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数字水印技术:概念、应用及现状(精选9篇)
篇1:数字水印技术:概念、应用及现状
讲述了数字水印技术的概念、产生背景、分类、应用状况、研究动态和现实案例。
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,无论是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.隐藏位置的安全性: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。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。在数字水印技术中,水印的数据量和鲁棒性构成了一对基本矛盾。从主观上讲,理想的水印算法应该既能隐藏大量数据,又可以抗各种信道噪声和信号变形。然而在实际中,这两个指标往往不能同时实现,不过这并不会影响数字水印技术的应用,因为实际应用一般只偏重其中的一个方面。如果是为了隐蔽通信,数据量显然是最重要的,由于通信方式极为隐蔽,遭遇敌方篡改攻击的可能性很小,因而对鲁棒性要求不高。但对保证数据安全来说,情况恰恰相反,各种保密的数据随时面临着被盗取和篡改的危险,所以鲁棒性是十分重要的,此时,隐藏数据量的要求居于次要地位。
数字水印技术的基本思想源于古代的密写术。古希腊的斯巴达人曾将军事情报刻在普通的木板上,用石蜡填平,收信的一方只要用火烤热木板,融化石蜡后,就
可以看到密信。使用最广泛的密写方法恐怕要算化学密写了,牛奶、白矾、果汁等都曾充当过密写药水的角色。可以说,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。在研究数字水印的过程中,研究者大量借鉴了密写技术的思想。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经受各种常用的编辑处理;脆弱数字水印主要用于完整性保护,与鲁棒水印的要求相反,脆弱水印必须对信号的改动很敏感,人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。2.按水印所附载的媒体划分
按水印所附载的媒体,我们可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。随着数字技术的发展,会有更多种类的数字媒体出现,同时也会产生相应的水印技术。3.按检测过程划分
按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印和盲水印。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要密钥,不需要原始数据。一般来说,明文水印的鲁棒性比较强,但其应用受到存储成本的限制。目前学术界研究的数字水印大多数是盲水印。4.按内容划分
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(如商标图像)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。有意义水印的优势在于,如果由于受到攻击或其他原因致使解码后的水印破损,人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。但对于无意义水印来说,如果解码后的水印序列有若干码元错误,则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。
5.按用途划分
不同的应用需求造就了不同的水印技术。按水印的用途,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。
票据防伪水印是一类比较特殊的水印,主要用于打印票据和电子票据的防伪。一般来说,伪币的制造者不可能对票据图像进行过多的修改,所以,诸如尺度变换等信号编辑操作是不用考虑的。但另一方面,人们必须考虑票据破损、图案模糊等情形,而且考虑到快速检测的要求,用于票据防伪的数字水印算法不能太复杂。版权标识水印是目前研究最多的一类数字水印。数字作品既是商品又是知识作品,这种双重性决定了版权标识水印主要强调隐蔽性和鲁棒性,而对数据量的要求相对较小。
篡改提示水印是一种脆弱水印,其目的是标识宿主信号的完整性和真实性。隐蔽标识水印的目的是将保密数据的重要标注隐藏起来,限制非法用户对保密数据的使用。
6.按水印隐藏的位置划分
按数字水印的隐藏位置,我们可以将其划分为时(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。
时(空)域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息,而频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印则分别是在DCT变换域、时/ 频变换域和小波变换域上隐藏水印。
随着数字水印技术的发展,各种水印算法层出不穷,水印的隐藏位置也不再局限于上述四种。应该说,只要构成一种信号变换,就有可能在其变换空间上隐藏水印。
四、应用前景
多媒体技术的飞速发展和Internet的普及带来了一系列政治、经济、军事和文化问题,产生了许多新的研究热点,以下几个引起普遍关注的问题构成了数字水印的研究背景。
1.数字作品的知识产权保护
数字作品(如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频、三维动画)的版权保护是当前的热点问题。由于数字作品的拷贝、修改非常容易,而且可以做到与原作完全相同,所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志,而这种明显可见的标志很容易被篡改。
“数字水印”利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听,既不损害原作品,又达到了版权保护的目的。目前,用于版权保护的数字水印技术已经进入了初步实用化阶段,IBM公司在其“数字图书馆”软件中就提供了数字水印功能,Adobe公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。然而实事求是地说,目前市场上的数字水印产品在技术上还不成熟,很容易被破坏或破解,距离真正的实用还有很长的路要走。2.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,特别是精度超过 1200dpi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。
据美国官方报道,仅在1997年截获的价值4000万美元的假钞中,用高精度彩色打印机制造的小面额假钞就占19%,这个数字是1995年的9.05 倍。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。其中麻省理工学院媒体实验室受美国财政部委托,已经开始研究在彩色打印机、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。
另一方面,在从传统商务向电子商务转化的过程中,会出现大量过度性的电子文件,如各种纸质票据的扫描图像等。即使在网络安全技术成熟以后,各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志,从而大大增加了伪造的难度。3.声像数据的隐藏标识和篡改提示
数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值,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。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法,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。这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所采用。
此外,数据的篡改提示也是一项很重要的工作。现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到“移花接木”而不为人知,因此,如何防范对图像、录音、录像数据的篡改攻击是重要的研究课题。基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径,通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。4.隐蔽通信及其对抗
数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径,更引发了信息战尤其是网络情报战的革命,产生了一系列新颖的作战方式,引起了许多国家的重
视。
网络情报战是信息战的重要组成部分,其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。迄今为止,学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”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。网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路,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。
五、研究动态
从公开发表的文献看,国际上在数字水印方面的研究刚开始不久,但由于有大公司的介入和美国军方及财政部的支持,该技术研究的发展速度非常快。1998年以来,《IEEE图像处理》、《IEEE会报》、《IEEE通信选题》、《IEEE 消费电子学》等许多国际重要期刊都组织了数字水印的技术专刊或专题新闻报道。----在美国,以麻省理工学院媒体实验室为代表的一批研究机构和企业已经申请了数字水印方面的专利。1998年,美国政府报告中出现了第一份有关图像数据隐藏的AD报告。目前,已支持或开展数字水印研究的机构既有政府部门,也有大学和知名企业,它们包括美国财政部、美国版权工作组、美国空军研究院、美国陆军研究实验室、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、伊利诺斯大学、明尼苏达大学、剑桥大学、瑞士洛桑联邦工学院、西班牙Vigo 大学、IBM公司Watson研究中心、微软公司剑桥研究院、朗讯公司贝尔实验室、CA公司、Sony公司、NEC研究所以及荷兰菲利浦公司等。1996年5月30日~6月1日,在英国剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会,至今已举办了三届。SPIE和IEEE的一些重要国际会议也开辟了相关的专题。
我国学术界对数字水印技术的反应也非常快,已经有相当一批有实力的科研机构投入到这一领域的研究中来。为了促进数字水印及其他信息隐藏技术的研究和应用,1999年12月,我国信息安全领域的何德全院士、周仲义院士、蔡吉人院士与有关应用研究单位联合发起召开了我国第一届信息隐藏学术研讨会。2000年1 月,由国家“863”智能机专家组和中科院自动化所模式识别国家重点实验室组织召开了数字水印学术研讨会,来自国家自然科学基金委员会、国家信息安全测评认证中心、中国科学院、北京邮电大学、国防科技大学、清华大学、北方工业大学、上海交通大学、天津大学、中国科技大学、北京大学、北京理工大学、中山大学、北京电子技术应用研究所等单位的专家学者和研究人员深入讨论了数字水印的关键技术,报告了各自的研究成果。
从这次会议反应的情况上看,我国相关学术领域的研究与世界水平相差不远,而且有自己独特的研究思路。
目前,已支持或开展数字水印研究的机构既有政府部门,也有大学和知名企业,它们包括美国财政部、美国版权工作组、美国空军研究院、美国陆军研究实验室、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、伊利诺斯大学、明尼苏达大学、剑桥大学、瑞士洛桑联邦工学院、西班牙 Vigo大学、IBM公司Watson研究中心、微软公司剑桥研究院、朗讯公司贝尔实验室、CA公司、Sony公司、NEC研究所以及荷兰菲利浦公司等。
1996年5月30日~6月1日,在英国剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会,至今已举办了三届。SPIE和IEEE的一些重要国际会议也开辟了相关的专题。
我国学术界对数字水印技术的反应也非常快,已经有相当一批有实力的科研机构投入到这一领域的研究中来。为了促进数字水印及其他信息隐藏技术的研究和应用,1999年12月,我国信息安全领域的何德全院士、周仲义院士、蔡吉人院士与有关应用研究单位联合发起召开了我国第一届信息隐藏学术研讨会。2000年1 月,由国家“863”智能机专家组和中科院自动化所模式识别国家重点实验室组织召开了数字水印学术研讨会,来自国家自然科学基金委员会、国家信息安全测评认证中心、中国科学院、北京邮电大学、国防科技大学、清华大学、北方工业大学、上海交通大学、天津大学、中国科技大学、北京大学、北京理工大学、中山大学、北京电子技术应用研究所等单位的专家学者和研究人员深入讨论了数字水印的关键技术,报告了各自的研究成果。从这次会议反应的情况上看,我国相关学术领域的研究与世界水平相差不远,而且有自己独特的研究思路。
篇2:数字水印技术:概念、应用及现状
应用数字全息解决数字水印技术中采用log-polar变换后水印的提取问题
log-polar(对数-极坐标)变换是目前数字水印在抵抗几何攻击时常常采用的手段,但是此种算法存在的主要问题是采用不同的坐标变换带来的数字图像信息的丢失,导致水印可提取性下降或者原图质量的`下降.本文应用了数字全息的方法,解决了以上的两个由于logpolaf变换带来的主要问题.仿真实验证明,该方法解决了数字水印图像信息的丢失,大大提高了数字水印的可提取性.
