1Higher than theSpread2spectrumcommunication1PhysiologicalModelAlgorithmG ood imperceptibility,but the watermark indifferent frequency hasthe same intensity1Robust to geometricdistortion and signalprocessing1Embedded in theDCT coefficients,Large number ofembedded data1HighCompressionField AlgorithmG ood imperceptibility1Robust to videocompression andshearing operation1Some practicalalgorithms have badtransparency on theQoS control1Embedded in the DCTcoefficients,Largenumber of embeddeddata1Low,DCTΠIDCTis Avoided1Based onDWTMulti2Resolu2tionDecompositionAlgorithmG ood imperceptibility1Robust to compressionand image processing1Embedded in the sub2wave band,Largenumber of embeddeddata1Higher than DCTtransform forblock image1Based onDFTAlgorithmPresented byRuanaidhG ood imperceptibility1Robust to compressionand image processing1Embedded in the phaseinformation of everyblock,few embeddeddata1Higher5　结 论数字水印是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域,作为在信息时代下进行数字产品版权保护的新技术,它可以确定版权所有者,识别购买者或者提供关于数字内容的其他附加信息,并将这些信息以人眼不可见的形式嵌入在多媒体信息中1在数字水印技术中,水印嵌入算法一直都是人们关注的焦点,而对不可见的鲁棒水印和嵌入噪声的水印的研究,都是最常见的课题1频域比空域应用得更多更广,尤其是基于DCT变换的算法已经得到了广泛的应用1但最近基于小波变换的嵌入算法因其具有多重分辨率的特点,而日益变得流行起来1由于目前数字水印技术难以解决串谋攻击、机会攻击以及解释攻击问题,使得数字水印在版权保护、访问与拷贝控制、数字指纹等方面的应用受到了很大的限制,许多研究者正致力于上述问题的解决1另外,对数字水印算法的可靠性和性能的评价需要有更标准的方法,水印理论也需要更加完善,可以预见数字水印技术将很可能成为多媒体安全领域的技术基础1参考文献1G1Voyatzis,I1Pitas1The use of watermarks in the protection of digital multimedia products1Proceedings of the IEEE,1999,87(7):1197～12072Christine I1Podilchuk,Edward J1Delp1Digital watermarking: Algorithms and applications1Signal Processing Magazine,2001, 14(4):33～463Ingemar J1Cox,J1P1Linnartz1Some general methods for tam2 pering with watermarks1IEEE Journal on Selected Areas in Com2 munication,1998,16(4):587～5934W1Bender,D1Gruhl,N1Morimoto,et al1Techniques for data hiding1IBM System Journal,1996,35(3&4):313～3365R1B1W olfgang,E1J1Delp1A watermark for still images1IEEE Int’l Conf1Image Processing,Lausanne,Switzerland,19966A1Z1Tirkel,C1F1Osborne,T1E1Hall1Image and watermark registration1Signal Processing,1998,66(3):373～3837Ingemar J1Cox,Joe K ilian,F1Thomason Leighton,et al1Se2 cure spread spectrum watermarking for multimedia1IEEE Trans1 Image Processing,1997,6(12):1673～16878C1I1Podilchuk,W1Zeng1Perceptual watermarking of still im2 ages1IEEE Workshop Multimedia Signal Processing,Princeton NJ,19979S1Voloshynovskiy,S1Pereira,T1Pun,et al1Attacks on digital watermarks:Classification,estimation2based attacks and bench28901计算机研究与发展　2005,42(7)marks 1IEEE Communications Magazine ,2001,39(8):118～12610Lee Sin 2Joo ,J ung Sung 2Hwan 1A survey of watermarking tech 2niques applied to multimedia 1IEEE Int ’l Symposium Electronics ,Pusan ,K orea ,200111Yu Nenghai ,Cao liangliang ,Fang Wen ,et al 1Practical analysis of watermarking capacity 1Int ’l Conf 1Communication Technology Proceedings ,Beijing ,200312Liu Tong ,Qiu Zhengding 1Attacks and evaluation in image digital watermarking 1Information and Control ,200113S 1Craver ,N 1Memon ,B 1L 1Yeo ,et al 1On the invertibility of invisible watermarking techniques 1IEEE Int ’l Conf 1Image Pro 2cessing ,Washington ,CA ,199714S 1Craver ,N 1Memon ,et al 1Can invisible watermarks resolve rightful ownerships 1IBM ,Tech.Rep.:RC 20509,199615R 1G 1van Schyndel ,A 1Z 1Tirkel ,C 1F 1Osborne 1A watermark 1Int ’l Conf 1Image Processing ,Austin ,Texas ,199416C 1T 1Hsu ,J 1L 1Wu 1Hidden digital watermarks in images 1IEEE Trans 1Image Processing ,1999,8(1):58～6817F 1Hartung ,B 1G irod 