数字水印技术的研究

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1、数字水印技术的研究蒋华，殷肖川(空军工程大学电讯工程学院陕西西安710077)摘　要：随着多媒体技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，对图像、音频、视频等多媒体内容的保护成为迫切需要的问题。数字水印技术作为版权保护和安全认证的有力工具，已得到了广泛的关注和发展。本文简要介绍了数字水印技术的基本原理、特征和典型算法。　　关键词：数字水印；多媒体信息安全；基本原理；典型算法StudyofDigitalWatermarkingTechnologyJIANGHua，YINXiaochuan(TheTelecommuni

2、cationEngineeringInstitute,AirForceEngineeringUniversity,Xi′an,710077,China)　　Abstract：Withthedevelopmentofcomputernetworkandmultimediatechnology,copyrightprotectionandauthenticationbecomemoreandmoreurgentThispaperdescribestheprincipleofdigitalwatermarkingte

3、chnology,andtypicalalgorithm　　Keywords：digitalwartmarking；multimediasecurity；theprinciple；typicalalgorithm1数字水印技术的背景　　随着多媒体技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，使得数据的交换和传输变成了一个相对简单且快捷的过程。人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅速地将数字信息传达到世界各地，在国际互联网上发布自己的作品，传递重要的信息，进行各种学术交流和电子商务活动。　　但随之

4、而来的副作用也是非常明显的，由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题，通过网络传输数据文件或作品使有恶意的个人或团体有可能在没有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容，因此如何实施有效的版权保护和信息安全手段成为一个迫在眉睫的现实问题。　　传统的加密方法对多媒体内容的保护和完整性认证具有一定的局限性。首先，加密方法只用在通信的信道中，一旦被解密，则信息就完全变成明文；另外，密码学中的完整性认证是通过数字签名方式实现的，他并不是直接嵌到多媒体信息之中，因此无法察觉信息在经过加密系统加密之后的传播

5、中，内容是否被篡改。这样，数字水印技术作为加密技术的补充，是实现版权保护的有效办法，在多媒体信息的版权保护与完整性认证方面得到了迅猛的发展。2数字水印技术的基本原理　　数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的知觉系统觉察或注意到。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，但他

6、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。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在水印的嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用。水印的嵌入和提取方法如图1和图2所示。3典型数字水印算法　　近年来，数字水印技术研究取得了很大的进步，下面对一些典型的算法进行了分析，除特别指明外，这些算法主要针对图像数据(某些算法也适合视频和音频数据)。　　(1)空域算法　　该类算法中典型的水印算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的象素位(LS

7、B，LeastSignificantBits)上，这可保证嵌入的水印是不可见的。但是由于使用了图像不重要的象素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏。另外一个常用方法是利用象素的统计特征将信息嵌入象素的亮度值中。Patchwork算法方法是随机选择N对象素点(ai，bi)，然后将每个ai点的亮度值加1，每个bi点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。适当地调整参数，Patchwork方法对JPEG压缩、FIR滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，但该方法嵌入的信息量有限。为了嵌

8、入更多的水印信息，可以将图像分块，然后对每一个图像块进行嵌入操作。　　(2)变换域算法　　该类算法中，大部分水印算法采用了扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)技术。算法实现过程为：先计算图像的离散余弦变换(DCT)，然后将水印叠加到DCT域中幅值最大的前ｋ系数上(不包括直流分量)，通常为图像的低频分量。若DCT系数的前ｋ个最大分量表示为D={di}，