作 者:周皓 顾济华 陈刘 ZHOU Hao GU Ji-hua CHEN Liu 作者单位:教育部现代光学技术重点实验室,苏州,215006;苏州大学物理科学与技术学院,苏州,215006刊 名:激光杂志 ISTIC PKU英文刊名:LASER JOURNAL年,卷(期):200728(6)分类号:O436.1 TN919关键词:信息光学 数字全息水印 log-polar变换 RST
篇3:数字水印技术及应用
(一) 数字水印技术原理
1. 数字水印的基本特性
数字水印种类繁多, 不同的数字水印有不同的应用场合, 因而也会有不同的特性或要求, 但它们必须满足以下几个基本特性: (1) 鲁棒性。鲁棒性对版权保护水印来说非常重要。一个数字水印应该能承受大量的、不同的物理和几何失真, 包括有意的 (如恶意攻击) 或无意的 (如图像压缩、滤波、扫描与复印、噪声干扰、旋转、缩放等等) 。显然在经过这些处理后, 鲁棒的水印算法应仍能从水印图像中提取出嵌入的水印或证明水印的存在。如果不掌握水印的所有有关知识, 数据产品的版权保护标志应该很难被伪造。若攻击者试图删除水印则将导致多媒体产品的彻底破坏。 (2) 不可感知性。不可感知性包含两方面的意思, 一方面指视觉上的不可感知性, 即原始图像与嵌入水印后的图像在人类视觉系统下是不可分辨的。另一方面用统计的方法也无法分辨原始图像与嵌入水印后的图像。不可感知性是数字水印系统的一个最基本的特性。 (3) 可证明性。水印应该能够为受到版权保护的信息产品的归属提供完全和可靠的证明。并且载体在经过各种攻击后, 不会严重影响拥有者身份的准确判定。 (4) 安全性。水印应该是秘密的, 只有授权方才可访问。
2. 数字水印的系统模型
一般数字水印系统的通用模型包括两个部分:水印嵌入和水印提取或检测。嵌入算法的目标是使数字水印在不可见性和鲁棒性之间找到一个较好的折中。提取或检测算法主要是设计一个相应于嵌入过程的检测算法。检测的结果或是原水印 (如字符串或图像等) , 或是基于统计原理的只能判断水印存在与否。检测方案的目标是使错判与漏判的概率尽量小。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都在水印加入、提取时采用了密钥, 只有掌握密钥的人才能读出水印。图1为数字水印系统的嵌入模型, 其功能是将水印信号加入到原始数据中。图1~图2为数字水印系统的检测模型, 其功能是判断某一数据中是否含有指定的水印信号, 并可能恢复出水印信息。
(二) 数字水印分类
1. 按水印嵌入的空间分类
分为空域水印和变换域水印。
空域水印是直接在空域中对采样点的幅度值做出改变而嵌入水印, 其最大特点是直观, 方便, 效率比较高, 其缺点也很明显, 稳健性比较差。
变换域水印是在嵌入水印前先对图像进行某种可逆的数学变换, 然后通过修改变换域的某些系数来嵌入水印, 再进行逆变换得到加水印后的图像。它主要包括离散傅立叶变换 (DFT) 、离散余弦变换 (DCT) 和离散小波变换域 (DWT) , 其共同的特点是:可嵌入水印的数据量大, 而且能够达到较好的不可感知性和鲁棒性的要求, 但算法复杂度较高。
2. 按所嵌入水印信息的抗攻击能力来分类分为脆弱水印、半脆弱水印和鲁棒水印。
脆弱水印对信号的改动很敏感, 人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过, 主要用于完整性保护
鲁棒水印要求嵌入的水印能够经受各种常用的图像处理操作, 主要用于版权保护。
半脆弱水印能够容忍一定的信号失真, 主要用于认证。
3. 按人的主观感觉来分类
分为可见水印和不可见水印。
可见水印 (Visible digital watermarking) 的目的主要在于明确标识版权, 防止非法使用, 虽然降低了资料的商业价值, 却无损于所有者的使用。
不可见水印 (Invisible watermarking) 在视觉上是不可见的, 目的是为了作为将来起诉非法使用者的证据, 从而保护原创者或所有者的版权。
4. 按水印提取时是否需要原始图像来分类
分为非盲水印和盲水印。
非盲水印 (non-blind watermarking) 在提取或检测过程中需要原始数据。
盲水印在提取或检测中只需要密钥, 不需要原始数据。
一般来说, 非盲水印的鲁棒性比较强, 但其应用受到原始数据是否提供等的限制。所以盲水印更符合所有权验证的需要, 是水印算法发展的方向。
5. 按水印载体分类
分为图像水印、视频水印、音频水印、文本水印及网格水印等。
随着数字技术的发展, 会有更多种类的数字载体出现, 同时也会产生相应的水印技术。
(三) 典型的数字水印的算法
1. 空域水印算法
早期的数字水印算法从本质上来说都是从属于时空域的, 是直接在信号空间上叠加水印信息。R.G.Schyndel等是第一个提出关于数字图像水印的空间域算法的, 使用特定的密钥通过m-序列发生器产生随机序列信号, 然后按一定的规则重新排列成二维水印信号, 并逐一按像素点插入到原始图像对应像素的最低比特位 (称为最低有效位算法或噪声插入算法) 。由于水印信号隐藏在最低位, 相当于叠加了一个能量微弱的信号, 而人类视觉系统对某些细微特征不敏感, 因而难察觉。但其隐藏的信息可以被轻易破坏或移去, 无法满足数字水印的稳健性要求。Nikolaidis和Pitas在Bender等提出的Patchwork算法的基础上提出了一种比较经典的基于图像统计特性检测理论的水印算法:任意选择N对小块的像素区域对 (如3×3) , 通过增加一个区域中的所有像素点的亮度值, 而相应减少对应区域中所有像素点的亮度值的调整来隐藏信息, 但该算法嵌入的信息量有限, 而且对共谋攻击的抵抗力较弱。总而言之, 尽管空域算法实现简单, 但其嵌入的信息量少, 鲁棒性差, 一般早期的水印采用这种算法, 现在已经很少见到单独采用这种技术的算法了。
2. 变换域水印算法
研究人员普遍认为变换域水印比空域水印具有更好的稳健性, 因而近年来的数字水印算法多集中于变换域方案, 它是在载体信号的某一变换域中嵌入数字水印信号。