1Digital watermarking of MPEG 22coded video in the bitstream domain 1The 1997IEEE Int ’l Conf 1A 2coustics ,Speech ,and Signal Processing ,Munich ,G ermany ,199718F 1Hartung ,B 1G irod 1Digital watermarking of uncompressed and compressed video 1Signal Processing (Special Issue on Copyright Protection and Access Control for Multimedia Services ),1998,66(3):283～30119G 1C 1Langelaar ,R 1L 1Lagendijk ,J 1Biemond 1Real 2time label 2ing methods for MPEG compressed video 1The 18th Symp 1Infor 2mation Theory in the Benelus ,Veldhoven ,Netherlands ,199720F 1Jordan ,M 1Kutter ,T 1Ebrahimi 1Proposal of a watermarking technique for hiding Πretrieving data in compressed and decom 2pressed video 1Tech 1Rep.:ISO ΠIEC Doc 1J TC1ΠSC29ΠWG11MPEG97ΠM2281,199721Cheng Hui ,M 1A 1Isnardi 1Spatial temporal and histogram video registration for digital watermark detection 1The 2003Int ’l Conf 1Image Processing ,Barcelona ,200322Z 1H 1Wei ,P 1Qin ,Y 1Q 1Fu 1Perceptual digital watermark of images using wavelet transform 1IEEE Trans 1Consumer Elec 2tronics ,1998,44(4):1267～1273Yin H ao ,born in 19741Assistant re 2searcher.Mainly researches on the multime 2dia communication ,network QOS control and security 1尹浩,1974年生,助理研究员,主要研究方向为多媒体通信与安全、网络性能评估与QOS 控制1Lin Chu ang ,born in 19481Professor and Ph 1D 1supervisor 1His main research inter 2ests are computer network ,performance e 2valuation ,stochastic Petri net ,logic deduce and inference system 1林闯,1948年生,教授,博士生导师,主要研究方向为计算机网络、系统性能评价、随机Petri 网、逻辑推演和推理系统1Q iu Feng ,born in 19821Master candidate 1His main research interest is multimedia se 2curity 1邱锋,1982年生,硕士研究生,主要研究方向为多媒体安全1Ding R ong ,born in 19751Post Ph 1D 1His main research interests are video compression and recognition 1丁嵘,1975年生,博士后,主要研究方向为视频压缩及识别1R esearch B ackgroundThis paper is based on the research on an application 2supported video secure transmission system ,which is supported by the Nat 2ural Science Foundation (Grant No 160473086)1With the development of the digital technology and the Internet ,image ,audio ,video and so many kinds of multimedia digital production have been published in the Internet ,then the copyright protection and infor 2mation integrality guarantee has become important problems needed to be resolved 1Digital watermarking technology ,as an important branch of information security technology research fields ,is an efficient method to realize the multimedia copyright protection and in 2formation integrality guarantee ,and has become a research point in information fields 1We try to design a media 2dependent scheme to guarantee the security of video delivery ,in this scheme ,key information will be embedded in the host video ,and delivered to the clients 1How to design a reliable and efficient data embedding algorithm is a challenge 1We hope to find some valuable information from the watermark research work 1S o to conduct a good survey on current watermark work is very important for our further work and is also very valuable to the related research work 1This paper firstly introduces the characteristics and applications of watermarking ,and the basic concepts and evaluation criteria are expatiated 1For further understanding ,it then classifies the watermark techniques from the various points of view ,analyzes some existing watermark techniques and algorithms in detail ,and compares their security and performance 1Finally ,it briefly introduces the direction of digital watermarking technology development 19901尹　浩等:数字水印技术综述。

