數(shù)字水印技術(shù) 淺談數(shù)字水印技術(shù)

　　摘要：本文從數(shù)字水印的概念入手，分別介紹了數(shù)字水印技術(shù)的基本特征、原理、分類及其應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上提出了展望。 　　關(guān)鍵詞：數(shù)字水��；隱蔽性；魯棒性 　　中圖分類號：TP391.41
　　文獻標識碼：A
　　
　　1
　　引言
　　
　　隨著計算機多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，文字、圖形圖像、音視頻等信息可以通過數(shù)字媒體廣泛地傳播。數(shù)字化技術(shù)精確、廉價、大規(guī)模的復(fù)制功能和Internet的全球傳播能力給人們帶來信息共享的同時也帶來了許多負面的影響。由于對數(shù)字信息的復(fù)制非常容易，而且所得復(fù)制品和原件幾乎完全相同，因此有惡意的個人或團體有可能在沒有得到作品所有者許可的情況下復(fù)制、修改、傳播有版權(quán)的內(nèi)容，甚至非法用作商業(yè)用途，嚴重侵犯了作者及版權(quán)所有者的利益。為了有效地解決信息安全和版權(quán)保護等問題，近年來出現(xiàn)了加解密、數(shù)字簽名、數(shù)字指紋、數(shù)字水印等多種技術(shù)。其中數(shù)字水印是20世紀90年代出現(xiàn)的一門嶄新的技術(shù)。它通過在數(shù)字產(chǎn)品中嵌入水印信息來確定數(shù)字產(chǎn)品的所有權(quán)或檢驗數(shù)字內(nèi)容的原始性，它彌補了加解密技術(shù)不能對解密后的數(shù)據(jù)提供進一步保護的不足，彌補了數(shù)字簽名不能在原始數(shù)據(jù)中一次性嵌入大量信息的弱點，彌補了數(shù)字指紋僅能給出版權(quán)破壞者信息的局限。
　　
　　2　數(shù)字水印的概念和基本原理
　　
　　2.1數(shù)字水印定義
　　數(shù)字水印(Digital Watermark)技術(shù)是用信號處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標記，但不會影響原內(nèi)容的價值和使用，它不能被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。其中的水印信息可以是作者的序列號、公司標志、有特殊意義的文本等，可用來識別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發(fā)行人、合法使用人對數(shù)字產(chǎn)品的擁有權(quán)。與加密技術(shù)不同。數(shù)字水印技術(shù)并不能阻止盜版活動的發(fā)生，但它可以判別對象是否受到保護，監(jiān)視被保護數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別和非法拷貝、解決版權(quán)糾紛并為法庭提供證據(jù)。作為數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)當滿足下面幾個方面的要求：
　　’a.隱蔽性：數(shù)字水印應(yīng)該是不易被察覺的，而且應(yīng)不影響被保護數(shù)據(jù)的正常使用；
　　b.安全性：加入水印和檢測水印的方法對沒有授權(quán)的第三方是保密的而且不可輕易被破解，即使被黑客檢測到了也不能讀出(數(shù)字水印需要加密)；
　　c.魯棒性：當被保護的信息經(jīng)過某種改動后，比如在傳輸、壓縮、濾波，圖像的幾何變換如平移、伸縮、旋轉(zhuǎn)、剪裁等處理下，數(shù)字水印不容易被破壞。
　　
　　2.2數(shù)字水印技術(shù)的基本原理
　　一般數(shù)字水印的通用模型包括嵌入和檢測、提取兩個階段。數(shù)字水印的生成階段，嵌入算法的嵌入方案的目標是使數(shù)字水印在不可見性和魯棒性之間找到一個較好的折中。檢測階段主要是設(shè)計一個相應(yīng)于嵌入過程的檢測算法。檢測的結(jié)果或是原水印(如字符串或圖標等)，或是基于統(tǒng)計原理的檢驗結(jié)果以判斷水印存在與否。檢測方案的目標是使錯判與漏判的概率盡量小。為了給攻擊者增加去除水印的不可預(yù)測的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都采用密碼學(xué)中的加密體系來加強，在水印的嵌入，提取時采用一種密鑰，甚至幾種密鑰的聯(lián)合使用。水印的嵌入和提取方法如圖1、圖2所示：
　　
　　3　數(shù)字水印的分類
　　
　　數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進行劃分。
　　
　　3.1按特性劃分
　　按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類。魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標識著作權(quán)信息，如作者、作品序號等，它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理；脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護，它必須對信號的改動很敏感，人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過。