(1) DCT域水印算法。最早的基于块DCT变换的数字水印算法是Koch等人提出的, 该算法由一个密钥随机地选择图像的某些块, 在频域的中频系数上稍稍改变一个三元组以隐藏水印信息, 该算法对低通滤波和有损压缩是有效的。选择中频分量是不可见性与稳健性的折中, 有很多算法都采用中频带来隐藏水印。Cox等提出了基于全局的DCT的水印算法, 他们的重要贡献是将通信理论中的扩频原理引入了水印技术, 并提出了水印应该嵌入在感知重要的分量上 (主要对应于频域的低频系数, DC系数除外) 以增强算法的稳健性, 嵌入的水印强度正比于对应的频率分量的强度。Cox等还认为高斯随机序列产生的水印相比于其它序列具有更好的稳健性, 因为它们具有更大的自相关值。黄继武等人通过对DCT系数振幅的定量分析, 提出在DCT域的直流 (DC) 分量上嵌入水印可以获得更好的鲁棒性和不可见性, 嵌入的水印是伪随机序列, 在此之前DC分量总是无一例外被排除在外。由于一幅图像的局部特征有差异, 选择固定的水印隐藏区显然不是自适应的, Podilchuk等人提出了频带自适应选择方法, 水印的隐藏区自适应的选择为中频带和低频带中频率信息和能量最丰富的一段频带, 这样可以充分利用对比度掩蔽的作用, 同时水印的嵌入是通过修改感知重要的系数, 保证了水印的鲁棒性。由此可以看出基于低频带和中频带的DCT域嵌入水印算法是主流。DCT域嵌入水印算法不但可以和现在国际上常用的压缩标准如JPEG、MPEG-2等相兼容, 而且如果频带选择适当可以消除数据有损压缩所造成的损失, 即抗JPEG压缩能力很强。因而目前DCT域嵌入水印的文献很多, 可以说是研究比较热门的一个领域。其存在的问题:第一, 全局DCT变换的局部性很差。第二, 采用分块DCT变换重构图像时会出现马赛克效应。
(2) DWT域水印算法。离散小波变换 (DWT) 具有良好的时频局部化特性, 和人眼的某些视觉特性相一致, 同时随着新一代图像压缩标准JPEG2000和视频压缩标准MPEG-4中小波变换的采用并占据重要地位, 使得DWT域水印算法具有广阔的应用前景。1998年, C.T.Hsu和J.Lwu首先提出了多分辨率分析的水印算法:首先对水印图像和原始图像同时进行多分辨率分析, 然后将水印在分辨率下的分析系数嵌入到具有相应分辨率的图像块中, 这样, 即使含水印的图像质量受到了攻击的影响, 丢失了部分信息, 较低分辨率的水印仍然保存在较低分辨率的图像块中, 因此水印具有较高的稳健性。Liang、Ohnishi、Tzovaras等提出在小波分解的近似图像中嵌入水印:首先对图像按8×8分块, 对各块进行三级小波分解, 类似于在 (DCT) 中对图像的运算, 然后对得到的各低频子带系数嵌入水印信息。黄达人、王卫卫等人提出对整幅图像进行小波分解, 然后在感觉重要的小波分解系数中嵌入水印。Watson利用小波变换符合人类视觉系统HVS (human visual system) 的某些特性 (频率掩蔽特性) 对不同的分解子带定义了不同的量化要素, 并利用各子带所容许的量化噪声自适应地控制水印的嵌入强度, 以满足水印在不可感知的条件下最大强度的嵌入水印。
针对许多现有的数字水印算法对图像缩放、旋转、剪切、删除或增加线条、仿射等几何形变比较脆弱的特性, 也有一些学者将分形理论中自相似分形集的抗几何形变特性运用到水印算法上以增强水印抗几何攻击的能力。
(四) 数字水印的应用领域
1. 数字作品的版权保护。
版权标识水印是目前研究最多的一类数字水印。数字作品的所有者可用密钥产生一个水印, 并将其嵌入原始数据, 然后公开发布其水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时, 水印的提取和认证, 能够证明嵌入水印的产品的版权。另一种情况是有产权争议时, 需要第三方的版权管理中心的帮助, 确定产权的归属。
2. 数据真实性认证。
电子商务的出现和发展, 使用了大量的电子文件和票据, 如各种票据的扫描图像、电子支票、网络支付凭证等。商务交易中, 数据信息的任何修改都可能导致交易的不公平, 如伪造票据, 修改数据, 商业欺诈等。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志, 从而大大增加了伪造和篡改的难度。
3. 使用控制。
水印被嵌入到信息中后, 它们在信息中始终存在, 如果每个信息使用终端都安装了水印检测器, 那么如果在信息输入中检测到禁止使用的水印, 终端都会禁止信息的使用。这种应用的一个典型的例子是DVD防拷贝系统, 即将水印信息加入DVD数据中, 这样DVD播放机就可通过检测DVD数据中的水印信息而判断其合法性和可拷贝性, 从而保护制造商的商业利益。
4. 路径跟踪。
在此类应用中, 水印携带了被保护产品在复制过程中的传播路径或其他操作。水印可以记录产品的分发途径。产品的所有者会在产品的每份副本中放置不同的水印。如果产品被非法再发行, 所有者可根据提取的水印确定信息的分发途径, 从而追究其非法分发者的责任。
(五) 结论
数字水印技术作为解决多媒体数据安全问题的一种有效手段有着巨大的潜力, 无论在学术界、工业界还是商业界都具有广泛的研究前景。尽管目前数字水印技术在实际应用中还存在着许多问题未曾解决, 而相关科学研究领域的技术发展也会使之面临更多的挑战。但我们相信随着研究工作的深入, 数字水印技术会逐渐走向成熟, 并最终形成一门颇具特色的独立技术学科。
摘要:数字水印是一种全新的数字产品保护技术, 它将特定的数字信息嵌入到图像、视频、音频等各种数字产品中, 以达到信息安全和版权保护的目的。文章从数字水印技术的原理、分类、典型算法和应用等方面对这种新技术加以阐述, 使读者结它有一个比较全面的了解。
关键词:数字水印,信息安全,版权保护
参考文献
[1]吴秋新, 钮心析, 杨义先, 等译.信息隐藏技术-隐写术与数字水印[M].人民邮电出版社, 2001.
[2]桑军, 晓峰.数字图像水印与版权保护-概念与方法[J].计算机科学, 2005, 32 (1) :111-114.
[3]孙圣和, 陆哲明.数字水印处理技术[J].电子学报, 2000, 28 (8) :85-90.
[4]Schyndel, R.G.van A.Z.Tirkel, C.F.Osborn.A digital watermark.International Conference on ImageProcessing, Austin, Texas, U.S.A., [J].1994IEEE, (2) :86-90.