数字图像水印技术研究数字图像水印技术是一种将信息隐藏在数字图像中的技术，它的目的是为了保护数字图像的版权和真实性。

随着数字图像的广泛应用，数字图像水印技术得到了越来越广泛的应用。

本篇文章将重点介绍数字图像水印技术的相关概念、分类、常用算法及其应用。

一、数字图像水印技术的基本概念数字图像水印技术，就是在数字图像中嵌入特定的信息，包括但不限于文字、图形、数字等，通过一定的算法加密这些信息，使其无法被破解。

这些信息的加入可以是无感知的，即不影响图片原本的质量，也可以是有感知的，例如意识到有水印的存在。

数字图像水印技术主要分为有损和无损两种，其中无损水印技术在一定程度上保护原始数字图像的信息准确度，而有损水印技术则更适于低码率数据挖掘、多媒体交换以及在互联网上传输和存储。

二、数字图像水印技术的分类数字图像水印技术根据嵌入时机可以分为盲水印技术和非盲水印技术，其中盲水印技术不需要原始图像就可以提取出水印信息，而非盲水印技术需要原始图像才能提取出水印信息。

根据水印嵌入方式，数字图像水印技术可以分为频域水印技术和空域水印技术。

频域水印技术即将水印嵌入到原始图像的频率域，常用的有离散余弦变换（DCT）水印技术和离散小波变换（DWT）水印技术。

空域水印技术则将水印嵌入到原始图像的空间域内，例如LSB嵌入技术和图像直方图嵌入技术等。

三、数字图像水印技术的常用算法1. 盲水印算法盲水印算法是一种不需要原始图像就能提取水印的算法，常见的有奇偶数调制算法和小波域局部最小值算法，其中小波域局部最小值算法是一种高容量和高鲁棒性的盲水印算法。

2. DCT水印算法DCT水印算法是一种将水印信息嵌入原始图像灰度频谱中的方法，它的特点是水印信息具有较高的嵌入容量和良好的视觉效果。

常见的DCT算法有LSB和刀刃水印算法。

3. DWT水印算法DWT水印算法是一种将水印信息嵌入原始图像的小波频谱中的方法，它的特点是具有较好的抗JPEG压缩能力和较高的嵌入容量。

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。

《数字水印技术综述》姓名余博涵学号 *********** 院系信息学院专业计算机科学与技术班级 A1111目录摘要 -------------------------------------------------------------- I Abstract ---------------------------------------------------------- II1 引言 ------------------------------------------------------------- 12 数字水印的特征 --------------------------------------------------- 23 数字水印的分类 --------------------------------------------------- 23.1图像水印---------------------------------------------------- 23.2音频水印---------------------------------------------------- 33.3视频水印---------------------------------------------------- 33.4 文本水印---------------------------------------------------- 43.5 网格水印---------------------------------------------------- 43.6软件水印---------------------------------------------------- 54 数字水印的基本框架及评价标准 ------------------------------------- 54.1 基本框架---------------------------------------------------- 54.2 评价标准---------------------------------------------------- 75 数字水印的应用 --------------------------------------------------- 75.1 版权保护---------------------------------------------------- 75.2 广播监视---------------------------------------------------- 85.3 声像数据的隐藏标识------------------------------------------ 85.4 隐蔽通信---------------------------------------------------- 86 数字水印技术研究展望 --------------------------------------------- 87 结论 ------------------------------------------------------------- 9参考文献： -------------------------------------------------------- 11摘要数字水印作为一种多媒体信息版权保护和数据安全维护的技术，近年来已成为国内外研究的热点并有着广泛的应用前景。

