数字水印技术论文(2)
数字水印技术论文篇二
浅谈数字水印技术
摘要：本文从数字水印的概念入手，分别介绍了数字水印技术的基本特征、原理、分类及其应用，并在此基础上提出了展望。
关键词：数字水印;隐蔽性;鲁棒性
中图分类号：TP391.41
文献标识码：A
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引言
随着计算机多媒体技术及网络技术的迅速发展，文字、图形图像、音视频等信息可以通过数字媒体广泛地传播。数字化技术精确、廉价、大规模的复制功能和Internet的全球传播能力给人们带来信息共享的同时也带来了许多负面的影响。由于对数字信息的复制非常容易，而且所得复制品和原件几乎完全相同，因此有恶意的个人或团体有可能在没有得到作品所有者许可的情况下复制、修改、传播有版权的内容，甚至非法用作商业用途，严重侵犯了作者及版权所有者的利益。为了有效地解决信息安全和版权保护等问题，近年来出现了加解密、数字签名、数字指纹、数字水印等多种技术。其中数字水印是20世纪90年代出现的一门崭新的技术。它通过在数字产品中嵌入水印信息来确定数字产品的所有权或检验数字内容的原始性，它弥补了加解密技术不能对解密后的数据提供进一步保护的不足，弥补了数字签名不能在原始数据中一次性嵌入大量信息的弱点，弥补了数字指纹仅能给出版权破坏者信息的局限。
2 数字水印的概念和基本原理
2.1数字水印定义
数字水印(Digital Watermark)技术是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，但不会影响原内容的价值和使用，它不能被人的知觉系统觉察或注意到，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。其中的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，但它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。作为数字水印技术应当满足下面几个方面的要求：
’a.隐蔽性：数字水印应该是不易被察觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用;
b.安全性：加入水印和检测水印的方法对没有授权的第三方是保密的而且不可轻易被破解，即使被黑客检测到了也不能读出(数字水印需要加密);
c.鲁棒性：当被保护的信息经过某种改动后，比如在传输、压缩、滤波，图像的几何变换如平移、伸缩、旋转、剪裁等处理下，数字水印不容易被破坏。
2.2数字水印技术的基本原理
一般数字水印的通用模型包括嵌入和检测、提取两个阶段。数字水印的生成阶段，嵌入算法的嵌入方案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。检测阶段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(如字符串或图标等)，或是基于统计原理的检验结果以判断水印存在与否。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不可预测的难度，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密体系来加强，在水印的嵌入，提取时采用一种密钥，甚至几种密钥的联合使用。水印的嵌入和提取方法如图1、图2所示：
3 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。
3.1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，它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。
3.2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。
3.3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。
3.4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。
3.5按用途划分
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。
3.6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。
4 数字水印的应用
4.1
数字作品的知识产权保护
数字作品的所有者用密钥产生一个水印，并将其嵌入原始数据中，然后公开发布他的水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时，所有者可利用从盗版作品或水印作品中获取水印信号作为依据，从而保护所有者的权益。
4.2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。此外在电子商务中会出现大量过渡性的电子文件，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。
4.3篡改提示
当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时，常常需要确定他们的内容是否被修改、伪造或特殊处理过。为实现该目的，通常将原始图像分成多个独立块，每个块加入不同的水印。同时可通过检测每个数据块中的水印信号，来确定作品的完整性。与其他水印不同的是，这类水印必须是脆弱的，并且检测水印信号时，不需要原始数据。
4.4访问控制
在多媒体发行体系中，人们希望有一种拷贝保护机制，即它不允许未授权的媒体拷贝。在封闭或私有系统中，可用水印来说明数据的拷贝状况。一个典型的例子是DVD防拷贝系统。将水印信息加入DVD数据中，这样DVD播放机即可通过检测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。
4.5信息隐藏
数字水印可用于作品的标识、注释、检索信息等内容隐藏，无需额外带宽且不易丢失。此外，数字水印还可用于隐蔽通信，这在国防和情报部门将得到广泛应用。
5 数字水印技术研究展望
数字水印技术有着广泛的研究前景和巨大的商业潜能。但作为一种新兴的技术，它还面临着许多尚未解决的难题。从目前的技术和应用分析，数字水印技术未来的研究方向体现在以下两个方面。
第一，不断完善水印技术理论框架。数字水印技术要得到广泛应用必须建立一系列标准或协议，完善水印评价的理论体系，制定水印的测试和评价标准，设计一个能对各种不同水印算法进行公正比较评价的水印评价系统。
第二，水印算法研究。通过现有数字水印算法的研究，结合数字信号处理技术，寻找它们的关系，设计出更好的算法。
参考文献
[1]石培新，王颖.数字水印技术及其应用与发展[J].微型机与应用，2004(6)
[2]陈萌.数字水印技术及应用[J].国外电子测量技术。2006(6)
[3]潘志红，__娟等.数字水印技术综述[J].计算机数字工程，2008(4)
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