篇4:数字图像水印技术与应用
关键词:数字水印;空域算法;交换域算法;应用
中图分类号:TP309 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 13-0000-02
Digital Image Watermarking and Application
Zhao Haijun1,2
(1.Fuqing Branch of Fujian Normal University,Fuqing350300,China;2. School of Information Science and Technology,Xiamen University,Xiamen361005,China)
Abstract:Digital watermarking as a main method for copyright protection and as a new way for hiding information,has become a hot topic and gained increasing attention both abroad and at home in recent years. The concept,classifications,features and working process have been well introduced,and then a contrastive analysis of its classical algorithms has been promoted.Finally,its application field is summarized and an expectation about its future possible development direction is given.
Keywords:Digital watermark;Spatial domain algorithm;Transform domainalgorithm;Application
多媒体通信业务和网络数字化的日益普及使得信息所有者可以方便地通过互联网发布的信息,同时,也可以便捷地通过网络获取所需信息。随之,信息数字化产品的信息安全与版权保护问题已成为迫在眉睫的现实问题。加密(cryptography)技术是解决此问题的一种传统方法。然而,加密却也有其极限性:一是其非常规性的表现形式同时也泄露了内容的重要性;二是它只能保证信息内容的保密性却无法解决版权问题。正是在这种环境下,数字水印技术通过在数字作品中嵌入水印信息来确定数字作品的所有权或检验数字内容的原始性,弥补了加密技术对解密后的数据不能进一步保护的不足。(向德生等2005:326-333)
一、数计水印技术概念及特征
(一)概念
数字水印技术是借用了传统水印的概念,将其在数字媒体中推广应用。其技术的研究涉及信息学、密码学、数学、计算机科学、模式识别等多种学科的研究领域,是信息隐藏技术研究领域的重要分支。
(二)分类
根据其表现形式,数字图像水印分为可见水印(Visible Digital Watermark)和不可见水印(Invisible Digital Watermark)两种。可見水印指通过人眼可以看见的水印。这一类水印一般选用较淡或半透明的不碍观瞻的图案,其主要目的在于明确标识版权,防止非法使用;不可见水印与可视水印相反,它加在图像当中从表面上是不易察觉的。根据水印的性质,可分为鲁棒水印(Invisible-Robust Watermark)和易损水印 (Invisible-Fragile Watermark)。鲁棒水印的特点在于嵌入了此类水印后得到的水印化图像在经过一些常规处理或恶意攻击后仍可从中提取出有效的水印,鲁棒水印需尽可能地保留原始水印信息,而易损水印则只需要一定程度的保留水印的原始信息。根据水印的方案设计,可分为盲水印和非盲水印,不需要原始数据的称之为盲水印,反之,为非盲水印。根据用户密钥,可分为私钥水印和公钥水印,前者在水印的嵌入和检验过程采用同一密钥,而后者则采用不同的密钥。
(三)工作过程
数字水印技术系统一般包括水印生成、嵌入和提取/检测过程。其嵌入过程是首先对水印进行预处理,然后选择某种数字水印技术结合密钥或公钥将其嵌入到原始图像之中,最后得到嵌入水印后的图像;其提取/检验过程是使用原始水印结合所用的密钥或公钥,对待测图像按嵌入过程进行逆处理,然后得到恢复后的水印或检测结果。
(四)基本特征
1.保真性。嵌入图像中的水印应该在视觉上是不可见的,不会影响原图像的质量。但得注意的是,假如一个信号是视觉上不可见的,那么基于视觉可见性的有损压缩算法就有可能忽略这个信号,从而除去水印。
2.鲁棒性。图像在发布、传播和使用过程中可能遭到一定程度的破坏,产生的原因包括有损压缩、数模/模数转换、低通滤波、几何变换、对比度改变、图像格式转换等。这些破坏可能是无意的,也可能是恶意攻击的。所以,水印必须具有很强的鲁棒性,抵挡住这些破坏。
3可靠的检测机制。水印的检测算法必须是足够可靠的,不能误报也不能漏报。
4.相关密钥。嵌入图像中的水印必须与一个惟一的密钥相关,而且密钥的生成必须是安全的,难以伪造的。
5.可接受的计算开销。水印的计算开销(主要是检测时的计算开销)不能太大,必须在可接受的范围内。
6.多重水印。在一些场合下,允许在一幅图像中嵌入多种水印是非常必要的。因为目前还没有一种水印算法能够在各种攻击下都具有很强的鲁棒性,所以一个实用的水印系统往往需要在图像中嵌入多种不同类型的水印以提高其鲁棒性。
二、数字水印技术算法
经典的数字图像水印技术算法可分为两大类,即空域(spatial domain)算法和变换域(transform domain)算法。
(一)空域算法
空域图像水印技术是指在图像的空间域中嵌入水印的技术,一般是将水印嵌入到图像最不重要的像素位上。其中, 典型的算法有:Schyndel(1994:86-89)等提出将水印嵌入像素最低位算法(LSB)。常用的LSB算法有两种:第一种是将m序列的伪随机代码作为水印嵌入到图像数据的LSB平面中,它要用自适应柱状图操作将图像值由8压到6比特位;第二种作是将m序列代码作为水印嵌入到LSB平面中,但其解码过程则是利用了m序列唯一的且是最佳的自相关函数进行解码。Bender(1996:313-336)等人提出的Patchwork算法。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。该算法的缺陷是其嵌入量低且对串谋攻击抵抗力弱。此外,Puate and Jordan(1996:108-118)利用在分形图像压缩中选代函数系统和自相似性来编码,提出了基于分形图像压缩的空域水印法;Bas et al (1998:469-473)将空域分形编码的水印思想推广到分块DCT。空域算法的优点是计算速度快,但一般鲁棒性较差。
(二)变换域算法
变换域水印技术是先对原图像进行变换,在变换域中按照不同的方法选择系数嵌入水印,最后再进行相应的逆变换得到含水印图像。常用的变换有DCT(离散余弦)变换,DWT(离散小波)变换,DFT(离散傅立叶)变换,分形等嵌入方法。Cox(1996:243-246)等提出了一种基于DCT变换的扩频水印技术,它将满足正态分布的伙随机序列加入到图像的DCT变换后视觉最重要系数中,利用了SS(序列扩频技术)和HVS(人类视觉特性),其优点是相对于空域图像水印方法在对压缩、滤波等常规信号处理上具有更强的稳健性。Ruanaida等人最先将水印嵌入在DFT域中,指出相位调制可能更适合于鲁棒水印;Kunder(1997:544-547)等人最早提出将水印嵌入到DWT域。结合目前基于小波变换的图像压缩研究方法,Xia(1997:548-551)等结合SPIHT压缩方法和多分辩率分析,提出了多尺度水印技术,把高斯白噪声加入高频系数中;Houng-Jyh Wang结合MTWC压缩方法,将水印算法与图像压缩方法集成,实现数字知识产权的保护。
三、数字图像水印的应用
最早提出数字水印的概念与方法是为了进行多媒体数据的版权保护,它是通过跟踪多媒体数据中的数字水印信息来保护其数据版权;数字水印技术可用于识别文档(印刷品、电子文档等)的真伪,如鉴定印章,护照等等;数字水印技术可用于做多媒体数据的访问控制和复制控制(如DVD防拷贝系统),从而保证消费者的权益以及有效控制商业侵权行为;数字水印技术适用于信息的安全通信,通过该技术隐藏在普通多媒体数据中的信息不容易监控,隐蔽性高,可以避开窃听和监控;
结语:
作为一个技术体系,数字水印技术目前仍不够完善。今后,研究出对几何攻击具有较强鲁棒性的数字图像水印,提出兼顾保真性和鲁棒性的最优水印算法,进一步完善水印性能评价标准,将数字水印与密码技术、公钥密码和私钥密码体系相结合制作综合的数据安全系统等将成为主要的研究方向。就目前而言,数字水印技术仍存在诸多不足,但这却无法阻挡其发展趋势,它将在数字作品版权保护、篡改提示、隐蔽通信及电子商务等领域具有广阔的应用前景。
参考文献:
[1]Bas P. Chassery J M. Using the fractal code to watermark images [J]. Proe IEEE International Conf on Image Processing,ICIP-98, 1998, 1: 469-473.