数字图像水印技术与应用研究综述与分析随着数字图像的广泛应用，数字图像的安全性和隐私保护问题也日益受到重视。

数字图像水印技术作为一种有效的信息隐藏和认证手段，得到了广泛的研究和应用。

本文将对数字图像水印技术的发展历程、应用领域及其在安全认证、版权保护和数据完整性验证等方面的研究与应用进行综述与分析，以期为相关研究和应用提供参考与借鉴。

1. 数字图像水印技术的发展历程数字图像水印技术起源于上世纪80年代，最初主要应用于数字版权保护方面。

随着计算机技术和信息技术的快速发展，数字图像水印技术逐渐得到了改进和发展。

传统的数字图像水印技术可以分为空域水印技术和频域水印技术两大类。

空域水印技术主要通过修改原始图像的像素或颜色值来插入水印信息，包括改变像素顺序、颜色分量和像素强度等。

频域水印技术则是通过对原始图像进行傅里叶变换，将水印嵌入到其频域系数中，利用图像频谱在不可见的频段进行隐藏。

近年来，随着深度学习技术的发展，基于深度学习的数字图像水印技术也开始兴起，具有更好的鲁棒性和性能。

2. 数字图像水印技术的应用领域数字图像水印技术在各个领域都有广泛的应用。

首先是版权保护方面，数字图像水印技术可以嵌入到数字图像中，对图像进行认证和保护，防止盗版和非法复制。

其次，在安全认证方面，数字图像水印技术可以被用于身份验证、电子支付、数据完整性验证等场景，确保信息的可靠性和安全性。

此外，数字图像水印技术还广泛应用于图像检索与分类、图像隐藏与传输、信号处理与通信等领域。

3. 数字图像水印技术的研究与应用分析在数字图像水印技术的研究与应用中，存在一些关键问题和挑战。

首先是水印的隐蔽性问题，水印嵌入到图像中应该对人眼不可见，但仍能为水印信息提供足够的鲁棒性和可提取性。

其次是抗攻击性问题，数字图像水印技术应该能够抵抗一些常见的攻击手段，如旋转、缩放、去噪等，以保证水印的可靠性和稳定性。

此外，数字图像水印技术还需要考虑到计算资源消耗、实时性要求和可扩展性等问题。

图像处理中的数字水印算法综述数字水印是一种通过在数字媒体中嵌入特定信息进行认证、保护和传播的技术。

在图像处理领域，数字水印算法广泛应用于版权保护、信息隐藏、内容认证以及图像溯源等方面。

本文将综述图像处理中的数字水印算法及其应用，并重点介绍几种常用的数字水印算法。

一、数字水印的概念与分类数字水印是在数字媒体中嵌入的一段特定的信息，不可感知地存储于原始图像中。

数字水印按照水印的类型可以分为可见水印和不可见水印。

可见水印是在原始图像中直观可见的标识，常用于版权保护和身份认证。

而不可见水印则是在原始图像中隐藏的隐蔽信息，常用于图像溯源与内容认证。

二、数字水印算法的综述1. 空域水印算法空域水印算法是将水印嵌入到原始图像的像素值中。

其中，最简单的一种方法是最低有效位（LSB）算法，它将水印信息嵌入到原始图像中的最低比特位中，对图像的质量影响较小。

此外，还有基于差值扩展和扩频技术的空域水印算法，能够提高水印嵌入的容量和鲁棒性。

2. 变换域水印算法变换域水印算法是将水印嵌入到原始图像的变换域中，如离散余弦变换（DCT）和离散小波变换（DWT）。

其中，基于DCT的数字水印算法通过选择合适的频域系数进行嵌入操作，提高了水印的鲁棒性和不可感知性。

基于DWT的数字水印算法则通过将水印嵌入到图像的高频细节中，提高了水印的抗压缩性能。

3. 频域水印算法频域水印算法是将水印嵌入到原始图像的频域中，如离散傅里叶变换（DFT）和离散小波变换（DWT）。

这些算法通过在频域对图像进行分析，选择合适的频域系数进行水印嵌入，以提高水印的鲁棒性和不可感知性。

4. 扩频水印算法扩频水印算法是一种基于码片序列的数字水印算法，其原理是将水印信息通过扩频技术嵌入到原始图像中。

这种算法具有较好的鲁棒性和抗攻击性能，常用于版权保护和内容认证。

三、数字水印算法的应用1. 版权保护数字水印技术提供了一种有效的版权保护手段。

通过将版权信息嵌入到数字媒体中，可以在未经授权的情况下追踪盗版行为，并为原始创作者提供法律保护。