数字水印技术及其应用

本文介绍了数字水印技术的概念和基本原理,并按照不同的分类方法详细介绍了数字水印的类别以及阐述了数字水印的几个典型应用。并对数字水印的发展与应用前景做了展望。

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摘要：本文介绍了数字水印技术的概念和基本原理，并按照不同的分类方法详细介绍了数字水印的类别以及阐述了数字水印的几个典型应用。并对数字水印的发展与应用前景做了展望。

关键词：数字水印

原理

分类

应用

一、引言

随着互联网和多媒体技术的普及，互联网上所传播的数字信息(例如图像、视频等)都面临着一个安全问题。这些数字产品的版权保护成了当前研究的一个热点，数字水印技术就是解决这一问题的有效方法。

二、数字水印的基本原理

数字水印技术，通过利用人类感觉器官的不敏感性(即视觉冗余)，以及数字信号本身存在的冗余(即数据特征冗余)，将一定的水印信号嵌入到一个载体信号中，它从视觉上与原始载体无差别，而且嵌入的水印信号不影响宿主信号的感觉效果和使用价值。并且通过特殊的方式，可以从宿主信号中提取出水印或是检测出它的存在性。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。

三、数字水印的分类

(一)按照嵌入的位置

1、空域数字水印：空域数字水印的嵌入是通过直接修改图像的灰度值或是强度值来完成的。

2、变换域数字水印：变换域的数字水印是将图像进行某种变换，通过修改变换域系数来达到嵌入水印的目的。

(二)按照水印的检测方式

1、私有水印：私有水印又称为非盲检测水印，它在检测时需要用到原始的载体图像(这种检测方式又称为源检测)，是在分析原始载体图像和含水印图像差别的基础上进行检测的。2、半私有水印和公开水印：半私有水印和公开水印在检测时仅仅需要待检测的含水印的图像(这种检测方式又称为盲检测)，它的检测是独立于原始图像进行的。也就是水印的提取是由含水印的图像来决定的。

(三)按照水印的抗攻击能力

1、易损水印：易损水印的设计是为了能够检测出对作品的任意篡改。同时它还要能够对篡改进行空间分类和定位。这类水印的要用来进行图像的篡改提示和图像完整性的检测。2、鲁棒水印：与易损水印相反的。它对常见的图像处理具有较强的抵抗能力，可以从已被破坏的含水印的图像中提取原始水印，因此这类水印主要用于作品的版权保护以及真伪鉴别等等。

(四)按照水印的选取形式1、序列水印：序列水印所选取的水印是满足一定分布的伪随机序列，水印检测时只能回答出水印的有无，并不能够给出水印的特征信息，通常检测是通过计算相关函数来进行的。

2、标识信息水印：将制作者、产权者以及购买者的标识信息

数

字水印◇技李

治术鹏

张及春晏其应用

Policy&Management

科技视野

按照载体数据的性质，可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印等等。

四、数字水印的应用

（一）版权保护

用户在发布她的作品之前将她对作品版权的所有权的标识嵌入到作品中，而且在发生版权争论时，她能唯一地从中提取出该标识，同时不会产生任何歧义，则可以认为此时嵌入的水印起到了版权保护的作用。

通常认为，能起到版权保护作用的数字水印技术应该满足以下一些要求：1、不可感知性。即嵌入水印后的媒体数据与原始的媒体数据的差别是不可感知的。2、鲁棒性。即嵌入水印后的媒体数据在受到一些攻击后，检测端仍然能从该受到攻击的媒体数据中提取出水印来。3、低的虚警概率。虚警概率指被检测媒体实际没有嵌入水印，而检测器却从中检测出水印的概率。这点对于作为版权保护的水印系统非常重要。

（二）数字签名

基于数字水印的签名与密码学中的数字签名有相似的功能，但保密性能更好，而且能实现更多的功能。当然，利用数字水印技术显然可以比加密技术做更多的事情。一种情况是利用所谓的半脆弱水印技术，一方面可以起到数字签名的作用，另一方面还以定位出修改的位置，从而使用户可以对接收到的作品区别对待——仅利用没有修改的部分，而剔除掉修改的部分。而且这些水印既可以是基于产品质量的，也可以是基于产品内容

的。一种半脆弱水印实现方法是将水印分别嵌入到作品的不同部位，当某部分不能提取出水印时，则认为该部分受到了恶意攻击。否则，可以认为该部分没有受到攻击。因此，对于这种半脆弱水印，除了前面提到的基于版权保护的水印所具有的属性外，还必须有更大的水印负载，从而能够起到定位的作用。

（三）数字指纹如果说前面的版权保护水印系统能够解决作品版权归属问题，数字签名水印系统能够解决作品来自何处问题的话，则数字指纹水印系统则解决了作品拷贝出自哪里的问题。由于所嵌入的信息必须能唯一地区分作品的各个接收者，因此，人们形象地称这种信息为电子指纹，也将这种情况下的数字水印技术称为数字指纹。与前面基于版权保护的数字水印系统相比可以发现，这两者的差别主要是系统中角色改变的问题。在版权保护系统中，嵌入的是作品所有者的信息，而在数字指纹系统中，嵌入的是用户的信息。但这两者对水印的要求是差不多的，即包括：可感知性、鲁棒性、低的虚警概率以及大的水印负载能力。在半脆弱水印系统中，大的负载能力用于定位，而在这里，大的负载能力用于区分不同的用户。因此，水印码的数量应该与用户的数量相当。

五、结束语

数字水印正处在迅速发展的过程中，掌握其发展方向对指导数字水印的研究有着重要的意义。在理论方面，数字水印的工作包括建立更好的模型，分析各种媒体中隐藏水印信息的理论容量，分析算法稳健性和抗攻击等性能。同时，也应重视对水印攻击方法的研究，这有利于促进研制更好的数字水印算法。参考文献：[1]Rangsanseri，Yuttapong，Thitimajshi-a，Punya．Copyrightprotectionofi-gesusinghumanvisual-askingonⅨ一basedwatermarking．ProceedingsofSPIE—TheInternationalSocietyforOpticalEngineering，V4739，2002．214-220．[2]吴秋新，钮心析，杨义先，等译．信息隐藏技术一隐写术与数字水印[M]．人民邮电出版社，2001．

（作者单位：重庆工程职业技术学院）

2010.No7

直接作为水印嵌入到载体图像中去，这也是水印发展的一个趋势．

3、标志图像水印：为了增强水印的说服力增加视觉上的形象性，可以采用具有一定代表性的标志图像来作为有意义的水印。(五)按照水印的可见性1、可见水印：可见水印的主要用途在于明确标识版权，防止非法的使用．虽然这类水印对使用降低了作品的商业价值，但是它却不妨碍对原作品的使用。

2、不可见水印：不可见水印是将水印隐藏到载体图像中，并保证水印在视觉上不可察觉。它的主要用途是为了版权保护，在作品被非法使用时，将利用水印作为起诉非法使用者的证据。

(六)按照载体数据的性质

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