[2]Bender W. et al. Techniques for data hiding [J]. IBM Systems Journal, 1996, 35(3&4):313-336
[3]Cox I.J, Kilian K, Leighton T, etal. Secure spread spectrum watermarking of images, audio and video [J]. Proc IEEE International Conf on Image Processing, ICIP-96,1996,3:243-246.
[4]Kudurd, Hatzinakos D. A robust digital image watermarking method using wavelet-based fusion [J]. in Proceedings of IEEE ICIP97,1997:544-547.
[5]Puate J, JordanF. Using fractal compression scheme to embed a digital signature into an image [J]. Prpceedings of the SPIE, 1996,2915:108-118.
[6]Schyndel, Tirkel, Qsborne. A digital watermark [A]. In: Proceedings of the International Conference on Image Processing [C]. Austin: IEEE Press, 1994.2:86-89.
[7]Xia Xiangen, Boncelet C.G, Aree G.R. A multiresolution watermark for digital images [C]. In: Proceedings International Conference on Image Processing (Cat No. 97CB36144) IEEE Comput Soc Part 1, Los Alamitos, CA, USA, 1997,1: 548-551.
[8]向德生,楊格兰,熊岳山.数字水印技术研究明.计算机工程与设计,2005,26(2):326-3
作者简介:
篇5:数字水印技术:概念、应用及现状
马 苗
(西安科技学院计算机系 硕士研究生,西安 710054)
摘要:数字水印技术作为数字媒体版权保护的有效办法,近年来在国内外引起了人们极大的兴趣。但是由于数字水印技术涉及到的知识面比较广,即使是专业人员有时也感到力不从心,那么如何选择一种有效的编程工具便成为一个亟待解决的问题。本文从数字水印技术本身的特点、一般模型和典型算法出发,简要地介绍了一种可以快速上手的高效的实用语言――Matlab。最后,作者给出一个用Matlab
实现数字水印实例。
关键词:数字水印 Matlab Visual C++6.0 DWT DCT
1 引言
作为传统加密系统的有效补充办法,从1993年Caronni正式提出数字水印到现在短短几年里,无论是在国内还是在国外对数字水印的研究都引起了人们极大的关注。但数字水印技术的发展还很不成熟,应用也处于初级阶段。在我国,知识产权问题是一个敏感的话题,只有深入开展数字水印技术的.研究,尽快制定我国的版权保护水印标准,才能使我们在未来可能的国际知识产权纠纷中取得主动权。那么
掌握高效的工具,便成为一个必须解决的问题。本文就针对数字水印本身的特点,介绍了一种高效的实用工具――MATLAB。
2 数字水印技术
2.1 数字水印技术的复杂性
数字水印技术涉及到通信理论、编码理论、噪声理论、视听觉感知理论、扩频技术(Spread Spectrum)、信号处理(Signal Processing ) 技术、数字图像处理(Digital Image Processing)技术、多媒体(Multimedia)
技术、模式识别(Pattern Reorganization)技术、算法设计(Algorithm Design)等理论,用到经典的DFT(Discrete Fourier Transform)、DCT(Discrete Cosine Transform)变换和近代最先进的数学工具----小波(Wavelet)。
篇6:数字水印技术的研究与应用
多媒体数据的数字化为多媒体信息的存取提供了方便和快捷, 同时也提高了信息的准确性、共享性。随着网络的普及和发展, 数字化信息的传播已经随处可见, 影响着我们的生活, 发布形式越来越多样, 发布内容越来越丰富。如今可以通过网络发布信息、资源共享、买卖交易等。但是随着数字化技术的发展, 暴露出的问题也越来越严重。如作品侵权更加容易, 篡改更加方便。因此如何充分利用网络的资源, 又能有效的保护知识产权, 以受到人们的高度重视。数字水印技术是解决这些问题的有效技术手段。
数字水印技术有着良好的应用前景:数字水印技术最主要的应用应该是对数字作品的版权保护问题, 这也是当前的热点问题;商务交易中的票据防伪, 可以通过数字水印技术来制造不可见的防伪标识, 从而增加伪造的难度, 保证商家和客服的利益;数字水印技术可以创建声像数据的隐藏标识和篡改提示, 数字水印技术创建的标识信息在原始文件上是看不到的, 只有通过一些阅读程序、一些特殊方式才能够读取, 通过水印状态可以很容易判断出声像数据是否有变动;数字水印技术可以隐蔽通信, 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, 进而实现隐蔽通信。
2、数字水印相关理论
2.1 数字水印技术
数字水印技术是一种信息隐藏技术, 它在各种数字作品中嵌入隐藏的信息, 从而保护数字作品的版权、保证产品的真实性、打击盗版行为或者提供一些产品的附加信息, 其中的隐藏信息可以是版权标识、用户信息或者是产品相关说明。
2.2 数字水印的基本特性
(1) 可证明性:能够为受到保护的产品的归属提供可靠的证明, 从而避免所有权的纠纷, 保护合法的利益。 (2) 不可感知性:其实就是隐蔽性, 在数字作品中嵌入数字水印后, 不会引起明显的质量下降, 也不易被发现, 即便采用统计的方法也不能提取或证明水印的存在。在图像中嵌入水印, 在视觉上也是不可见的, 不会影响图像的质量。 (3) 鲁棒性:是数字水印技术的重要指标。它指在水印产品过程中经过多种信号处理操作, 比如A/D与D/A转换, 有损压缩, 滤波, 重采样和噪声污染等, 经过这些操作后, 仍能从水印图像中提取出其中的水印或者是证明水印的存在。若攻击者试图破坏水印, 将导致水印产品的损坏。
3、数字水印技术的应用实例
3.1 基于空域的图像数字水印技术 (LSB) 实例
空域图像水印技术是指在图像的空间域中嵌入水印的技术。最简单和有代表性的方法就是水印信息代替图像的最低有效位 (LSB) 或者多个位平面的所有比特的算法, 这里的水印是指二值比特序列。LSB (Least Significant Bites) 表示是最不重要位, 有时也称为最低有效位或简称最低位。图像的最低有效位也称为最不明显位, 它是指数字图像的像素值用二进进制表示时的最低位。
由于LSB位平面携带着水印, 因此在嵌入水印图像没有产生失真的情况下, 水印的恢复很简单, 只需提取含水印图像的LSB位平面即可, 而且这种水印方法是盲检测算法。
下面以一个在空域嵌入和提取二值图像水印程序为例, 给出使用MATLAB实现数字水印的实现过程: (1) 读取原始图像和二值水印图像并显示。 (2) 将原始图像的每个像素值从8bit压缩为7bit。 (3) 然后将水印图像的像素值作为作为原始图像的像素值的第8个比特 (LSB) 嵌入水印, 得到嵌入二值水印后的图像。 (4) 对嵌入水印后的图像进行JP EG压缩 (一种水印攻击) 。 (5) 读取嵌入水印后的图象, 得到每个像素点的LSB位。 (6) 每个LSB位对应水印的一个像素值, 还原水印图像。
