浅谈数字水印技术

来源:用户上传      作者: 殷明芳 周友学

　　[摘要]从数字水印的概念入手,分别介绍数字水印技术的基本特点、分类及其应用,并介绍一些数字水印技术的算法,提出一些研究趋向。
　　[关键词]数字水印安全性隐蔽性鲁棒性分类算法
　　中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120124-01
　　
　　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”。数字水印(Digital Watermarking)技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中,但不影响原载体的使用价值,也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。通过这些隐藏在载体中的信息,可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。
　　
　　一、数字水印技术的主要特点
　　
　　1.安全性:数字水印的信息应是安全的,难以篡改或伪造,同时,应当有较低的误检测率,当原内容发生变化时,数字水印应当发生变化,从而可以检测原始数据的变更;当然数字水印同样对重复添加有强的抵抗性。
　　2.隐蔽性:数字水印应是不可知觉的,而且应不影响被保护数据的正常使用;不会降质。
　　3.鲁棒性:是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后,数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。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。
　　4.密钥的唯一性:即不同的密钥不应产生等同的水印。
　　5.检测的可靠性:水印检测出错的概率应小于某一合适门限值。这一特性描述了水印检测算法必须具有一定的确信度。
　　
　　二、数字水印的主要分类
　　
　　1.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。
　　2.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。
　　4.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。
　　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。
　　
　　三、数字水印的主要应用
　　
　　1.数字作品的知识产权保护;2.商务交易中的票据防伪;3.声像数据的隐藏标识和篡改提示;4.隐蔽通信及其对抗。
　　
　　四、数字水印技术的研究趋向
　　
　　与信息伪装关系极为密切的另一个方面就是数字水印技术的研究。信息伪装是将重要的数据隐藏到宿主数据中并将其发送出去,它有一个基本的假设,就是第三方不知道被隐藏的数据的存在,并且主要应用于点对点的秘密通讯。因此它没有鲁棒性的要求,或者说一旦传递的数据被改变,被嵌入的信息将无法恢复。而数字水印则有鲁棒性的要求,即它可以抵抗第三方的攻击或正常的、标准的数据操作和变换。换句话说,即使攻击者知道传递的数据中包含隐藏的重要信息,但也无法将其提取出来,或在不严重损坏宿主数据的情况下无法将水印破坏掉。因此数字水印和信息伪装是一个技术的互补的两个方面,也是目前国际学术界研究的一个前沿热门方向,并可为数字图书馆版权保护等问题提供一个潜在的有效解决方法。发展数字水印技术的原动力是为了提供多媒体数据的版权保护,但人们发现数字水印还具有一些其他的重要应用,如下面所示,这些需求都促进了当前学术界对信息伪装的研究热情。
　　1.军事和智能机构所需要的不受干扰的通讯手段;
　　2.国家安全部门对隐藏数据的通讯技术的关注;
　　3.罪犯对使用常规通讯器材进行特殊的信息传递;
　　4.政府部门对国际互联网上匿名的和经过加密处理的信息进行筛选和控制等;
　　5.电子邮件的防伪以及数据认证等等。
　　尽管在过去的五年中,各种水印算法如雨后春笋般地不断涌现,但数字水印技术仍然是一个未成熟的研究领域,还有许多问题需要解决,其理论基础依然非常薄弱,大多数水印算法还是经验性的。主要有以下几个方面还需努力:
　　1.设计对水印系统进行公正的比较和评价方法。
　　2.如何将水印技术与现行国际图像及视频压缩标准(如JPEG2000和MPEG-4)相结合,以及如何将水印技术应用于DVD工业标准中。
　　3.所有权的证明问题还没有完全解决。
　　4.声频和视频水印的解决方案还不完善,大多数的视频水印算法实际上是将其图像水印的结果直接应用与视频领域中,而没有考虑视频应用中大数据量以及近乎实时的特性。
　　
　　五、数字水印技术的主要算法
　　
　　目前对数字图像水印技术已有大量的研究,提出了很多水印算法。对数字水印的侵犯方式也有多种,而普遍认为旋转和缩放比其他侵犯更具挑战性。0.Ruanaidh等人首先提出了一种方法。该方法首先计算一幅图像的离散傅立叶变换,然后对其幅度进行傅立叶一梅林变换,将水印嵌入变换后的幅度中。该方法可从受到几何攻击(RST)的嵌入水印的图像中抽取出水印,但实施困难较大。Lin等人提出建立一个不受几何形状扭曲影响的水印方法。该方法不用判明图像受到的几何变换,再由图像傅立叶变换得到的不受位移和缩放影响的一维信号中嵌埋水印,将傅立叶幅度变换到对数极坐标中,然后将这些幅度沿对数半径轴求和,但该方法繁琐耗时。Zheng等人提出一个基于对数极坐标仿射(LPM)和相位相关性不受几何攻击影响的水印方案,但需要原始图像来抽取水印。
　　虽然已经有商业化的水印系统,但对水印的研究还远未成熟,许多问题如鲁棒性、真伪鉴别、版权证明、网络快速自动验证以及声频和视频水印等方面仍然还需要比较完美的解决方案。
　　
　　参考文献:
　　[1]周瑞辉、荆继武,信息安全的新兴领域――信息隐藏[J].计算机应用研究,2001(7).
　　[2]刘峰、张鹏,信息隐藏技术及其应用[J].天津通信技术,2001(1).

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