　　
　　3.2按水印所附載的媒體劃分
　　按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。
　　
　　3.3按檢測過程劃分
　　按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。
　　
　　3.4按內(nèi)容劃分
　　按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。
　　
　　3.5按用途劃分
　　按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護水印、篡改提示水印和隱蔽標識水印。
　　
　　3.6按水印隱藏的位置劃分
　　按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時(空)域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時／頻域數(shù)字水印和時間／尺度域數(shù)字水印。
　　
　　4　數(shù)字水印的應(yīng)用
　　
　　4.1
　　數(shù)字作品的知識產(chǎn)權(quán)保護
　　數(shù)字作品的所有者用密鑰產(chǎn)生一個水印，并將其嵌入原始數(shù)據(jù)中，然后公開發(fā)布他的水印版本作品。當該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時，所有者可利用從盜版作品或水印作品中獲取水印信號作為依據(jù)，從而保護所有者的權(quán)益。
　　
　　4.2商務(wù)交易中的票據(jù)防偽
　　隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機和高精度彩色復(fù)印機的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。此外在電子商務(wù)中會出現(xiàn)大量過渡性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認證標志，從而大大增加了偽造的難度。
　　
　　4.3篡改提示
　　當數(shù)字作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時，常常需要確定他們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過。為實現(xiàn)該目的，通常將原始圖像分成多個獨立塊，每個塊加入不同的水印。同時可通過檢測每個數(shù)據(jù)塊中的水印信號，來確定作品的完整性。與其他水印不同的是，這類水印必須是脆弱的，并且檢測水印信號時，不需要原始數(shù)據(jù)。
　　
　　4.4訪問控制
　　在多媒體發(fā)行體系中，人們希望有一種拷貝保護機制，即它不允許未授權(quán)的媒體拷貝。在封閉或私有系統(tǒng)中，可用水印來說明數(shù)據(jù)的拷貝狀況。一個典型的例子是DVD防拷貝系統(tǒng)。將水印信息加入DVD數(shù)據(jù)中，這樣DVD播放機即可通過檢測DVD數(shù)據(jù)中的水印信息而判斷其合法性和可拷貝性。從而保護制造商的商業(yè)利益。
　　
　　4.5信息隱藏
　　數(shù)字水印可用于作品的標識、注釋、檢索信息等內(nèi)容隱藏，無需額外帶寬且不易丟失。此外，數(shù)字水印還可用于隱蔽通信，這在國防和情報部門將得到廣泛應(yīng)用。
　　
　　5　數(shù)字水印技術(shù)研究展望
　　
　　數(shù)字水印技術(shù)有著廣泛的研究前景和巨大的商業(yè)潛能。但作為一種新興的技術(shù)，它還面臨著許多尚未解決的難題。從目前的技術(shù)和應(yīng)用分析，數(shù)字水印技術(shù)未來的研究方向體現(xiàn)在以下兩個方面。
　　第一，不斷完善水印技術(shù)理論框架。數(shù)字水印技術(shù)要得到廣泛應(yīng)用必須建立一系列標準或協(xié)議，完善水印評價的理論體系，制定水印的測試和評價標準，設(shè)計一個能對各種不同水印算法進行公正比較評價的水印評價系統(tǒng)。
　　第二，水印算法研究。通過現(xiàn)有數(shù)字水印算法的研究，結(jié)合數(shù)字信號處理技術(shù)，尋找它們的關(guān)系，設(shè)計出更好的算法。
　　
　　參考文獻
　　[1]石培新，王穎.數(shù)字水印技術(shù)及其應(yīng)用與發(fā)展[J].微型機與應(yīng)用，2004(6)
　　[2]陳萌.數(shù)字水印技術(shù)及應(yīng)用[J].國外電子測量技術(shù)。2006(6)
　　[3]潘志紅，李志娟等.數(shù)字水印技術(shù)綜述[J].計算機數(shù)字工程，2008(4)

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