原始图像和水印图像大小都是128*128, 其中原始图像是256灰度级图像, 水印图像是二值图像。以原始图像为载体, 以水印图像为水印;将水印图像分别替换原始图像的8个位平面中的一个, 获得8个图像, 从左至右水印替换的位平面逐渐升高。嵌入水印后图像的失真随着位平面的升高而增加, 使用LSB位平面时图像几乎看不到失真, 而使用MSB位平面是图像失真最大。
如果对直接提取出的水印图像、对嵌入水印后的图像进行旋转90度后提取出的图像、对嵌入水印后的图像进行70%JPEG压缩后提取出的图像进行比较后可以发现:L SB算法最大的缺陷是对信号处理和恶意攻击的稳定性比较差, 对嵌入水印的图像进行简单的压缩处理后, 就无法正确提取水印。
3.2 基于DCT域的图像数字水印技术实例
离散余弦变换 (Discrete Cosine Transf orm) 简称DCT。任何连续的实对称函数的傅里叶变换中只含有余弦项, 因此余弦变换与傅里叶变换一样有明确的物理意义, DC T变换矩阵的基向量很近似于Toepliz矩阵 (系数矩阵对称且沿着与主对角线平行的任一对角线上的元素都相等) 的特征向量, 而Toepliz矩阵又体现了人类语言及图像信号的相关特性, 故DCT常常被认为是对语音和图像信号的准最佳变换, 同时DCT算法较易于在数字信号处理器中快速实现, 因此它目前在图像编码中占有重要的地位, 成为一系列有关图像编码的国际标准 (JPEG、MPEG、H.261等) 的主要环节。
下面以一个在DCT域嵌入和提取二值图像水印程序为例, 给出使用MATLAB实现数字水印的实现过程: (1) 读取原始图像和二值水印图像到二维数组I与J。 (2) 将原始图像I分割为M*M/64个互不覆盖的图像块block (x, y) , 对block (x, y) 进行以DCT变换, 得到blockdct (x, y) 。 (3) 取二值水印图像中的一个元素J (p, q) , 嵌入原始图像块的低频系数中。 (4) 对嵌入水印信息后的图像块b lockdct (x, y) 进行反DCT变换, 得到block (x′, y′) 。 (5) 合并图像块, 得到嵌入二值水印后的图像。 (6) 对嵌入水印后的图像进行JP EG压缩 (一种水印攻击) 。 (7) 将原始图象和嵌入水印后的图像分割为M*M/64个互不覆盖的图像块block1 (x, y) 和block2 (x, y) 对block1 (x, y) 和block2 (x, y) 进行以DCT变换, 比较两者的大小得到水印图像的像素值, 还原水印图像。
从图1中可以看出, 嵌入水印信息后, 2个图像在视觉上并没有明显的差异, 用肉眼是看不出来的, 这说明在图像中嵌入水印后, 水印的不可见性比较好, 图像在嵌入水印前后视觉效果差别不大, 不影响图像的质量。随着压缩参数的变化提取出的水印失真越大, 但是在压缩参数比较大的时候基本能准确的提取出水印图像。可见, 这种基于DC T的水印算法具有很强的鲁棒性, 对几何变换和信息处理等图像操作有很强的免疫力, 可以看到JPEG压缩后, 在很高的压缩率下, 仍能提取出清晰的水印图像。
3、结语
数字水印技术作为一种新兴的安全保护技术, 表现出其显着的作用和功效, 有别于传统的数据加密技术或安全认证技术, 为安全保护领域带来了新思路。但是文章中还存在着一些需要改进和完善的内容, 比如如果有很多水印被嵌入到图像中, 如何知道嵌入的顺序等等。综上所述, 本文在以图像为载体的数字水印技术实现上作了一些有益的尝试, 并取得了一定的实践经验。这些方案提出和算法实现还只是探索性质的, 仍然需要进一步的研究和完善。
摘要:文章首先介绍了数字水印技术目前在国内外的发展状况以及数字水印技术的发展前景;接着讨论了数字水印技术的概念和特性;最后以基于matlab的空域和DCT域数字水印实例介绍数字水印的实现过程。
关键词:数字水印,DCT,MATLAB
参考文献
[1]钟桦, 刘芳, 焦李成.一种解决版权问题的数字水印方案.电子与信息学报, Vol.25, No.2.2003.
[2]王炳锡等.数字水印技术, 西安电子科技大学出版社, 2003.11.
[3]陶虹, 周良柱, 袁金荣.MATLAB与Visual C++混合编程的实现.计算机工程与应用, 2000, 10:100-101, 104.
篇7:数字水印技术:概念、应用及现状
关键词 数字水印技术 版权保护 内容认证
中图分类号:TP309 文献标识码:A
在计算机以及网络通信快速发展的新时代,数字媒体中的图像、视频、音频等功能优势凸显,随着而来的数字媒体的信息安全、知识保护与认证成为一个重要课题。因此,要在数字水印技术上进行全面运用,提升加密处理的有效方法,形成在网络环境下知识产权保护与认证来源的技术运用。
1水印技术
水印技术是一种传统加密方法的技术运用方式,是不被感知地在作品中嵌入信息的操作行为。数字水印技术具有相应的特点,其中,水印是一种不可感知的,与传统的条形码不相同,水印不会减损图像的整体美观度。同时,水印与其嵌入的作品形成密不可分的关系,在作品进行相应转换以及格式变换的情况下,也不会出现消除的现象。此外,水印技术的运用,可以为查询变换情况提供良好的帮助。从目前水印技术的运用来看,主要包括有鲁棒型水印、脆弱型水印、半脆弱性水印三种,这三种水印技术分别运用与数字图像的知识产权保护、内容图像完整性以及可信度的验证等。通过数字水印技术的运用,具有一定的保护优势。其中,水印技术不需要辅助的数据,对于处理旧文件过程中,没有多余的空间储存数据等。还能承载作品相同的变换,在作品进行转换的过程中,内容变化,水印也会发生变化。通过相应的对比,可以清晰的查看出水印的修改情况,掌握基本的内容,对于修改的痕迹有很明显的把握。从目前水印技术的应用来看,主要包括有精准认证、选择认证以及局域化认证与作品重建等方面的内容。
2精准认证的运用方法
精准认证主要运用在对作品是否有被改变的判断中,可以从两个方面进行技术运用。
2.1脆弱水印技术
从数字水印精准认证的技术分析来看,脆弱水印是指作品在发生任何形态的转换之后,形成一些不可测的标志,脆弱水印技术能从中检测到一个非常脆弱的水印。这样可以判断出是否有被改变的可能性。对于是否有修改能形成精准的判断。比如,通过使用图像的半色调进行信息隐藏,采用视频利用MPEG编码表示水印,这样,可以有效的检测到是否有被恶意修改的可能。
2.2嵌入签名技术
嵌入签名技术主要是通过对认证签名嵌入载体作品之中,可以减少一般认证签名信息丢失的风险性,在格式被转换的情况下也不会轻易的丢失信息。因此,通过嵌入签名认证技术,可以有效的确认与作品计算出的签名是否相同。在有效的避免嵌入水印的过程中对作品造成的改变,可以从认证与存放水印两个方面进行控制。为了更好的实现精准度,可以通过擦除水印来解决这些问题。
3选择认证技术的运用
选择认证技术是指在图像与音频的剪辑过程中,在少年比特的改变不会造成原作品发生改变的情况下,即使有出现相应的修改之后的比特现象,但在整个视觉与听觉中不会出现相应的改变。
3.1半脆弱水印技术
在半脆弱水印技术的运用中,主要是指能承受合理失真,但又不会被不合理失真损坏的水印。半脆弱水印能在一定程度的信号处理中,将正常的信号处理与恶意篡改的形成有效的区分,在篡改现象出现的同时,可以提供篡改的破坏量精准的位置,并帮助分析被篡改的相应类型,这样,能有效的保护好内容的真实性。主要是通过鲁棒性水印,从而使其在失真达到相应程度实效的情况下,获取半脆弱水印。
3.2嵌入式半脆弱签名技术
半脆弱水印如同它们的脆弱部分一样常常不能抵抗恶意修改,因为他们都屈从于拷贝攻击。如认证水印只嵌入到高频的DCT块的系数中,一个不合理的失真只改变了低频部分,而保持高频不变,水印自然也不会受到影响,这时系统就会错误地认为图像可以通过认证。在通过嵌入式半脆弱水印技术的运用,对块状内容中出现的被修改或者被转换的内容,可以形成水印技术的检测。这种技术具有相应的技术优势,能形成不同的水印表现,不同作品具有不同的表现,也不会引起相应的保真度的问题。
4局部认证技术的运用
局部认证作为一种基于水印的认证方法,能有效的辨别出做作品被修改的次数与相应的区域,还可以对剩余没有被修改的内容进行有效的证明。并通过对被修改内容的精准分析,可以对修改动机、失真的合理性以及相关嫌疑人进行有效的认证。可以从基于块的内容认证与基于样本的内容认证两个方面进行技术分析。其中,基于块的内容认证主要是对作品许多郴相交的时间与空间区域,进行相应的认证运用,这样,在作品被修改的过程中,就能掌握具体的被修改的区域的内容。基于样本的内容认证,主要是对块内容进行系统局域化的空间敏锐性分析,在块大小上进行相应的技术处理,减少块尺寸大小对安全问题的风险控制等。在局部认证技术应用中,对于相应的个人身份显示,比如身份证、护照、驾驶证等形成一定的局部认证,能有效的辨别出真假,并对作品形成局部的保护,形成一种无法仿制与复制的整体功能,从而有效的加强对作品真实性的保护力度。
5作品重建技术运用
通过水印可以判断一幅作品是否被修改,甚至判断出修改位置及修改方式, 同样, 我们可以通过水印将被修改的作品重建。重建有两种策略:精确重建和近似重建。其中,精确重建将作品恢复到初始的状态(即目标是重建作品的每个比特都和原作一致)。将作品简单地看做比特的集合,纠错编码(ECC)是作品传输中表示的一部分,一个作品中可以有许多不同的纠错编码,而且这些元数据可以用水印来表示。近似重建是一个和原作品有一定差别的作品,但和原作没有显著差别。 在技术重建的使用中,通过对作品重建技术的使用,能形成对作品整体功能的恢复,尤其是在被篡改的作品中,对于作品的失真性能构成很大的帮助,能有效的实现对作品的整体保护。并在重建的过程中,形成纠错编码的技术转换,在近似原作品的修复中,可以形成对目标控制的整体功能,从而为知识产权的保护提供良好的帮助。
6结语
数字水印技术与现代信息化发展有着很大的关联性,在图像处理以及内容认证方面有着很大的作用,尤其是在知识产权保护方面,通过数字水印技术与密码处理技术的有效结合,并采用智能开发技术,形成多种媒体类型的水印互操作的软件开发,能有效的对内容保护形成很大的效果,增强知识产权保护的整体力度。
参考文献
[1] 袁莉.数字水印的应用及攻击类型[J].长春师范学院学报,2005,11.
[2] 唐庆生,佘堃.基于离散小波变换的数字水印技术[J].成都信息工程学院学报,2005,01.
[3] 田震,陈高兴,李改肖,王斌.中国数字海图生产与版权保护[J].测绘科学,2005,04.
篇8:数字水印技术:概念、应用及现状
1 数字水印技术的基本原理
到目前为止存在有多种嵌入水印的方法。一般来说, 这些技术都是通过在图像、文本、音频等数字内容中直接写入一些数字信息, 加入的数字信息并不影响原始数字信息的内容。数字水印就是在视图和音频数据中加入一些人眼在视觉系统 (HVS) , 人耳在听觉系统 (HAS) 上感觉不到的一些数字信息。嵌入的数字水印可以是多种形式如图像、声音、文字、符号等数字信息。数字水印是网络时代保护数字信息授权和版权的新方法。
2 数字水印技术的特点
2.1 可行性:需要保护的原始数字内容可以被直接操作, 水印信息能加入在原始数字内容中。
2.2 影响性:加入的数字水印对原始数据内容的影响很小, 人眼和人耳在感官上不能意识到。
2.3 健壮性:加入数字水印后的数字信息在被编辑、压缩、修改、旋转等情况下, 加入的水印信息不被严重破坏且可以检测到。
2.4 隐蔽性:数字水印的结构使得水印自身在没有相应检测分析的情况下是不易被发现和改变的。
2.5 简易性:数字水印的嵌入过程和检测方法比较简单可行。
2.6 可检测性:嵌入的数字水印信息在需要的时候, 通过对应的检测技术能被检测到。
3 数字水印技术的模型
一般数字水印技术基本上包含两个过程:水印的嵌入和水印的检测、提取。
嵌入过程负责把数字水印加入原始数字信息中, 利用密钥和某种算法产生随机序列、数字、标识、图像等作为水印信息。
数字水印的提取、检测过程是嵌入数字水印过程的逆过程。数字水印的检测、提取过程用来判断某个数字信息中是否有指定的水印或者将水印提取出来
4 目前比较常见的数字水印算法
近年来, 数字水印技术研究取得了很大的进步, 出现了许多优秀的算法, 包括文本、图像、图形、视频和音频数字水印算法。在这些算法中, 水印信息一般是一个随机信号 (与作者或作品有关, 可称为一维水印) , 水印嵌入在空间域或频率域 (又称为变换域) 中进行, 并采用假设检验 (相关检测) 来检测被测试数字信息中是否含有水印信息。下面对一些典型算法的原理进行介绍。
4.1 空间域数字水印的算法。
直接将水印信息加载到原始的数字信息中。目前主要包括以下几种算法。4.1.1最低有效位算法 (LSB) 。该算法通过调整原始数据信息中的低位有效隐藏信息, 使普通用户在视觉上对隐藏信息难以察觉。这种算法的数字水印信息嵌入量较大, 但比较脆弱, 受到攻击后数字水印易受损、丢失。4.1.2由Bander等提出的基于统计的数字水印嵌入方案。嵌入水印的过程是:选择任意多对图像点, 在增加其一点亮度时减少其另一点的亮度, 通过这一调整完成数字水印的嵌入。该算法不易被觉察, 且能抵抗有损压缩编码和恶意攻击的处理。
4.2 频率域数字水印的算法。
根据图像操作的一般原理 (图像操作一般是消除图像在视觉上的不敏感区域) , 数字水印应该加在视觉敏感部分, 才能预防水印在图像操作下消失。一般几何变化如平移、旋转、尺度、和切割等操作对空间域影响较大, 但对基于频率域的数字水印技术却影响较小。频率算法就是把数字水印加到图像变换域内, 这些变换包括:离散傅立叶变换 (DFT) 和离散余弦变换 (DCT) 。
4.3 NEC算法。
该算法由NEC实验室的Cox等人提出, 该算法在数字水印算法中占有重要地位。其实现方法是:首先以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, 密钥一般由作者的标识码和原始数字图像的哈希值组成;其次对图像做DCT变换, 最后用伪随机高斯序列来调制 (叠加) 该原始数字图像除直流分量外的1000个最大的DCT系数。该算法具有较强的健壮性、简易性、隐蔽性等。
5 数字水印技术通过在网络远程评审中的应用
5.1 网络远程评审中的关键问题。
网络远程评审是指将传统纸质评审材料通过专有技术处理成数字化信息, 并且以完善的安全技术手段解决相应的数据传送和输出问题, 从而实现利用计算机网络进行远程评审的目的。网络远程评审中关键是对评审方评审结果的认证, 评审结果的认证性在于电子图章的授权使用的有效性。网络远程评审中由组织方向评审方发送授权使用的电子图章, 该电子图章在计算机内部是以数字图像的形式存在的。为了保证网络远程评审的真实有效性, 则需要给电子图章加数字水印以确保评审方身份和评审结果的真实有效性。
5.2 数字水印认证评审方授权的真伪。
通过数字水印认证授权方的真伪分为三步:第一步, 利用水印嵌入过程中用到的评审方密钥创建被嵌的水印信息;第二步, 验证从电子图章中提取的水印与被嵌入的水印的相似度, 如果相似度大于某个门限值 (80%) 则认证图章的使用有授权;第三步, 从水印中提取被嵌入的数字信息 (评审员的身份ID号和登记时间) , 以验证评审方的有效性。
5.3 数字水印的嵌入。
首先, 评审方向评审组织方申请电子图章。评审方从CGI (公共网关接口) 获得电子图章申请表, 包括评审方密钥、身份ID号等信息;其次, 评审组织方把原电子图章, 通过网关程序利用密钥随机产生水印嵌入的比特位, 然后将电子图章和水印信息作为输入参数, 产生一个加了数字水印的电子图章, 嵌入的水印包括评审方申请人的身份ID号和登记时间;最后, 评审组织方通过CGI创建HTML页面, 并在评审方申请人的Web浏览器上显示出来, 评审方从浏览器上获得评审组织方加过数字水印的电子图章。
5.4 数字水印的提取与验证。
首先, 评审方在评审工作结束后向评审组织方发送评审结果并加盖电子图章。然后, 电子图章通过网络进入CGI中, CGI利用密钥从电子图章中提取水印并验证水印的真伪。最后, 评审组织方通过CGI创建HTML页面, 并在评审方的Web浏览器上显示出来, 通知评审方对评审结果有效性的判断。
结束语
数字水印技术及其应用目前是国际上一个研究热点, 并在很多领域得到了很好的应用, 特别是在数字信息的版权和合法授权研究中获得了成功, 初步体现了其优越性与发展潜力。在数字信息的领域, 应用数字水印技术来保护原始数字信息的版权和合法授权, 将是实现数字信息保护的必经之路。
参考文献
[1]张勇, 张春华.数字水印技术研究与展望[J].理论探索, 2003, 5:41-44.
[2]龙军, 危韧勇.数字水印技术在网络评审中的应用研究[J].湖南大学学报 (自然科学版) , 2005.6.111-114.
篇9:数字水印系统相关技术及算法策略
关键词 数字 水印 算法
中图分类号:TP309.7 文献标识码:A
1数字水印系统相关技术
1.1 数字水印预处理技术
现在大多数的文献都选一幅小的有意义的图像作为数字水印,显然这样的水印相对其它水印更直观,可是攻击者一旦获得了此有意义的图像水印,就可以直接地了解到水印的内容。因此,有必要提高图像水印的安全性和稳健性。以下是几种常用的对有意义水印信号进行预期处理的方法。
(1)数字图像置乱
置乱技术是随着信息的安全与保密被重视而发展起来的图像加密技术。数字图像置乱是一种加密方法,合法使用者可以自由控制算法的选择、参数的选择以及使用随机数技术,以达到非法使用者无法破解图像内容的目的。
(2)加密
在实际应用中,如果已嵌入到产品中的水印能够直观地表达其版权信息,那么攻击者一旦提取了从此产品提取到水印信息,就可以很轻松地掌握水印的实际内容。为了尽最大限度地解决这一问题,可以选择合适的加密算法对水印进行加密,即在水印嵌入产品之前,先对其作加密运算,使之变换为没有任何意义的伪随机序列信息,然后再将它嵌入到产品中。因此,将加密技术和数字水印相结合可更进一步提高水印系统的安全性。
一般在水印在嵌入产品前都要对之进行预期处理,这样大大增加了攻击者在穷举猜测攻击中的难度。水印预处理在数字水印系统安全性方面具有极其重要的作用。
1.2 水印算法策略
1.2.1 水印算法的性能要求
一个数字水印算法的性能要求可以是多方面的,不同的应用的水印有不同的性质要求。通常可以从以下几个方面来考察:
(1)嵌入容量
嵌入容量是指可以在载体中嵌入多少的水印信息量。一般地,数字产品必须嵌入一定的信息量。信息量太少不足以唯一地确定产品的版权,信息量太多又会增加数据的冗余,降低水印的不可觉察性。
(2)鲁棒性
为了满足数字水印技术在各种应用中的安全需要,提高水印的鲁棒性显得尤为重要。数字水印的鲁棒性是指它抵抗水印攻击的能力,即水印能够经受各种信号处理的能力。一个数字水印应该能够承受大量的、不同的物理和几何失真,包括有意的或无意的。
(3)保真性
一般地,数字水印系统的保真性指的是待嵌水印载体数据在水印嵌入前后的数据相似度。在水印系统中,保真性和鲁棒性以及水印容量之间一般要作折衷的处理。
(4)误检率
误检率是指从没有嵌入水印的产品中提取出水印的概率。不同的应用场合要求水印的误检率不同。
(5)确定性
数字水印的确定性是指含水印数字产品中所含的水印能够被唯一的鉴别,即使所含水印的数字产品遭受到一定程度的破坏,提取出的水印仍具有可唯一鉴别性。
一个好的数字水印系统应具备以上五个方面的几个或全部。
1.2.2 基于N点均值的矢量地图水印算法
以前的矢量地图可逆水印算法虽然实现了数据无损修复,但是算法的嵌入容量低、对地图的保真度差。为了寻求以上两个问题的解决方案,本文提出了一种基于N点均值技术的矢量地图水印算法,该算法可以使得矢量地图的水印嵌入容量有较大提高,也降低了嵌入水印后地图图元的扰动。
本文采用的N点均值技术的实施载体是一组具有连续高相似性的实数序列。
(1)本文的水印嵌入算法步骤如下:
①对待加入水印的矢量地图进行多边曲线的提取;
②对提取的每条多边曲线分别进行顶点坐标提取;
③对每条多边曲线的顶点坐标序列分组;
④为防止嵌入水印信息后引起地图曲线的较大扰动,对步骤(1)中每条多边曲线中的分组进行分类(可嵌入水印分组和不可嵌入水印分组);
⑤采用N点均值技术对每条多边曲线的每个可嵌入水印分组进行水印嵌入,并且在保证扰动很小的情况下可以对该分组递归多次(可无限次)嵌入;
⑥对每条多边曲线的每个分组重复步骤(5),将水印信息完全嵌入其中。
(2)水印提取前首先需对水印地图做一系列预处理,去除几何变换、插入和删除顶点等操作的影响。水印提取过程为:
①按照水印嵌入算法第(1)步对含水印的矢量地图进行多边曲线的提取;
②按照水印嵌入算法第(2)步对提取的每条多边曲线分别进行顶点坐标提取;
③按照水印嵌入算法第(1)步对矢量地图中每条多边曲线进行数据分组划分。
④按照水印嵌入算法第(4)步对每条多边曲线中的分组进行分类;
⑤对筛选出的每条多边曲线中的含水印分组采用N点均值技術,通过比较分组中间点坐标值和分组坐标均值大小进行水印提取;
⑥对每条多边曲线的同一个分组重复步骤⑤,将水印信息完全提取出来,并在每一次提取水印的过程中利用N点均值技术的可修复性将数据修复。
2本文小结
本文主要对矢量地图数字水印的相关技术进行了介绍,给出了本文提出的N点均值公式,并对水印预处理技术进行了详细阐述。本文还指出了目前矢量地图可逆水印算法中存在的不足,并提出了一种新的可逆水印方案。